초고층 건물의 구조설계시 풍하중에 의한 횡방향 변위를 적절한 값 이내로 줄이는 것이 가장 중요한 문제 중에 하나이다. 이를 위해서 추가적인 감쇠기 및 진동제어장치를 사용하는 방법이 일반적으로 고려되고 있다. 이 때 일반적으로 구조물의 특성은 변화없이 추가되는 제어장치에 대해서만 최적설계를 수행하게 된다. 본 연구에서는 구조물과 스마트 제어장치의 다목적 통합 최적화를 통하여 추가되는 스마트 제어장치로 인하여 구조물의 물량을 줄일 수 있는 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 다이어그리드 구조시스템이 적용된 60층 초고층 건물을 예제 구조물로 선택하였고, 인공 풍하중에 대한 풍응답을 검토하였다. 스마트 제어장치로는 TMD에 MR 감쇠기를 설치한 스마트 TMD를 사용하였다. 구조물의 응답과 구조물량 및 제어장치의 용량을 동시에 줄이는 것이 필요하므로 본 연구에서는 다목적 유전자알고리즘을 적용하였다. 수치해석결과 제어성능목표를 만족시키면서 구조물의 물량과 제어장치의 용량을 적절하게 줄일 수 있는 다양한 설계 최적안을 얻을 수 있었다.
본 연구는 조선시대 성곽 축성의 기술적 변화 가운데 하나인 장대를 중심으로, 장대의 건축적 특성을 시론적으로 고찰한 연구이다. 장대는 장수의 지휘시설 및 장졸들의 훈련시설로 성내에 마련된 건물이다. 장대가 최초로 건립된 시기는 불분명하지만 18세기를 전후로 하여 그 수가 급격히 증가하였다. 이는 왜란과 호란을 거치며, 장대의 실효성에 대한 인식이 대대적인 축성사업에 적용되면서 나타난 결과이다. 장대는 조망의 기능이 최우선시 되었기 때문에 높은 지형에 개방적인 형태로 설치되었다. 또한 강변 경사지에 위치한 읍성 누각의 높고 개방적인 형태는 내부에서의 유관(遊觀)과 더불어 장대의 기능을 병행할 수 있었다. 또한 장대는 병사들의 교련과 사열이 이루어지는 장소였기 때문에 병사들을 소집하기 위한 넓은 대(臺)가 전면에 구성된다. 이러한 특징은 조선시대 장대의 공간구성에서 정형화된 형식으로 나타나며, 지형적인 제약으로 인해 넓은 공간이 확보될 수 없는 곳은 대의 형태만을 갖추었다. 한편, 장대에는 지휘관이 위치하는 장소로서의 위계성이 다양한 건축적 특성으로 나타난다. 높이차를 통해 지휘관의 공간에 위계성이 부여되고, 건물의 격을 높이고자 여러 장식적인 요소들이 가미되었다. 장대 건물의 평면은 크게 장방형과 정방형으로 구분되는데, 장방형 평면은 건물의 규모에 따라 $5{\times}4$칸과 $3{\times}2$칸이 일반적이다. 이 중 $5{\times}4$칸의 건물은 넓은 공간을 활용할 수 있는 평지성이나 읍성에서 나타나며, 비교적 소규모인 $3{\times}2$칸은 주로 산성에서 나타난다. 정방형 평면의 건물은 모두 $3{\times}3$칸의 형태를 가지며, 어칸 길이는 협칸의 약 두 배가 되어, 내부 중앙칸이 넓게 마련된다. 이는 내부 중앙칸이 상층의 바닥 면적이 되기 때문에 상층의 내부 공간을 확보하기 위한 의도로 파악된다. 장대의 일부는 내부에 층을 두어 상부공간을 구성한다. 하층이 개방되고 상하층에 처마를 달아낸 중층누각형식은 장대에서 나타나는 중요한 건축특징 중 하나이다. 이러한 건물들은 하층의 내진주가 그대로 연장되어 상층의 변주가 되는 온칸물림방식을 보여주며, 내진주에 멍에창방을 끼우고, 귀틀을 결구하여 상층마루를 구성하였다. 또한 읍성에 위치한 누각은 상부에만 지붕이 구성되어 중층이라고 할 수는 없지만, 높은 누하주를 세우고 상부에 청방을 결구하여 상층마루를 구성하였다.
