초고층건물 구조설계를 효율적으로 수행하고 설계정보를 합리적으로 처리하기 위해서 통합설계에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 또한 기존의 설계사례를 D/B화하여 초기 설계단계에 적용하는 연구가 필요하다. 구조설계 초기 단계에서는 주재료와 구조형태를 선정하고 대략적인 부재치수를 선정하게 되는데, 이것은 건물높이, 사용하중, 기본풍속, 설계가속도, 최대수평변위, 기둥간격, 층고 등과 같은 정보와 유사 사례에 대한 정보를 토대로 결정하게 된다. 그리고 초기 개념설계 단계에서 주어진 문제를 해결하는 방법은 과거 유사한 문제의 해결지식이 유용하게 적용된다. 본 논문에서는 초고층건물의 통합설계시스템에서의 개념구조설계법을 소개하고, 초기 설계단계에서의 적합성을 초고층건물 적용 예제를 이용하여 검토하고자 한다.
본 연구는 오프셋 아웃리거 구조의 최적위치를 예측하는 대표적인 기존식보다 적절한 식을 제안하는데 목적이 있다. 이 연구에서는 79개 기존 오프셋 아웃리거 구조의 해석모델을 검토하였다. 그리고 기존 오프셋 아웃리거 모델에서의 주요한 변수는 전단벽과 오프셋 아웃리거의 강성, 오프셋 아웃리거에 연결된 외곽기둥의 강성, 프레임의 강성, 전단벽-프레임 구조에서 프레임의 수평강성비 등이다. 본 논문은 오프셋 아웃리거 구조의 최적위치를 예측하는 방법을 수정하여 제안하였다. 또한 본 연구의 결과는 초고층 오프셋 아웃리거 구조의 최적위치에 대한 중요한 구조공학자료를 제공한다.
오늘날 전 세계적으로 건축물들이 대형화 초고층화 됨에 따라 건물내부 화재나 건물외부에서 가해지는 위협과 관련하여 재실자의 피난가능성이나 안전성을 확보할 필요성이 커지고 있다. 국가의 사회경제적 상징인 초고층건축물을 대상으로 폭발물 테러가 발생할 경우 막대한 인명피해와 경제적 손실, 사회적 공포감 그리고 국가위상 실추 등의 피해가 다른 유형의 건축물에 비해 심각하기 때문에 초고층건축물은 주요 테러집단의 공격대상이 되고 있다. 현재 국내의 초고층건축물은 전국 15개 지역에서 54개동이 있으며, 초고층건축물을 테러공격으로부터 예방하기 위해 국토교통부와 서울특별시에서는 테러예방을 위한 초고층건축물 가이드라인을 제정 시행하고 있다. 미국의 연방재난관리청(FEMA)은 9/11 테러공격 이후 위험관리 매뉴얼을 개발하여 활용하고 있다. FEMA 455에서는 테러예방을 위한 초고층건축물 테러위험도 평가방법을 제시하고 있는바, 특히 주변지역의 위험도와 테러공격 가능성, 그리고 테러공격에 대한 취약성 등을 진단하여 사전 평가를 하고 있다. 초고층 건축물에 대한 테러위험도 평가를 거친 다음, 테러공격의 위험도를 기준으로 건축가, 보안전문가, 구조공학자, 범죄예방가등 전문가들이 초고층건축물 테러예방 활동을 하게 된다. 영국 국가대테러안보실(NaCTSO)에서도 지역의 특수성을 반영한 테러예방지침을 제정 활용하고 있다. 국토교통부와 서울특별시에서 제정 시행하고 있는 초고층건축물 테러예방 가이드라인도 미국 연방재난관리청의 매뉴얼이나 영국 국가대테러안보실의 지침과 같이 테러 위험성 평가 기법을 포함한 구체적인 가이드라인으로 보완될 필요가 있다.
본 논문에서는 진동대를 이용하여 고층 건축물의 수평진동에 대한 지각임계가속도를 측정하였다. 바람에 의한 초고층 건축물의 과도한 진동은 거주자들에게 시각차와 현기증 같은 불쾌감을 줄 수 있다. 초고층 건축물 거주자들에게 쾌적한 환경을 제공하기 위해서는 가속도를 제한할 필요가 있다. 초고층 건축물은 1차 고유주기에 지배적이다 본 연구진은 1차 고유주기를 재연하기 위해 진동대를 사용하여 사인파진동에서 실험을 수행하였다. 실험은 진동하우스를 제작하고, 건장한 40명의 피험자를 대상으로 실시하였다 40명의 피험자를 8명씩 5개조로 나누고, 특정주파수범위$(0.2Hz{\sim}1.2Hz)$에서 가속도를 증가시키면서 수평진동에 대한 인지도를 측정하였다. 수평진동실험으로 피험자들의 진동에 대한 인지도를 누적분포표로 만들고, $0{\sim}20%,\;21{\sim}40%,\;41{\sim}60%,\;61{\sim}80%,\;81{\sim}100%$의 누적분포에 대해 추세선을 그려서 성능평가곡선을 작성하였다.
