초록 ▼

수직진동의 설계기준에 관한 연구에서는 건물 내부 바닥구조에서의 수직진동에 대한 진동기준안 개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위하여 우선적으로 진동평가 및 진동관련 구조설계 기준에 관한 국내외 문헌자료을 분석하여 각각의 진동기준에 관한 특징과 장단점을 분석하고 향후로 국내 진동기준안의 개발에 방향성을 제시 할 수 있는 대안을 구성한다.
그리고, 몇 가지 종류의 대상건물을 선정하여 이들의 바닥구조에 대하여 진동실험과 진동해석으로 구한 고유진동수와 진동응답을 비교하여 보다 실제적 조건에 근사한 진동평가 기준안 개발을 위한 기초자료를

수직진동의 설계기준에 관한 연구에서는 건물 내부 바닥구조에서의 수직진동에 대한 진동기준안 개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위하여 우선적으로 진동평가 및 진동관련 구조설계 기준에 관한 국내외 문헌자료을 분석하여 각각의 진동기준에 관한 특징과 장단점을 분석하고 향후로 국내 진동기준안의 개발에 방향성을 제시 할 수 있는 대안을 구성한다.
그리고, 몇 가지 종류의 대상건물을 선정하여 이들의 바닥구조에 대하여 진동실험과 진동해석으로 구한 고유진동수와 진동응답을 비교하여 보다 실제적 조건에 근사한 진동평가 기준안 개발을 위한 기초자료를 확보한다.
한편, 국내의 진동평가와 설계현황에 대한 설문조사를 수행하여 기존의 진동평가/설계 방법의 현황을 조사하고, 이와 더불어 실무분야, 연구소, 학계 및 국내외 진동관련 전문가로부터 진동기준안 개발에 관련한 다양한 의견과 정보를 수렴한다.
수직진동의 평가방법에 관한 연구에서는 1차년도에서 크게 두 가지의 연구개발 목표를 가지고 진행한다. 첫째는 기존 고층 철근콘크리트 아파트 건물의 바닥진동에 대한 평가를 수행하고, 그에 대한 문제점을 찾는 것이다. 둘째는 우리나라의 주거 건물에 알맞은 진동 제한 기준을 만드는 것이다. 1차년도 연구 내용과 범위는 다음과 같다.
① 해외 기준의 수집 및 분석 : 바닥 진동 기준은 크게 구조물의 응답한계와 인간의 인지에 따라 개발되어 왔다. 구조물의 응답한계는 CSA (Canadian Standards Association, 1989), 일본 건축학회(건축물 진동에 관한 주거성능 평가지침과 해설, 1991), AISC Design Guide Series 11 (1997)를 사용하여 제안하고 있으며, 인간의 인지에 관해서는 Richer & Meister의 제한치 (1931), 수정 Meister 곡선 (1966), Wiss and Pamelee 등의 (1974) 제한치를 제안하였다. 이러한 연구들을 본 연구에서 비교 평가한다.
② 국내 고층 철근콘크리트 아파트 바닥판의 수직진동 성능에 대한 평가와 그 문제점을 분석한다. 건물의 진동 성능 평가를 위하여 바닥 진동을 측정한다. 보행하중 (walking vibration)을 이용하여 최대 가속도값을 분석하며, 바닥의 동특성 평가를 위하여 뒤꿈치 충격(heel drop)과 Hammer (Load cell 부착)로 가력한 후 바닥판의 응답을 이용하여 평가한다. 또한 해석 모델을 통하여 평가에 대한 타당성을 검토하고 기존 건물의 문제점을 파악한다.
③ 거주용 바닥판의 수직 진동에 관한 제한치를 만들기 위하여 진동대를 이용한 인지실험을 수행하고, 인지결과를 이용하여 기준을 제안한다. 진동대에서 진동을 발생시키는 입력파의 형태는 뒤꿈치 충격(heel drop)을 모사 할 수 있도록하고, 바닥의 감쇠비를 다섯 단계로 나누어 재현 할 수 있도록 한다. 진동대 주변은 일반 주거용 건물 내부와 같은 환경을 재현하기 위하여 진동대 주위의 세면에 2.5m 높이의 벽을 설치하고, 피험자의 시선이 만나는 부분의 벽에는 조명이 비춰지고 있는 액자를 걸어 자연스럽게 시선을 유도한다. 또한 실험실 자체의 소음으로 인한 진동인지의 왜곡을 막기 위하여 피험자에게 음악을 들려준다. 음악의 수위는 생활 음향환경과 유사하도록 한다. 피험자의 수는 30명 이고 각 피험자는 270개의 진동수, 최대가속도, 감쇠비가 다른 입력파를 경험하고 평가한다.
