본 연구에서는 튜브 구조시스템의 역학적 특징과 거동에 대한 이론과 모델 연구 등을 고찰하고, 단위 모듈 시스템의 적정성, 최적 위치. 최적 형태를 파악하고, 각 부재의 강성증감에 따른 부재 변수를 고려한 복합 튜브 구조시스템을 통계학적인 개념을 도입한 민감도 방법에 의한 해석을 수행하였다. 구체적인 방법에서 복합 튜브 구조시스템의 전단지연 현상과 횡적 거동에 대한 특성을 비교 고찰하였고, 또한 그 결과 치를 이용하여 향후 있을 초고층 복합 구조시스템의 설계와 실무에 대한 기초 자료를 제시하는데 연구의 목표를 두었다. 연구 결과로는 골조튜브 구조시스템만으로는 초고층 건물의 횡적 거동에는 효과적으로 대치하지 못하므로, 복합 튜브 구조시스템을 구성하여 횡하중 저항요소로 구성부재를 다양하게 변화시켜 검토한 결과, 각 부재 물량대비 가새 부재가 가장 큰 횡적 거동에 대한 영향 요소로 파악되었다. 골조 튜브구조는 물량대비 보가 기둥보다 횡변위 영향에 미치는 민감도의 정도가 크게 나타났고, 가새 튜브구조시스템의 경우는 가새가 물량대비 기둥 및 보와 비교하면 가장 민감한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 튜브 구조시스템의 역학적 특징과 거동에 대한 이론과 모델 연구 등을 고찰하고, 단위 모듈 시스템의 적정성, 최적 위치. 최적 형태를 파악하고, 각 부재의 강성증감에 따른 부재 변수를 고려한 복합 튜브 구조시스템을 통계학적인 개념을 도입한 민감도 방법에 의한 해석을 수행하였다. 구체적인 방법에서 복합 튜브 구조시스템의 전단지연 현상과 횡적 거동에 대한 특성을 비교 고찰하였고, 또한 그 결과 치를 이용하여 향후 있을 초고층 복합 구조시스템의 설계와 실무에 대한 기초 자료를 제시하는데 연구의 목표를 두었다. 연구 결과로는 골조튜브 구조시스템만으로는 초고층 건물의 횡적 거동에는 효과적으로 대치하지 못하므로, 복합 튜브 구조시스템을 구성하여 횡하중 저항요소로 구성부재를 다양하게 변화시켜 검토한 결과, 각 부재 물량대비 가새 부재가 가장 큰 횡적 거동에 대한 영향 요소로 파악되었다. 골조 튜브구조는 물량대비 보가 기둥보다 횡변위 영향에 미치는 민감도의 정도가 크게 나타났고, 가새 튜브구조시스템의 경우는 가새가 물량대비 기둥 및 보와 비교하면 가장 민감한 것으로 나타났다.
This research deals, The characteristics of mechanics and behavior of the tube structural systems, It has been investigated and considered conventional theory and case models, It has shown the suitability, The best location, And optimal shape of the unit module system, Considered variables materials...
This research deals, The characteristics of mechanics and behavior of the tube structural systems, It has been investigated and considered conventional theory and case models, It has shown the suitability, The best location, And optimal shape of the unit module system, Considered variables materials of stiffness increase and decrease in hybrid tube structural systems this study carried out adapting analysis of statistical concepts. In a concrete way, This study exams the effect of reducing horizontal displacement and the shear lag phenomenon, Also, The purpose of this study is to utilize the basic data on the design and study of future high-rise hybrid structural system using this research. As a result, The framed- tube structural system does not effectively cope with horizontal behavior of high-rise buildings, The results of using varying material tested resistance factors and lateral loads in hybrid tube structural system, When each material is compared Bracing material is identified as a key factor in lateral behavior. In a ratio of material quantity framed-tube structural system, The level of sensitivity affecting the horizontal displacement is greater then the beam's column, In case of braced tube structural system, Braced appeared to be most sensitive in comparison of material quantity ratio in columns and beams.
