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[국내논문] 초고층 건물의 지반을 고려한 2D 및 3D 동적해석에 의한 거동 비교 연구
A Comparative Study on the Behavior of High-rise Buildings by 2D and 3D Dynamic Analysis with Considering the Ground 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.20 no.10, 2019년, pp.5 - 14  

유광호 (Department of Civil and Environmental Engineering, University of Suwon) ,  백용 (Multi Disaster Countermeasures Organization, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology) ,  김승진 (Department of Civil and Environmental Engineering, University of Suwon)

초록
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최근 우리나라에서도 지진이 발생하여 대도시의 초고층 건물의 내진안정성에 대한 관심이 높아져 이에 대한 연구가 증가하고 있다. 또한 대부분의 내진설계 및 해석은 지반을 간접적으로 고려하고 있고, 3D 동적해석을 이용한 내진해석 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지반을 포함한 SSI 연속체 모델에 기초한 2D 및 3D 동적해석을 수행하고 거동을 비교 분석하였다. 동적해석을 위해 지반범용해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 이용하여 선형시간이력해석을 수행하였다. 이를 위해 초고층 건물이 기반암 위에 시공되고 표층에 묻혀있는 것으로 가정하고, 선정된 파라미터를 기준으로 민감도 분석을 수행하였다. 동적거동은 수평변위, 층간변위비, 휨응력, 취약부를 이용하여 비교 분석하였다. 대부분의 경우, 2D 동적거동은 3D보다 크게 산출하여 더 보수적인 결과를 보였으며, 취약부의 수와 크기는 증가하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, earthquakes have occurred in our country and seismic stability of high-rise buildings in large cities is being a growing interest and thus the related studies have been increased. Also the grounds are considered indirectly in most of seismic designs and analyses and seismic researches base...

주제어

#초고층 건물   #2D 및 3D   #동적거동  

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 지반을 고려하는 SSI 3D 동적해석 중 선형시간이력해석을 수행하고 2D 해석과 비교･분석을 실시하고자 하였다. 이를 위해 2D 및 3D 해석의 건물 지하부는 5층으로 기반암 위에 시공되고 주위에는 풍화토인 표층으로 묻힌 것으로 가정하였다.

가설 설정

  • 54kN/m3으로 적용하였으며 그 외의 활하중 및 사하중은 각각 66kN/m2, 146kN/m2으로 재하하였다. 본 연구에서 초고층 건물은 RC 건물로 가정하였다. 따라서 콘크리트 표준시방서(국토교통부, 2016b)에서 제시한 고강도 콘크리트의 설계기준강도(σck)가 40.
  • 따라서 본 연구에서는 지반을 고려하는 SSI 3D 동적해석 중 선형시간이력해석을 수행하고 2D 해석과 비교･분석을 실시하고자 하였다. 이를 위해 2D 및 3D 해석의 건물 지하부는 5층으로 기반암 위에 시공되고 주위에는 풍화토인 표층으로 묻힌 것으로 가정하였다. 이후 기반암 하단에 지진파를 입력하고 선정된 파라미터를 기준으로 민감도 분석을 수행하였다.
  • 0을 적용하였으며, Mohr-Coulomb 파괴기준을 적용하였다. 한편, 동일한 재료나 서로 다른 재료간의 접촉을 모사하기 위해 경계요소(interface element)를 사용하면 보다 자세하게 동적거동을 파악할 수 있으나, 본 연구에서는 김용민 등(2011)과 같이 단순히 지반과 건물이 일체로 거동하는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SSI 동적 해석 모델의 단점은 무엇인가? 그 중 내진해석 시 SSI(Soil Structure Interaction) 동적 해석 모델(PEER, 2017)에서 지반을 간접적으로 고려하는 건축 내진해석의 동적거동보다 지반을 직접 고려하는 경우가 더 합리적으로 나타났다(유광호와 김승진, 2018). 하지만 2D 해석을 수행하여 결과값이 과대하게 산출되는 경향을 보이는 것으로 확인되었다. 또한 초고층 건물에 대한 3D 동적해석이 수행되지 않아 현실적인 건물 동적거동 파악이 미흡하였다.
변위한 무엇인가? 변위는 건물의 거동을 나타내는 가장 직접적인 지표이다. 대부분의 건물은 구조체 이외에 벽체, 유리, 석재와 같은 마감재가 부착되어 있어 지진 시에 층간변위가 허용 기준보다 크게 되면, 마감재 등 비 구조요소에 피해가 발생하게된다.
내진해석 연구가 수행되는 이유는 무엇인가? 8에 해당하는 지진을 필두로 2017년 포항 등 대도시 인근에서 중진(中震)이 발생하였다. 특히 대도시에는 초고층 건물이 존재하고 있는 실정이므로 많은 분야에서 이에 대한 내진해석 연구가 수행되어왔다. 그 중 내진해석 시 SSI(Soil Structure Interaction) 동적 해석 모델(PEER, 2017)에서 지반을 간접적으로 고려하는 건축 내진해석의 동적거동보다 지반을 직접 고려하는 경우가 더 합리적으로 나타났다(유광호와 김승진, 2018).
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