2차년도 연구 내용과 범위는 다음과 같다.
① 1차년도에 뒤꿈치 충격하중에 대한 진동대를 이용한 인지실험을 통하여 수직진동 허용치를 제안하였다. 2차년도 연구에서는 보행하중에 대한 인지실험을 수행한다. 보행하중은 뒷꿈치 충격하중에 비하여 작용시간이 길고 바닥 슬래브와 공진을 발생시킬 수 있어 최근 수직진동에 대한 진동원으로 많이 사용되고 있다.
보행하중 인지실험을 위하여 총 108개의 진동파가 생성되었고 20명의 피험자를 이용하여 실험을 수행한다. 실험 결과에서 얻은 보행하중에 대한 수직진동 인지곡선은 1차년도의 뒤꿈치 충격에 대한 인지곡선과 비교하고 해외 제안기준들과도 비교한다. 또한 감쇠비에 따른 인지곡선의 영향을 평가한다.
② 기존 건물의 바닥이 수직진동으로 인한 문제가 발생하였을 경우, 사용자들에게 불쾌감 혹은 불안감을 발생시킬 수 있으므로 바닥판의 수직진동 성능개선이 필요하다. 해외 문헌 조사를 통하여 바닥진동에 문제에 대한 성능개선 방법을 조사한다.
③ 기존 아파트 바닥의 수직진동성능 향상을 위한 두께 제안 : 본 연구에서는 우선 기존 콘크리트 구조설계기준(2000)과 ACI 318 (2003)의 수직진동 성능 평가대상 건물에 대해서 바닥 두께를 기준의 최소두께와 비교 검토한다. 두개의 아파트 평면 거실을 대상으로 평가한 결과 불연속단에 대한 두께 10% 증가에 관한 요구사항을 적용하지 않을 경우 만족하는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서는 대부분의 수직진동 기준에서 허용하는 0.5%g를 기초로 하여 바닥판의 두께를 제안한다. 콘크리트 바닥판의 경우 강도의 불확실성으로 탄성강성의 변동이 심하고 또한 진동원으로 가정한 뒤꿈치 충격 또한 불확실성이 높아 콘크리트의 탄성강성과 하중을 불확정변수 (Random Variable)로 가정하여 두께를 제안하고자 한다. 이를 위하여 Monte Carlo 시뮬레이션을 도입하여 신뢰성 있는 두께를 제안하고자 한다.
수평진동 측면에서는 캐나다, 일본, ISO, 호주, EURO 기준을 설계풍속의 재현기간 및 평균시간, 허용가속도, 건물의 동적특성에 대하여 문헌조사 및 연구한다. 그리고 국내의 고층건물에 대하여 고유진동수와 감쇠율을 구하여 건물 높이, 층수별로 분석한다. 또한 기존의 고층건물 풍동실험 데이터 이용하여 건물의 평면, 입면, 종횡비, 변장비, 기류 등의 영향에 대한 응답가속도 특성 분석을 통한 기존 풍동실험 사례를 분석한다

Abstract ▼

This study has three objectives; 1) performance evaluation of the floors in apartment buildings against man induced floor vibration, 2) development of acceptance limit of floor vibration 3) Enhancement of vertical vibration performance of flat slab..
To accomplish these objectives, first, the bac

This study has three objectives; 1) performance evaluation of the floors in apartment buildings against man induced floor vibration, 2) development of acceptance limit of floor vibration 3) Enhancement of vertical vibration performance of flat slab..
To accomplish these objectives, first, the background researches and existing guidelines of the floor vibration have surveyed. Particularly, the following three guidelines are scrutinized, which are CSA(Canadian Standards Association, 1989), AIJ (Architectural Institute of Japan, Performance evaluation standard and commentary of residential structural vibration, 1991), and AISC Design Guide Series 11 (1997). Also, this study investigates the perception limit of floor vibration provided by following researchers: Richer & Meister (1931), Lenzen (1966), Wiss and Pamelee (1974).
Floor vibrations of apartment buildings were measured using the measurement system. This measurement has carried out for two different purposes. One is to evaluate the dynamic and mechanical properties of the floors in apartment buildings such as natural period, inherent damping, stiffness, etc. The other purpose is to evaluate the floor performance against the man induced vibration. Vibration input used in this study is human walking, heel drop, hammer having a load cell. Dynamic and mechanical properties of floors obtained from field tests are used in FEM analysis of the floors.