This research deals, The characteristics of mechanics and behavior of the tube structural systems, It has been investigated and considered conventional theory and case models, It has shown the suitability, The best location, And optimal shape of the unit module system, Considered variables materials of stiffness increase and decrease in hybrid tube structural systems this study carried out adapting analysis of statistical concepts. In a concrete way, This study exams the effect of reducing horizontal displacement and the shear lag phenomenon, Also, The purpose of this study is to utilize the basic data on the design and study of future high-rise hybrid structural system using this research. As a result, The framed- tube structural system does not effectively cope with horizontal behavior of high-rise buildings, The results of using varying material tested resistance factors and lateral loads in hybrid tube structural system, When each material is compared Bracing material is identified as a key factor in lateral behavior. In a ratio of material quantity framed-tube structural system, The level of sensitivity affecting the horizontal displacement is greater then the beam's column, In case of braced tube structural system, Braced appeared to be most sensitive in comparison of material quantity ratio in columns and beams.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 획일적인 구조 전체의 시스템보다는 적정 단위 시스템을 개발하고, 그 시스템에 의한 구조적 효용성을 파악한다. 연구방법으로는 튜브 구조시스템으로 단위 모듈을 설정하여, 시스템의 적정성, 최적 위치, 최적 형태를 파악하고, 시스템의 각 부재 강성증감에 따른 변수를 고려한 복합 튜브 구조시스템을 통계학적인 개념을 도입한 재료적 데이터를 입력하여 민감도 해석을 수행한다.
연구방법으로는 튜브 구조시스템으로 단위 모듈을 설정하여, 시스템의 적정성, 최적 위치, 최적 형태를 파악하고, 시스템의 각 부재 강성증감에 따른 변수를 고려한 복합 튜브 구조시스템을 통계학적인 개념을 도입한 재료적 데이터를 입력하여 민감도 해석을 수행한다. 복합 튜브 구조시스템의 전단지연현상과 횡적 거동에 대한 특성을 고찰하고, 또한 그 결과치를 이용하여 향후 있을 복합 구조시스템의 설계와 실무에 대한 기초 자료를 제공하는데 본 연구의 목표를 두었다. 기존의 연구는 단순히 횡변위와 전단지연현상만을 검토하였는데, 본 연구에서는 재료가 가지는 불확실성을 고려한 통계학적인 개념을 적용하면 다른 현상이 나타날 수 있다는 것이 모델 연구에서 나타났으며, 보완하기 위한 방법으로 민감도 해석을 수행하였다.
가설 설정
이처럼 가새 설치 계획을 어떻게 하느냐에 따라, 각 부재가 구조물의 거동에 영향을 미치는 정도는 달라진다. 가새 설치 구조물에서는 민감도 해석을 하여 추가적인 정보를 얻고, 그 정보를 통하여 가새의 영향력이 클 수 있도록 설계를 해야 한다.
본 연구에서는 이 조건을 만족시키고자 기준세장비를 6으로 설정하였고, 지상 60층에 전체 높이를 180 m로 하였다. 초고층 건물 높이H의 H/500를 횡 변위 제한 값으로 요구하므로 이 조건을 만족시키고, 바닥은 모두 강막으로 가정하였으며, 수평 하중의 전달은 보, 기둥 부재가 모두 부담하도록 하였다.
제안 방법
골조 튜브구조에 전체입면으로 설치된 시스템과 부분 입면으로 8개 경간, 6개 경간에 설치된 시스템을 비교하여, 구조물 거동에 미치는 영향을 횡변위 및 전단지연계수를 통해 살펴본다. 가새가 설치된 모델은 Fig.
기본 가새 구조시스템에 가새를 변수로 한 입면의 다양한 배치 형태와 구조 유니트 시스템별로 분류한 구조적 성능을 검토하여, 성능 평가를 기준한 모델과 민감도 해석으로 평가된 모델을 비교 평가하여 최적 모델을 도출 하고자 한다. 본 연구에 사용된 강재모델의 재료적 특성은 Table 2와 같다.
기본 구조시스템에서 모델변수는 건물 전체 물량을 일정하게 하고, 기본 구조시스템에 부재별변수를 추가하여, 중요변수가 무엇인지 검토하고, 각 시스템에 대한 횡변위, 전단 지연 현상 등을 검토한다.
