• 한국지진공학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.49-57
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• 2010

비정형 평면을 가진 건물의 추가적인 손상의 원인이 되는 비틀림과 비정형성의 척도인 편심과의 관계에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔으나 손상도와 편심의 직접적인 관계에 대한 연구는 수행된 적이 거의 없다. 본 연구에서는 비정형 평면을 가진 건물의 복잡한 지진 응답에 적용할 수 있는 3차원 손상도 계수를 이용하여 건물의 손상도와 편심에 대한 정량적인 관계를 분석하였다. 이를 통해 건물의 편심이 커지면 최대변위는 줄어들지만 비틀림 거동이 증가하여, 손상의 집중으로 인해 전반적인 손상도 계수가 증가함이 관찰되었다. 또한, 2차원 주기가 비슷한 경우에는, 건물의 길이가 최대변위와 최대 비틀림에 미치는 영향이 작으며 이로 인해 전체 손상도 계수에도 그 영향이 미미한 것으로 관찰되었다. 해석 결과를 바탕으로 중약진 지역에서 편심의 크기가 10%, 20%, 30%인 단층 건물은 편심이 없는 건물에 비해서 각각 평균 3~5%, 13~18%, 33~47% 정도의 손상도 증가가 있을 것으로 분석하였다. 이와 같은 편심-손상도 관계는비정형 평면을 가진 건물의 내진 설계에 있어서 기본 구조 계획 수립과 내진 성능 평가에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.

• 전산구조공학
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• 제11권4호
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• pp.287-294
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• 1998

입면의 형태가 임의의 층에서 큰 차이를 보이는 3차원 비정형 setback 구조물의 동적 거동 특성과 이들 구조물의 동적 거동에 미치는 바닥 슬래브의 면내 변형 효과를 분석하였다. 비정형 setback 구조물의 전반적인 동적 거동특성을 분석하기 위하여 베이스 부분의 평면적과 타워 부분의 평면적 비(R?), setback 발생위치(L?)등을 매개 변수로 사용하였다. 48개의 비정형 setback 구조물들에 대한 해석 수행 결과 setback 구조물은 정형 구조물에 비해 횡방향 1차 모드의 유효 모드 중량(effective modal weight)이 작게 나타나는 경향을 보이기 때문에 setback 구조물의 동적 거동을 파악하기 위해서는 등가 정적 해석법 대신에 동적 해석을 수행할 필요가 있음을 알 수 있었다. 바닥슬래브의 면내 변형은 보다 긴 구조물의 고유 진동 주기값을 가져오며 모드 순서 및 모드 형상에도 변화를 준다. 이러한 사실은 바닥슬래브의 면내 변형으로 인하여 횡방향 저항 요소들간의 전단력 분포와 층 변위가 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 횡방향 저항 요소들간의 강성 차가 심한 프레임-전단벽 시스템에서 두드러지게 나타난다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권7호
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• pp.3528-3537
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• 2013

비정형 건축곡면의 패널분할 최적화 정도를 평가하기 위한 여러 가지 최적화 평가기법들이 개발되어 적용되고 있으나 이러한 평가기법과 평가지표들은 독립성, 보편성을 확보하고 있지 못하다. 그러므로 본 연구에서는 비정형곡면 패널분할 최적화 평가기법 및 평가지표에 관한 사례 및 선행연구 고찰을 통한 독립성 및 보편성이 확보되는 비정형 곡면 패널분할 최적화의 정량적 평가를 위한 평가항목 추출과 평가지표의 제안이 이루어진다. 제안된 세 가지 패널분할 최적화 평가항목은 원형 충실도, 생산 용이성, 연속성이며, 원형 충실도를 위한 평가지표로는 곡면 일치, 생산 용이성을 위한 평가지표로는 평면성, 평면 패널 비율, 연속성을 위한 평가지표로는 접선 연속성, 사이 간격이 제안되었으며 그 산출방법이 함께 제안되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.105-113
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• 2000

