[논문]탄소성 이력댐퍼를 적용한 초고층 건축물의 변위제어

박지형; 박태원; 김욱종; 이도범

문제 정의

댐퍼의 설계용 탄소성 툭성은 국내외 다수의 실험결과에 기圣하여 형성되었다. 그에 따라 전단력.
그러나 이러한 제진장치는 제진효과의 정량적 분석능력 미비와 유지보수의 문제점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 특별한 유지보수가 필요 없는 강재 탄소성 이력댐퍼를 대상으로 하여 구조적 특성을 파악하고, 이를 이용한 제진설계과정을 통하여 최적의 제진효과를 발휘하기 위한 설계상, 시공 상의 기초적인 제반 조건들에 대하여 검토하였다.
댐퍼로서의 기능을 전혀 발휘하지 못하는 부위도 존재하였다. 따라시 부분층 설치에 따른 효과를 규명하기 위하여 부분층에 댐퍼를 설치한 상태에서 구조물의 제진효과 및 추변 층에의 영향 유무를 확인해 보았다. 참고로 해석샇의 편의를 위하여 댐퍼의 부분층 설치는 1。개층분씩을 그룹화하여 설치하는 것으로 하였다.

가설 설정

댐퍼률 설치하는 지지부재 및 기지부재의 주변 프레임을 고.강성으로 구성하는 것이 바람직 할 것이다.
댐퍼의 성능핑가를 위해서 선택한 50층 철근 콘크리트 보통 모멘트골조의 해식모델은 서울예 위치하고, 지반등급 C(매우 소밀한 토사 지반 또는 연암지반)로 가정하였다. 부제는 10개 층씩 5개 그룸으로 나누어 기등은 8*80000 7 绸)X以X), 보는 1103须XISXXKOO로 결정하였고 구조물의 바닥하중은 7kN/M.

제안 방법

탬피의 층전단력 부담률, 지지부재, 설치위치에 따른 제진효과를 댐퍼의 이력거동 및 구조물의 응답지감효과를 통해 살펴보았디..

이론/모형

해석모델은 내진설계범주 TT에 해당하므로 본 연구에서는 동적 해석법 중 시간이력 해석법을 선택하였고 지진파는 벌도의 스케일링 없이 원파 그대로 'T;a(.1952, Taft Lincoln School, 69 眼)'를 사용하였다.