The focus of this study is the promotion of green area volumes and their naturalness, water circulation system, decline of entropy, creation of biological habitats and linkage of separated urban green space. Re-presentative urban biotope survey sites were categorized as urban biotope, semi-natural biotope, and natural forest. In the urban biotope, a residential biotope was constructed near the Han river and in mountain areas. The green-area ratio at the housing complex was about 25%. GVZ(Grunvolumenzahl) was 0.35m$^3$/m$^2$ at the 5∼10-story housing complex, and 1.53m$^3$/m$^2$ over the 11-story. As for the green-area structure of the housing complex, canopy layer, understory layer, and shrub layer were not differentiated and the green-area volume was not high enough. The green-area ratio of school areas as a public area biotope was 5∼20%. GVZ was 1.12m$^3$/m$^2$ at Myungduk High School, and 1.78m$^3$/m$^2$ at Jeonggok Elementary School. In order to convert the urban biotope into an ecological area, green areas around the buildings should be connected to urban buffer green areas, and multi-layer structures should be established with natural plant species. In the semi-natural biotope, neighbor parks were created park in the vicinity of the natural forests. GVZ was 0.28m$^3$/m$^2$, and plantation was established with single layer structure and was definitely insufficient for the area. The urban buffer green areas have been established in strip corridors with the width of 20∼123m. In those areas, GVZ was 0.16∼0.27m$^3$/m$^2$ and had a deficient canopy layer, understory layer, and shrub layer. Soil conditions were not favorable for tree growth. In the natural biotope, GVZ of the plantation was 1.03∼1.5m$^3$/m$^2$ but the high crown closure of this area reduces the chance of species change and succession. GVZ of natural forest was 2.53∼2.57m$^3$/m$^2$. It is desirable to plant diverse plants and the natural forest should be succeeded by broad-leaf deciduous tree species. To improve the value of biotope at Kangseo-Gu, building height needs to be limited to reduce the environmental deterioration in the city. In order to maintain the water circulation system, water-permeable material is recommened when the urban surface areas are paved. The establishment of a water circulation system will improve ground water levels, soil moisture, water quality, and habitats. In order to improve biological diversity, it is desirable to have multi-layer structures in urban green areas with native species.
Sanjideh, Bahador Adel;Hamzehkolaei, Azadeh Ghadimi;Hosseinzadeh, Ali Zare;Amiri, Gholamreza Ghodrati
Structural Engineering and Mechanics
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제84권4호
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pp.489-502
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2022
This paper is aimed at developing an optimization-based Finite Element model updating approach for structural damage identification and quantification. A modal flexibility-based error function is introduced, which uses modal assurance criterion to formulate the updating problem as an optimization problem. Because of the inexplicit input/output relationship between the candidate solutions and the error function's output, a robust and efficient optimization algorithm should be employed to evaluate the solution domain and find the global extremum with high speed and accuracy. This paper proposes a new multi-stage Selective Particle Swarm Optimization (SPSO) algorithm to solve the optimization problem. The proposed multi-stage strategy not only fixes the premature convergence of the original Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, but also increases the speed of the search stage and reduces the corresponding computational costs, without changing or adding extra terms to the algorithm's formulation. Solving the introduced objective function with the proposed multi-stage SPSO leads to a smart feedback-wise and self-adjusting damage detection method, which can effectively assess the health of the structural systems. The performance and precision of the proposed method are verified and benchmarked against the original PSO and some of its most popular variants, including SPSO, DPSO, APSO, and MSPSO. For this purpose, two numerical examples of complex civil engineering structures under different damage patterns are studied. Comparative studies are also carried out to evaluate the performance of the proposed method in the presence of measurement errors. Moreover, the robustness and accuracy of the method are validated by assessing the health of a six-story shear-type building structure tested on a shake table. The obtained results introduced the proposed method as an effective and robust damage detection method even if the first few vibration modes are utilized to form the objective function.