복합 튜브 구조시스템의 전단지연현상과 횡적 거동에 대한 특성을 고찰하고, 또한 그 결과치를 이용하여 향후 있을 복합 구조시스템의 설계와 실무에 대한 기초 자료를 제공하는데 본 연구의 목표를 두었다. 기존의 연구는 단순히 횡변위와 전단지연현상만을 검토하였는데, 본 연구에서는 재료가 가지는 불확실성을 고려한 통계학적인 개념을 적용하면 다른 현상이 나타날 수 있다는 것이 모델 연구에서 나타났으며, 보완하기 위한 방법으로 민감도 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 복합 튜브 구조시스템의 거동에 대한 모델 등을 고찰하고, 통계학적인 개념을 도입한 재료의 특성치를 대입하여, 횡적 거동에 대한 민감도 해석은 토네이도 다이어그램 해석방법을 사용하였다. 복합 구조시스템의 횡하중에 의한 전단지연현상과 횡적 거동에 대한 특성을 고찰하고.
따라서 본 연구에서는 획일적인 구조 전체의 시스템보다는 적정 단위 시스템을 개발하고, 그 시스템에 의한 구조적 효용성을 파악한다. 연구방법으로는 튜브 구조시스템으로 단위 모듈을 설정하여, 시스템의 적정성, 최적 위치, 최적 형태를 파악하고, 시스템의 각 부재 강성증감에 따른 변수를 고려한 복합 튜브 구조시스템을 통계학적인 개념을 도입한 재료적 데이터를 입력하여 민감도 해석을 수행한다. 복합 튜브 구조시스템의 전단지연현상과 횡적 거동에 대한 특성을 고찰하고, 또한 그 결과치를 이용하여 향후 있을 복합 구조시스템의 설계와 실무에 대한 기초 자료를 제공하는데 본 연구의 목표를 두었다.
대상 데이터
본 논문에서는 기존 연구자들이 제시한 자료를 바탕으로 입력 변수들을 선정하였으며, 그 확률변수들의 통계적 특성은 Table 1과 같다.
본 논문의 대상모델은 횡하중, 평면 또한 정방형으로 한정되어 있다. 실제 튜브구조물의 거동에 가까운 결과를 얻기 위해서는 중력하중, 재료의 물성치에 대한 여러 영역을 고려한 사항, 다양한 형태의 평면과 구조시스템에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 기준이 되는 튜브 구조물의 평면 형태는 30 m×30 m의 정사각형 평면을 선정하였고, 건물의 층고와 기둥 간격은 3 m로 동일하게 설정하였다. 초고층 건물의 구조적 특성을 반영시키고자 한다면 세장비 5 이상을 요구하고 있다.
초고층 건물의 구조적 특성을 반영시키고자 한다면 세장비 5 이상을 요구하고 있다. 본 연구에서는 이 조건을 만족시키고자 기준세장비를 6으로 설정하였고, 지상 60층에 전체 높이를 180 m로 하였다. 초고층 건물 높이H의 H/500를 횡 변위 제한 값으로 요구하므로 이 조건을 만족시키고, 바닥은 모두 강막으로 가정하였으며, 수평 하중의 전달은 보, 기둥 부재가 모두 부담하도록 하였다.
해석결과 10개층 규모로 설치된 TB0-10F 모델이 가장 유리한 규모인 것으로 나왔기 때문에 이후 모델에 대해선 단위 유니트를 10개층을 기준으로 한다.
이론/모형
기본 골조 튜브 모델은 골조 부재 단면 설계는 KBC2016의 규준을 만족하는 범위에서 MIDAS Gen 2017을 사용하여, 10개 층 단위로 단면의 크기를 결정을 하였다. 6개 그룹층별부재단면의 크기는 Table 3과 같고, 평면 및 형태는 Fig.
건축 구조 분야에서 민감도 해석법은 주로 최적설계와 주요 설계 변수를 파악하는데 자주 사용되어 왔다. 본 논문에서는 민감도 해석을 수행하기 위해서, 선행 연구자들이 조사한 입력변수의 통계 자료를 참고하였고, 표현 방법으로는 토네이도 다이어그램 해석(Tornado Diagram Analysis, 이후 TDA) 방법을 사용하였다.
