Simple Model for Preliminary Design of Hexagrid Tall Building Structure

High-rise building shapes are changing from orthogonal to irregular form and the current trend is to arrange members in geometric grid-patterns at the perimeter of buildings. This study proposes a simple model for the preliminary design of a hexagrid high-rise building. The size of the cross section is set to be different at each module and hexagrid unit, which is different from the previous studies in which all hexagrid members were the same. To examine the effect of hexagrid size on structural performance, 60-story hexagrid buildings with 1-, 2- and 4-story high modules are designed and analyzed. Maximum lateral displacement, steel tonnage, load carrying percentage of perimeter frame and combined strength ratio are compared for 15 buildings. As the lateral load carrying capacity of hexagrid structure was inferior to a diagrid structural system, proper lateral stiffness should be allocated to the core frame in a hexagrid structure. The best ratio of flexural to shear deformation was 4 and larger unit size was better in considering constructional cost and structural efficiency. As the maximum lateral displacements of the buildings were within 84%~108% of the limit, the proposed method seems to be applicable to preliminary design of hexagrid buildings.

헥사그리드 고층건물구조의 예비설계를 위한 단순모델

시대적 흐름에 따라 고층 건물은 정형적인 형태에서 벗어나 비정형적인 형태로 변화하고 있고 최근에는 외주골조에 기하학적 그리드 패턴으로 부재를 배치하고 있다. 본 연구에서는 헥사그리드구조의 부재선정을 위한 소요단면2차모멘트 산정식을 제안하였다. 헥사그리드 고층건물의 외주골조에 동일한 단면을 사용한 기존연구와는 다르게 수평 대각 부재와 모듈의 위치에 따라 부재사이즈를 변경하였다. 헥사그리드 유닛사이즈가 구조성능에 미치는 영향을 검토하기 위해 모듈의 높이를 1개층, 2개층, 4개층 높이로 한 60층 건물을 설계하여 해석하였다. 15개 건물에 대한 최대 횡변위, 철골량, 중력하중과 횡하중에 대한 외주골조의 횡력 분담비율, 부재의 조합 강도비를 비교하였다. 헥사그리드 구조의 횡력분담 능력이 다이아그리드 구조에 비해 작아서 헥사그리드 구조에서는 코어골조에 적절한 횡강성을 배분해야 한다. 휨변형 대 전단변형의 비는 4가 가장 적합하였고 부재간 접합에 따른 시공비용 및 구조적 효율성으로 판단할 때 헥사그리드 유닛이 큰 것이 유리하다고 판단된다. 건물의 최대 횡변위가 제한치의 84%~108%로 나와 헥사그리드 건물의 예비설계에 적용 가능한 것으로 보인다.