임의의 층에서 평면적에 큰 차이를 보이는 3차원 비정형 setback 구조물의 지진 거동 특성과 지진 거동 특성에 미치는 바닥 슬래브의 면내 변형 효과를 연구하였다. 비정형 setback 구조물의 전반적인 지진 거동 특성을 분석하기 위하여 베이스 부분의 평면적과 타워 부분의 평면적의 비(R/sub s/)와 단(setback) 발생 위치(L/sub s/)등을 매개 변수로 사용하였다. 48개의 비정형 setback 구조물들에 대한 해석 결과로부터 정형 구조물과 달리 setback 구조물의 경우에 단(setback) 발생 위치 근방에서 매우 급격한 층 전단력의 변화가 일어남을 알 수 있었다. 바닥슬래브의 면내 변형이 구조물의 지진 거동에 미치는 영향은 횡방향 저항 요소의 배치에 따라 크게 좌우되며 횡방향 저항 요소들간의 강성의 차이가 심하게 나타나는 전단벽-프레임 시스템의 경우에 더욱 두드러지게 나타남을 알 수 있다. 바닥슬래브의 면내 변형은 구조물이 받게 되는 밑면 전단력을 감소시키며 특히 L/sub s/=0.1인 프레임-전단벽 시스템에서 두드러진다. 또한 바닥슬래브의 면내 변형은 전단벽이 설치된 프레임에 대해서는 층 전단력의 감소 효과를 가져오고 전단벽이 설치되지 않은 프레임에 대해서는 층 전단력의 증가 현상을 가져온다. 또한 횡방향 강성의 차이로 발생한 베이스 부분과 타워 부분에서의 바닥슬래브의 면내 변형으로 인하여 모든 층의 층 변위가 크게 증가됨을 알 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.189-198
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• 2011

최근 건축물들이 미적인 아름다움을 추구하며 점차 비정형화 되어감에 따라 이를 실현시켜 주기 위한 새로운 구조시스템들이 개발되고 있다. Diagrid system은 외각에 배치 된 경사진 기둥을 통해 구조물의 중력하중과 횡력을 모두 저항하는 시스템으로 건물 내부에 기둥이 없어 비교적 평면 변화에 유리한 시스템이다. 하지만 현행의 내진설계 기준에는 이와 같은 새로운 구조시스템에 대한 내진성능계수가 명시되어 있지 않다. 이에 새로운 내진성능 평가 방법인 ATC-63이 제안되었다. 본 논문에서는 구조물의 비정형성을 고려해주기 위해 3D 비선형 해석 모델에 각각 작용하는 하중의 방향을 달리하며 ATC-63에서 제시하고 있는 절차에 따라 비정형 Diagrid system의 내진성능을 평가하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제1권3호
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• pp.37-44
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• 1997

본 논문에서는 지진하중을 받는 고층건물의 비탄성거동 특히, 층수에 따라 평면이 비대칭적으로 감소하여 발생하는 비틀림거동에 대하여 고찰하였다. 평면의 구조적 비대칭성에 의하여 발생하는 강성의 비대칭은 건물이 지진하중을 받을 때 횡변위 뿐만아니라 비틀림변형을 유발하게 된다. 이러한 비탄성 비틀림거동의 해석은 2차원모델로는 어려우므로 3차원해석이 요구된다. 본 논문에서는 102층의 비정형 초고층건물을 모델로 하여 내진설계규준에 의한 지진하중을 각 층에 가하여 하중의 크기를 증가시켜 정적 탄소성해석을 수행하였는데 비틀림에 의한 영향을 평가하기 위하여 비틀림을 제한한 모델과 그 거동을 비교분석하였다. 해석 결과에 따르면 비대칭건물의 탄소성 거동은 비틀림거동에 의하여 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.67-74
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• 2010