In order to provide the acceptance criteria for floor vibration shanking table test was conducted. 30 People (subjects)were used as experimental subjects up to this point. Each person is exposed to 270 different excitations with a different frequency (6), damping ratio (5), and acceleration(9)). Based on the results of human perception level the acceptance limit is proposed. Heel drop and walking induced waves were used as the input of shaking table test. To simulate the similar environment with residential building 2.5m height walls were placed at three faces of the shaking table. Illuminated frame with a picture was placed on the wall at which test subjects look. The test subjects were required to listen to music wearing headphone to reduce the effects of noise generated from experimental devices. Each subject classified each input signal into 5 different percetion categories such as (1) slightly perceptible; (2) distinctly perceptible; (3) strongly perceptible; (4) disturbing. The music was on during the test to masking the noise induced by hydralic pump even if the noise level is low. Based on perception results a regression analysis was conducted to find the perception curve.
Moreover this study provide the methods to determine the slab thisckness that satisfies the vertical floor vibration criteria. Randomness inherent in young modulus od concrete and heel drop intensity was accounted. For this purpose Monte Carlo simulation procedure was adopted.
Horizontal Vibration Part study and collect documents for the return period and average time of design wind speed, acceptable acceleration, dynamic characteristic. And the results of experiments and the examples of existing experiments are analyzed for effect of the height of building, stories, and plan, etc. Now, the method of vibration test in building and development of standard guideline for response analysis is in progress.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...12
• 목 차...21
• 제 1 장 서 론...32
• 1.1 연구개발의 배경 및 필요성...32
• 1.2 연구목표 및 주요 연구내용...35
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...36
• 2.1 바닥판의 수직진동에 대한 기술개발 현황...36
• 1. 국내 기술동향...36
• 2. 국외 기술동향...38
• 2.2 국내 수평진동 기술개발 현황...41
• 1. 국내 기술동향...41
• 2. 국외 기술동향...42
• 2.3. 참고문헌...44
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 (수직진동)...46
• 3.1 기존의 진동설계기준 및 진동평가방법에 대한 고찰...46
• 1. 진동평가방법의 적용현황과 평가인식...46
• 가. 설문조사의 개요...46
• 나. 설문결과 분석...48
• 2. 진동설계기준에 대한 건축법규와 구조기준의 고찰...59
• 가. 국내 법규와 기준에서의 진동설계 기준...59
• 나. 해외 기준에서의 진동설계 기준...62
• 다. 국내외 진동설계 기준의 특성 비교...66
• 라. 국내 진동설계기준(안)의 개발 방향에 대한 의견...69
• 3. 진동평가방법에 대한 고찰...72
• 가. 국내 진동평가방법...72
• 나. 해외 진동평가방법...74
• 다. 국내외 진동평가방법의 비교...88
• 라. 국내 진동평가방법의 개발 방향에 대한 의견...90
• 3.2 실험/계산식/해석에 의한 고유진동수와 진동응답의 평가...94
• 1. 대상건물의 개요...95
• 2. 실험에 의한 고유진동수와 진동응답의 계측...105
• 가. 진동실험의 개요...105
• 나. 진동실험 결과...109
• 3. 계산식에 의한 고유진동수와 진동응답의 예측...111
• 가. 진동계산식의 개요 및 필요성...111
• 나. 진동계산식의 종류와 특성...111
• 다. 계산식에 의한 고유진동수와 진동응답의 계산...119