지진의 피해를 입은 후 건물의 실제 성능은 많은 요인에 영향을 받는다. 신축 구조물이나 기존 구조물의 지진 성능 예측은 복잡하다. 그 이유는 고려되어져야 하는 많은 요소와 지진 반응의 복잡성뿐만 아니라 이러한 예측과 관련된 타고난 불확실성 과 가변성 때문이다. 본 연구의 목적은 구조물의 능력 평가와 반응 요구에서의 불확실성과 가변성의 적절한 취급과 결합이다. 일관된 방법으로 demand와 capacity에서의 불확실성과 가변성을 설명하기 위하여 신뢰성 이론에 기초한 성능평가의 접근 방법이 초고층 철골 건축물의 내진성능평가 법으로 채택되어져 오고 있다. 신뢰성 이론에 근거한 내진성능평가에 대한 기본 체계와 통계적 연구에 대한 핵심 요소를 요약하였다. dema nd 요소와 capacity 요소의 통계적인 분석을 위하여 국내 기준에 맞는 전형적인 초고층 철골 건축물을 36개 설계하였다. global drift capacity 산정을 위해 철골 모멘트 골조 건물을 증분동해석 하였다.
주택유형의 변화와 친환경 주거에 대한 관심이 높아지면서 친환경계획요소의 정량적 검증에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 초고층 복합주거의 경우 친환경계획요소에 대한 정리와 실제 거주자들을 대상으로 한 만족도에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 초고층 친환경계획요소를 단지, 건물내부, 설비 및 유지관리로 구분하여 실제 거주자를 대상으로 중요도와 만족도를 평가하였다. 또한 거주만족도(만족도, 충성도, 선호도)와 친환경계획요소의 영향 관계를 PLS 구조방정식을 통해 실증 분석하였다. 연구결과를 요약하면 첫째, 단지 친환경 계획요소의 개선은 만족도를 충족시켜 실제 거주자의 충성도에 영향을 미치는 것으로 나타났다, 둘째, 건물내부의 친환경 계획요소의 증가는 실제 거주자의 만족도와 선호도를 모두 충족시켜 충성도에 영향을 미친다. 셋째, 설비/유지관리의 친환경 계획요소는 실제 주민의 선호요인으로 도출되었으나 만족도에 대한 가설은 유의하지 않은 것으로 나타났다.
국내와 같이 풍하중이 지배 횡하중으로 작용하는 중/약진대라 할지라도 초고층건물의 설계를 담당하고 있는 구조기술자는 특정세기의 잠재지진(가령 재래기 500년 정도의 설계용지진동 또는 재래기 2400년 정도의 최대한도지진)이 구조시스템에 미칠 수 있는 구조적 영향을 합리적으로 평가할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 중/약진대로 분류되는 국내의 지진환경하에서, 국내 구조사무소의 평균적 실무관행에 따라 내풍설계된 초고층 철골중심가새골조를 가정하여 지진해석을 수행하고 내진성능을 평가하였다. 내풍설계에서 요구되는 사용성 요건 및 횡력저항 철골부재에 부과돠는 폭-두께비 제한 등으로 인해 상당한 크기의 시스템 초과강도(system overstrength)가 유입됨을 확인할 수 있었다. 내풍설계과정에서 부차적으로 기인하는 이 시스템 초과강도로 인하여, 본 연구의 세장비 6 이상의 철골조 초고층 중심가새골조는 2400년 재래기의 최대한도지진에 대해서도 즉시입주 가능한 거동수준에서 탄성적으로 저항할 수 있음을 확인하였다.
평양 여명거리의 70층 초고층 아파트는 불과 75일 만에 지상 골조공사가 완료되어 구조적 안전성에 의문이 제기됐다. 본 연구는 이 의문에 대한 답을 구하여 향후 남북 건설협력에 일조하기 위해 진행됐다. 구글어스와 북한 측 자료를 분석한 결과, 몇 가지 조건 아래에서 얕은기초의 적용, 콘크리트 강도와 양생기간을 포함한 공사속도, 그리고 적어도 2022년 5월 현재까지는 구조적 안전에 문제가 없었음을 추정할 수 있었다. 이로써, 북한식 초고층 아파트 건축공사 방식이 남한 기준으로도 이해될 가능성을 확인했고, 이는 향후 북한에서 남북 건축사업 합작 시 북한식 건축공사의 적용과 남한 자원의 최소 이동을 가능케 하여 성공적인 합작 건설사업 수행에 도움이 될 수 있다.
본 연구는 MIDAS-Gen을 사용하여 초고층건물에서 단일 아웃리거 구조의 최적위치에 미치는 구조요소의 영향에 대하여 비교분석하고자 하였다. 본 연구에서는 구조해석의 변수로 아웃리거 위치와 전단벽, 아웃리거, 아웃리거와 연결된 외곽기둥, 아웃리거에 연결되지 않은 프레임과 같은 주요한 구조요소의 강성을 설정하였다. 초고층건물에서 단일 아웃리거 구조의 최적위치를 탐색하기 위하여 80층 건물의 최상층에 발생한 수평변위를 고찰하였다. 본 연구 결과로부터 아웃리거의 위치, 전단벽, 아웃리거, 아웃리거와 연결된 외곽기둥, 아웃리거와 연결되지 않은 프레임과 같은 주요한 구조요소의 강성은 단일의 아웃리거 최적 위치에 영향을 주는 것으로 나타났다. 그리고 본 연구 결과는 초고층건물에서 단일의 아웃리거 최적위치를 탐색하기 위한 구조설계 데이터를 취득하는 데 매우 유용할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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