건물의 실제 편심은 일반적으로 계산된 값과 상당히 다르며, 정형 건물도 비틀림의 영향을 받는다. 질량분포의 비대칭성과 수직축에 대한 지반의 회전요소와 같은 요인들의 영향을 고려하고, 비틀림 비정형 건물의 취약성을 줄이기 위하여 내진설계규준에서는 우발편심과 비틀림 증폭계수를 도입하였다. 본 연구에서는 정형건물의 다양한 형상비와 평면중심으로부터의 부재위치에 따른 비틀림 증폭계수의 영향 및 이 계수에 영향을 미치는 요인을 확인하였고 보통암 지반에 위치한 다양한 편심과 형상비를 갖는 비선형 철근콘크리트 단층모델을 이용하여 비틀림 증폭계수를 검증하였다. 비선형 정적해석과 시간이력해석을 이용하여 구한 연약단부의 최대 정적변위와 동적변위는 비교적 일치하였으나 최대 정적비틀림과 동적비틀림의 차이는 편심크기가 작을수록 크게 나타났다. 1차 설계편심에 비틀림 증폭계수 적용유.무에 따라 연약단부 부재의 밑면전단력 증가가 미비하여 최대 정적변위의 증가비가 크지 않다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.153-153
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• 2011

현대 건축은 기능적이고 합리적이었지만 획일적이었던 박스형 건축에서 탈피해 형태와 공간에 있어서 다양한 변화를 시도하고 있다. 특별한 건축물의 실현을 위해 각 나라의 기술력은 급속한 발전을 이루었고, 보다 더 독특한 건축물에 대한 관심은 비정형 건축물에 대한 관심의 증대로 이어지고 있다. 이러한 비정형 건축물에 적합한 구조로써 프리폼(Free-Form) 구조가 있다. 프리폼 구조로 입체골조(Double Layered Structure)를 많이 사용하였으나, 최근 유리로 되어 투명하고 기하학적 모양의 건축물을 추구함에 따라 평면골조(Single Layered Structure)가 증가하고 있는 추세이다. 평면골조는 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 분류할 수 있고 프리폼 구조의 구성 요소 중 가장 취약하고 중요한 부분은 노드이다. 본 연구에서는 프리폼 구조 중 가장 큰 관심이 고조되고 있는 평면골조 모멘트 지배형의 노드에 대한 국내외 기술 분석을 통해 향후 연구 방향성을 제시하고자 한다. 입체골조는 하나의 노드에 여러개의 부재가 3차원으로 결합되어야 하기 때문에 다른 골조 시스템에 비해 노드부가 복잡하지만, 건축물의 외관을 유리로 하여 투명하게 하고 비틀리고 구부러진 구조물에 대한 건축적 요구가 많아짐에 따라 평면골조의 인기가 높아지고 있다. 이러한 시대의 흐름에 발맞추어 건물의 구조적, 기하학적 요구를 충족시키기 위해 다양한 노드 시스템이 개발 중이며, 가해지는 하중의 특성에 따라 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 구분하여 노드의 양상을 분류할 수 있다. 축력 지배형의 대표적인 시스템은 다이아그리드(Diagrid)이다. 축력 지배형 프리폼 구조의 노드는 전체 구조물의 하중을 축력으로 받아 모두 전달해야 하기 때문에 크기가 크고 가새가 2~4개층에 걸쳐서 설치되기 때문에 중량이다. 모멘트 지배형 노드를 갖는 프리폼 구조의 형태는 대부분 지붕 구조로써 지붕 자체의 하중만을 견디도록 설계된다. 따라서 노드부와 노드에 붙는 부재들이 가볍기 때문에 사람이 들 수 있고 노드의 크기가 작아 시공성이 좋으며 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 노드의 형태는 힘의 흐름과 쓰임에 따라 다양하다. 평면골조 모멘트 지배형의 노드는 접합방식에 따라 Splice node connection과 End-Face node connection 두 가지로 분류할 수 있다. Splice node connection은 각 부재의 종축으로 노드와 구조부재 사이에 이음재를 두어 연결하고, 연결 형태에 따라 전단력을 전달할 수 있는 1~2개의 접촉면이 생긴다. 전단응력을 받는 볼트로 이음재를 이어 조립하거나 용접으로 접합할 수 있다. 대표 노드로, SBP-1, SBP-2와 POLO-1 등이 있다. End-Face node connection은 각 연결된 부재의 단부와 노드 사이의 연결면은 종축방향의 수직이고, 인장응력을 받는 볼트를 사용하거나 용접에 의해 접합할 수 있다. 대표 노드로 SBP-4, WABI-1, MERO-1(Cylinder), MERO-2(Block), MERO-4(Double Dish) 등이 있다. 본 기술 현황 분석을 통해 현재 개발된 노드를 분류하고 가장 관심이 높은 Single Layer 모멘트 지배형 노드를 비교, 분석하였다. 최근 건물의 경향을 반영한 프리폼 구조를 실현하기 위해서 필수적인 노드의 개발은 국외에서 활발히 연구되고 있지만 그 기술이 개방되어 있지 않다. 국내에서는 동대문 디자인 플라자에 새로운 노드를 적용하고 고려대학교에서 모멘트 지배형 노드를 개발하는 등 발전 가능성을 보이고 있지만 국외 사례들에 비하면 아직 초기 단계라 할 수 있다. 따라서 현장 용접을 지양하고 공장 제작하여 현장에서 조립하며, 프로젝트 별로 상이한 노드를 사용하는 것이 아닌 다양한 요구를 효과적으로 수용하는 구조 효율성을 향상시킨 노드 상세의 개발이 이루어져야 할 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.513-523
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• 2012

