Development of Efficient Analytical Model for a Diagrid Mega-Frame Super Tall Building

다이어그리드 메가프레임 초고층 건물을 위한 효율적인 해석모델의 개발

Among structural systems for complex-shaped tall buildings, diagrid system is widely used because of its structural efficiency and beauty of form. Recently, mega frame is favorably employed as a suitable structural system for skyscrapers because this structural system has sufficient stiffness against the lateral forces by combination of mega members which consist of many columns and girders. Diagrid mega frame system is expected to be promising structural system for future super tall buildings. However, it takes tremendous analysis times and engineer's efforts to predict the structural behavior of tall buildings applied with diagrid mega frame system because the diagrid mega frame structure has significant numbers of elements and nodes. Therefore, efficient analytical method for all buildings applied with diagrid mega frame system has been proposed in this study to reduce the efforts and time required for the analysis and design of diagrid mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of diagrid mega frame structures and an efficient analytical model using minimal DOFs by the matrix condensation method were proposed in this study. Based on the analysis of an example structure, the effectiveness and accuracy of the proposed method have been verified by the comparison between the results of the proposed method and the conventional method.

비정형 초고층건물을 위한 구조시스템 중에서 다이어그리드 구조시스템은 구조적인 효율성 및 조형성 때문에 널리 사용되고 있다. 근래에는 초고층건물을 위한 구조시스템으로 메가부재의 조합을 통하여 횡방향 강성을 효과적으로 발휘할 수 있는 메가프레임 시스템이 널리 사용되고 있다. 두 가지 구조시스템의 장점을 혼합한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템은 미래형 초고층건물에 적용될 유망한 구조시스템으로 평가받고 있다. 그러나 이러한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템을 적용한 건물의 거동을 예측하기 위해서는 매우 많은 수의 절점과 요소로 이루어진 유한요소 모델을 해석해야 하므로 상당한 양의 해석시간과 엔지니어의 노력이 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다이어그리드 메가프레임시스템을 적용한 초고층건물의 거동을 효율적으로 해석할 수 있는 기법을 제안하여 다이어그리드 메가프레임 초고층건물의 해석과 설계에 소요되는 시간과 노력을 줄이고자 한다. 이를 위하여 다이어그리드 메가프레임의 특정을 활용한 효율적인 모형화기법과 행렬응축기법을 사용하여 해석에 사용되는 자유도수를 최소화한 해석기법을 제안하였다. 예제구조물의 해석을 수행하여 본 연구에서 제안된 해석방법과 일반적인 해석방법에 의한 결과와 비교함으로써 제안된 방법의 효율성과 정확성을 검증하였다.