성능/효과
1) 골조 튜브 구조시스템만으로는 초고층 건물의 횡적 거동에는 효과적으로 대치하지 못하므로 복합 튜브구조 시스템을 구성하여 횡하중 저항요소로 구성부재를 다양하게 변화시켜 검토한 결과, 각 부재 물량대비 가새 부재가 가장 큰 횡적 거동에 대한 영향 요소로 파악되었다.
2) 복합 구조물의 횡변위와 전단지연현상을 두고 단위모듈을 검토한 결과, 기본 모듈의 크기규모는 건물 폭과 동일한 높이로, 단위 모듈의 구조 형태는 X형이 최적이고, 설치경간은 폭을 따라 간격이 클수록 유리하였다.
3) 골조 튜브구조는 물량대비 보가 기둥보다 횡변위 영향에 미치는 민감도의 정도가 크게 나타났고, 가새 튜브 구조시스템의 경우는 가새가 물량대비 기둥 및 보와 비교하면 가장 민감한 것으로 나타났다.
4) 복합 튜브 구조시스템에 많이 사용되는 X, K, V, Λ형태를 비교하면, 가새 형태 간에는 전체 횡변위의 차이가 크지 않지만 그중에 X형인 경우가 횡변위 감소 효과가 가장 크고, 전단지연효과는 그에 비례하지 않았다. V형인 경우, 전단지연완화 효과는 크지만, 횡변위는 가장 불리하였다.
5) 단위모듈의 가새 설치 경간모델 중 횡 변위가 작은 모델을 선정하여, 구조 전체 물량을 기준하여 검토한 결과, 복합튜브 구조시스템의 횡변위 감소 효과를 기대할 경우에 ,물량을 증가시킬 경우는 가새 부재를 증가시키고, 물량 증가가 어려울 경우는 보와 가새를 동일비율로 조정하는 것이 가장 합리적인 방법이다.
후속연구
본 논문의 대상모델은 횡하중, 평면 또한 정방형으로 한정되어 있다. 실제 튜브구조물의 거동에 가까운 결과를 얻기 위해서는 중력하중, 재료의 물성치에 대한 여러 영역을 고려한 사항, 다양한 형태의 평면과 구조시스템에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축 구조 분야에서 민감도 해석법의 사용처는?
건축 구조 분야에서 민감도 해석법은 주로 최적설계와 주요 설계 변수를 파악하는데 자주 사용되어 왔다. 본 논문에서는 민감도 해석을 수행하기 위해서, 선행 연구자들이 조사한 입력변수의 통계 자료를 참고하였고, 표현 방법으로는 토네이도 다이어그램 해석(Tornado Diagram Analysis, 이후 TDA) 방법을 사용하였다.
튜브구조에서 이상적인 축력과 실제적인 축력의 분포가 서로 다른 현상은 무엇인가?
Fig. 2와 같이 튜브구조에서 이상적인 축력과 실제적인 축력의 분포가 서로 다른 현상을“전단지연(shear lag)현상”이라 하는데, 이 현상을 최소화시키는 것이 튜브 설계에 있어서 중요한 문제가 된다.
풍하중이나 지진하중과 같은 횡하중에 대한 건물의 수평변위를 제어하는 것이 구조설계에서 중요한 고려사항이 된 이유는?
건물이 고층화됨에 따라 건물의 형태는 더욱 세장해지고, 구조 기술의 발전과 경량공법에 의해 현대 고층 건물의 강성이 오히려 약화되면서 자중을 비롯한 수직하중의 영향보다 풍하중이나 지진하중과 같은 횡하중에 대한 건물의 수평변위를 제어하는 것이 구조설계에서 중요한 고려사항이 되었다(Park and Lee, 1999). 건물의 높이가 높아질수록 횡력을 부담하는 코아의 휨강성 만으로는 횡변위를 제어하기 어려워 이에 대한 대비책으로 다양한 횡하중 저항구조시스템들에 대한 연구가 이루어져 왔다(Park et al., 1995; Inha Uni.
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