• 라. 고유진동수 계산식의 분석과 보정-시스템진동식의 제안...124
• 마. 진동응답 계산식의 분석...132
• 4. 진동해석에 의한 고유진동수와 진동응답의 예측...137
• 가. 해석개요 및 목적...137
• 나. 진동해석 방법...137
• 다. 바닥구조 진동해석에 대한 영향인자의 분석...140
• 라. 진동해석결과 및 분석...151
• 3.3 수직진동의 설계기준(안)과 해설...155
• 3.4. 수직진동 평가방법 개발...158
• 1. 연구수행 방법...158
• 가. 인지 실험을 통한 수직진동 제한치 제안...158
• 나. 기존 고층아파트 바닥의 수직 진동 성능 평가...158
• 다. 수직진동 성능 개선 방법 조사...160
• 라. RC 아파트 바닥 두께 제안...160
• 2. 연구수행내용...161
• 가. 인지 실험을 통한 수직진동 제한치 제안...161
• 나. 기존 고층아파트 바닥의 수직 진동 성능 평가...196
• 다. 바닥판의 수직진동 성능 개선 방법...212
• 라. 바닥 수직진동 성능개선을 위한 두께제한...215
• 마. 소결...228
• 3.5 참고문헌...231
• 제4장 연구개발 수행 내용 및 결과(수평진동)...239
• 4.1 진동지각영역...239
• 1. 진동지각영역의 개요...239
• 2. 실험에 의한 진동지각영역...240
• 3. 고층건물 거주자의 진동지각영역...245
• 가. 거주자의 실측...245
• 나. 기존 고층건물의 거주성능...246
• 다. 신체적.지각적 진동지각영역...246
• 라. 실측과 실험의 비교...248
• 4. 관용적인 진동허용치...249
• 가. 미국...249
• 나. ASCE/CTBUH...249
• 다. BOGGS...252
• 4.2 해외기준의 분석...253
• 1. 해외기준의 개요...253
• 가. 캐나다기준(NBCC)...253
• 나. 일본 건축물의 진동에 관한 거주성능지침...254
• 다. ISO 6897...255
• 라 ECCS...256
• 2. 해외기준의 분석...257
• 가. 해외기준의 계통도...257
• 나. 허용가속도 비교...258
• 4.3 국내 고층건물의 동적 특성...261
• 1. 진동계측의 개요...261
• 가. 계측건물...261
• 나. 계측기기...265
• 다. 계측 및 분석방법...265
• 2. 계측데이터...266
• 가. 철골조건물...266
• 나. 철근콘크리트조...267
• 3. 철골조건물 계측결과...270
• 가. 고유진동수...270
• 나. 감쇠율...278
• 4. 철근콘크리트 계측결과...281
• 가. 고유주기...281
• 나. 감쇠율...291
• 4.4 감쇠율의 해외 기준...296
• 1. 해외기준개요...298
• 가. EURO CODE...298
• 나. Engineering Sciences Data Unit (ESDU)...299
• 다. ISO...299
• 라. DIN 1055...300
• 마. AS 1170...300
• 2. 해외기준 및 관용치의 비교...300
• 3. 사용성평가용 감쇠율...301
• 4. 소결론...302
• 4.5 고층건물의 가속도 응답...304
• 1. 풍동실험...304
• 가. 풍동실험의 개요...304
• 나. 풍동실험과 기준식의 비교...313
• 2. 풍응답계측...317
• 가. 계측건물...317
• 나. 계측방법...319
• 다. 계측데이터...321
• 라. 결과분석...322
• 4.6 결 론...338
• 1. 동적 특성...338
• 가. 고유진동수...338
• 나. 감쇠율...339
• 2. 사용성곡선...339
• 3. 가속도응답 근사식...339
• 4.7 참고문헌 (수평진동)...340
• 제 5 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도...343
• 제 6 장 연구개발결과의 활용계획...346
• 부록 A 건물의 진동계측 표준화 연구...350
• 제 1장 진동의 계측...352
• 1.1 진동 계측 장비의 구성...354
• 1. 가속도계...355
• 2. 전치 증폭기...361
• 3. 필터...363
• 4. Data aquisition & FFT analyser...364
• 5. 장비의 교정...367
• 1.2 진동 계측의 준비...369
• 1. 가속도계의 부착...369
• 2. 케이블의 연결과 관리...371
• 3. 접지...372
• 1.3 구조물의 동특성 분석시험...374
• 1. 가진원...374
• 2. 실험모드해석...378
• 1.4 진동 응답의 계측...387
• 1. 진동하중의 유형 및 특성...387
• 2. 측정단위...402
• 3. 평가단위...403
• 4. 비교분석...404
• 제 2장 진동 계측값의 분석...406
• 2.1 계측응답의 오차...406
• 1. 바이어스 오차...406
• 2. 랜덤 오차...406
• 2.2 진동크기의 정량화 방법...409
• 1. Peck to Peck...409
• 2. Peck...409
• 3. Average...409
• 4. RMS...409
• 5. VDV...411
• 6. 비교 분석...411
• 2.3 계측응답의 분석 (신호처리)...413
• 1. dB...413
• 2. 암진동의 보정...415
• 3. 진동수 분석...416
• 2.4 매개변수 추출 및 응용...418
• 1. 매개변수 추출을 위한 수학적 모델...418
• 2. 매개변수...420
• 제 3장 진동 계측 사례 및 용어 해설...423
• 3.1 진동 계측 사례...423
• 1. 가진기 실험...423
• 2. 수평진동 계측...424
• 3. 열차진동 계측...425
• 4. 수직진동 계측...426
• 5. 말뚝항타진동 계측...427
• 6. 모드해석 실험...428
• 3.2 진동측정 조사양식...429
• 3.3 진동 용어 해설...430
• 제 4 장 참고 문헌...440
• 부록 B 해외출장보고서...441