본 연구는 횡력저항시스템별로 프로토타입 모델을 선정하고 지진지역과 비정형성에 따른 내진성능 영향력을 검토하였다. 프로토타입 모델은 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템을 선정하였다. 또한 각 횡력저항시스템별 평면 비틀림 각도를 $0^{\circ}$, $1^{\circ}$($1.5^{\circ}$), $2^{\circ}$($3^{\circ}$) 씩 변화하여 내진성능을 검토하였다. 지진지역은 강진지역(LA), 약진지역(Boston)을 선정하였다. 선형응답해석은 프로토타입 모델의 풍변위, 고유주기를 검토하였다. Non-Linear Response History(NLRH) 해석에서는 밑면전단력, 층간변위비를 검토하였다. 검토결과 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템 모두 평면 비틀림 각도가 증가할수록 건물 전체의 강성이 줄어들었다. 또한 평면 비틀림 각도가 증가할수록 풍변위와 고유주기 결과가 증가하고 건물 전체의 강성이 줄어들어 밑면전단력이 감소하였다. 끝으로, NLRH 해석 결과 강진과 약진지역 모두 Tall Building Initiative(TBI)의 Maximum Considered Earthquake(MCE)수준의 층간변위비 제한값 0.045를 만족하여 허용범위내의 내진성능을 만족하고 있는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.89-97
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• 2013

비정형 초고층 건물의 계획 및 시공이 늘어남에 따라 이 연구에서는 프로토타입 모델에 대한 시공단계해석의 적용을 통하여 비정형 초고층 건물의 시공 중 구조적 거동을 분석하고자 하였다. 비틀림 초고층 건물을 대상으로 횡력저항시스템, 비틀림각도, 공법 조건에 따른 총 18개의 모델을 선정하였다. 횡력저항시스템으로는 다이아그리드 시스템과 가새튜브 시스템을 적용하였으며, 각 횡력저항시스템별로 $0^{\circ}$, $1^{\circ}$, $2^{\circ}$ 비틀림각도를 갖는 세 가지 평면 형태와 외곽 튜브와 내부 골조의 시공순서에 따른 세 가지 공법을 가정하였다. 시공 중인 초고층 건물의 구조적 성능은 시공단계해석의 횡변위 결과를 통하여 분석되었으며, 골조 공기와 최대 양중량과 같은 시공성능이 함께 비교되었다.