The Lakhta Center is a Multifunction Complex Development (MFCD) consisting of 1) an 86 story office tower rising 462 m above the ground to provide high-end offices for Gazprom Neft and Gazprom Group affiliates 2) a Multi-Function Building (MFB) that includes, a scientific/educational center, a sport center, a children's technopark, a planetarium, a multi-transformable hall, an exhibition center, shops, restaurants, and other public facilities 3) a Stylobate 4) "The Arch, which forms the main entrance to the tower, restaurants, and cafes 5) underground parking and 6) a wide range of large public plazas. While each of the MFCD buildings is technically challenging in its own right, the focus of the paper is to present the development and integration of the structural and foundation systems of the bowed, tapered, and twisted shape of the tower into the fabric of the tallest Tower in Europe.
The dynamic characterization of a three-story auxiliary building in a nuclear power plant (NPP) constructed with a monolithic reinforced concrete shear wall is investigated in this study. The shear wall is subjected to a joint-research, round-robin analysis organized by the Korea Atomic Energy Research Institute, South Korea, to predict seismic responses of that auxiliary building in NPP through a shake table test. Five different intensity measures of the base excitation are applied to the shaking table test to get the acceleration responses from the different building locations for one horizontal direction (front-back). Simultaneously to understand the global damage scenario of the structure, a frequency search test is conducted after each excitation. The primary motivation of this study is to develop a nonlinear numerical model considering the multi-layered shell element and compare it with the test result to validate through the modal parameter identification and floor responses. In addition, the acceleration amplification factor is evaluated to judge the dynamic behavior of the shear wall with the existing standard, thus providing theoretical support for engineering practice.
Multiple pounding tuned rolling mass damper (MPTRMD) distributed in the cavity of voided slabs is proposed to passively control multi-story frame structures, which disperses the mass of the oscillator to multiple dampers so that the control device can be miniaturized without affecting the vibration control performance. The mechanism and the differential motion equations of the MPTRMD-controlled multi-degree-of-freedom system are derived based on the Lagrange principle. Afterward, this advanced RMD is applied to a simplified 20-floor steel frame to evaluate the seismic control performance in the numerical analysis. A four-storey frame structure equipped with MPTRMD is then taken for a shaking table test to verify its effectiveness of control performance. The pounding mechanism has been detailed studied numerically and experimentally as well. The numerical and experimental results show that the proposed damper is practically promising not only for its prominent control performance but also for its lightweight and space-saving. Additionally, the pounding mechanism influenced by the variable impact parameters exhibits a balance between the two effects of motional limitations and energy dissipation.
This paper develops a probabilistic methodology for the seismic reliability analysis of structures with random properties. The earthquake loading is assumed to be described in terms of response spectra. The proposed methodology takes advantage of the response spectra and thus does not require explicit dynamic analysis of the actual structure. Uncertainties in the structural properties (e.g. member cross-sections, modulus of elasticity, member strengths, mass and damping) as well as in the seismic load (due to uncertainty associated with the earthquake load specification) are considered. The structural reliability is estimated by determining the failure probability or the reliability index associated with a performance function that defines safe and unsafe domains. The structural failure is estimated using a performance function that evaluates whether the maximum displacement has been exceeded. Numerical illustrations of reliability analysis of elastic and elastic-plastic single-story frame structures are presented first. The extension of the proposed method to elastic multi-degree-of-freedom uncertain structures is also studied and a solved example is provided.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권1호
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pp.1-13
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2016
The progressive collapse analysis of reinforced concrete (RC) moment-frame buildings under extreme loads is discussed from the perspective of modeling issues. A threat-independent approach or the alternate path method forms the basis of the simulations wherein the extreme event is modeled via column removal scenarios. Using a prototype RC frame building, issues and considerations in constitutive modeling of materials, options in modeling the structural elements and specification of gravity loads are discussed with the goal of achieving consistent models that can be used in collapse scenarios involving successive loss of load-bearing columns at the lowest level of the building. The role of the floor slabs in mobilizing catenary action and influencing the progressive collapse response is also highlighted. Finally, an energy-based approach for identifying the proximity to collapse of regular multi-story buildings is proposed.
In this paper, mixed mode magneto-rheological (MR) damper, which is applicable for vibration control of a small scale multi-story structure, is devised. First, the schematic configurations of the shear, flow, and mixed mode MR dampers are described with design constraints and then the analytical models to predict the field-dependent damping forces are derived for each type. Second, an appropriate size of the mixed mode MR damper is manufactured and its field-dependent damping characteristics are evaluated in time domain. Finally, the performance of the manufactured MR damper which is semi-actively applied to a small scale building excited by earthquake load, is numerically evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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