성능/효과

1) 제진효과는 댐퍼의 층전단력 부담률이나 여타조건보다는 댐퍼자체의 이력거동에 따른 에너지 소산 능력에 지배적인 영향을 받는다. 따라서 에너지 소산능력을 증가시키기 위해서는 댐퍼가 사용상태의 하중을 벗어나 가급적 조기에 소성상태로 전환되도록 유도하는 것이 필요하다.
2) 댐퍼를 지지하는 부재의 강성(wall, brace, moment-column)이 크거나 그 댐퍼의 지지부재와 연결된 주변 frame의 강성이 클수록 제진효과가 크다.
3) 댐퍼의 부분층 설치로 인한 제진효과는 그 층에만 머무르는 것이 아니라 다른 미설치 층에도 포괄적으로 기여하여 건물 전체에 걸쳐 긍정적인 파급효과를 발휘한다.
그 결과, 댐퍼를 부분층에만 설치한 경우라도 설치 부위에 따라 차이가 있으나 제진효과는 전층에 결쳐 영향이 미치는 것을 알 수 있었다. 이 중 제진효과가 가장 효과적이었던 11~20층에 댐퍼를 설치한 경우에 대하여 응답저감효과를 그림 5에 나타냈다.
이 중 제진효과가 가장 효과적이었던 11~20층에 댐퍼를 설치한 경우에 대하여 응답저감효과를 그림 5에 나타냈다. 그림 5에서 알 수 있듯이 전층에 설치하였을 때보다 지지부재가 모멘트기둥일 경우에 4%, 가새인 경우에 18% 정도 층전단력은 다소 증가하였으나, 이 두 경우 모두 댐퍼를 전혀 설치하지 않았을 때 보다는 각각 20%와 42%의 층전단력 저감효과를 보여주는 등 상당한 제진효과를 발휘하였다. 이 결과로부터 댐퍼의 부분층 설치로 인한 효과가 설치 층에서만 효과를 발휘하지 않고 다른 미설치 층에도 영향을 미쳐 건물 전체에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
댐퍼의 층전단력 부담률에 근거한 구조물의 층전단력 및 층간변형각의 저감정도 살펴보면, 지지부재가 모멘트 기둥일 경우에는 5%를 부담시켰을 때 구조물의 응답저감효과가 전 층에 걸쳐 가장 두드러지는 경향을 나타냈으며, 가새일 경우 층전단력 부담률이 설정치 :砒인 경우에 차이를 보인 것을 제외하고는 5%~20%에서는 층전단력의 저감효과가 거의 유사한 것으로 나타났다 이 결과를 통하여 지지부재의 강성 차에 따라 동일한 크기의 총 항복내력을 가진 댐퍼를 설치한 경우라도 구조물의 응답 차가 발생함을 알 수 있다. 또한, 층전단력의 부담률을 다르게 설정하더라도 댐퍼의 이력거동에 따라 유사한 구조물의 거동을 할 수도 있음을 확인할 수 있다.
댐퍼의 층진단력 부담률 설정치를 5%~30%로 변화시켰을 때, 지지부재가 모멘트 기둥일 경우는 5%일 때를 제외하고 댐퍼에 임의로 부여한 설정치와 실제로 발생한 결과치의 차이가 발생한 반면에 가새일 경우는 부담률 5%~20%의 경우 계획된 부담률과 근사한 층잔단력을 부담하는 것을 알 수 있었다. 층진단력의 부담률이 클수록 같은 크기의 총 항복내력을 가진 댐퍼를 설치한 경우라도 모멘트 기둥보다는 가새를 지지부재로 한 해석에서 댐퍼의 실 부담률이 더 큰 값을 나타냈다.
따라서 댐피가 최적의 응답저감성능을 발휘하기 위해서는 산술적인 댐퍼의 층전단럭 부담률보다는 외력의 반복재하에따른 댐퍼의 이력거동 및 예녀지 소산능력이 보다 지배적인 요소임을 확인할 수 있다.
가장 큰 감쇠 효과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한, 지지부재가 가새일 경우는 댐퍼의 에너지 소산량이 층전단력 부담률 5%~20%일 빼 거의 비슷한 결과를 나타내고 있고 이에 따라 층전단력 및 층간 변형 각도 유사한 결과를 보임을 알 수 있다.
수 있다. 또한, 층전단력의 부담률을 다르게 설정하더라도 댐퍼의 이력거동에 따라 유사한 구조물의 거동을 할 수도 있음을 확인할 수 있다.
그림 5에서 알 수 있듯이 전층에 설치하였을 때보다 지지부재가 모멘트기둥일 경우에 4%, 가새인 경우에 18% 정도 층전단력은 다소 증가하였으나, 이 두 경우 모두 댐퍼를 전혀 설치하지 않았을 때 보다는 각각 20%와 42%의 층전단력 저감효과를 보여주는 등 상당한 제진효과를 발휘하였다. 이 결과로부터 댐퍼의 부분층 설치로 인한 효과가 설치 층에서만 효과를 발휘하지 않고 다른 미설치 층에도 영향을 미쳐 건물 전체에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
층진단력의 부담률이 클수록 같은 크기의 총 항복내력을 가진 댐퍼를 설치한 경우라도 모멘트 기둥보다는 가새를 지지부재로 한 해석에서 댐퍼의 실 부담률이 더 큰 값을 나타냈다. 이 결과로부터 댐퍼의 제진효과를 충분히 기대하기 위해서는 댐퍼의 지지부재를 가새와 같이 외력집중을 보다 원활히 수행할 수 있는 고강성 부재로 구성할수록 유리하다는 점을 알 수 있다.

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