고층건물의 설계에 있어서 지진보다 바람에 의한 영향이 더욱 크므로 바람에 의한 건물의 안전성과 거주성등을 검토하는 것이 중요하다. 이러한 내풍해석은 모형 실험을 통하여 그 결과를 예측할 수 있으나 본 연구에서는 수치해석의 모형 개발에 중점을 두어 변동 풍하중의 3차원 모델과 건물 평면의 비대칭성을 고려하여 동조질량감쇠기를 설치하였을 때의 건물의 진동 성능을 분석하고 있다. 건물의 질량과 강성중심이 일치하지 않아 횡변위와 비틀림이 연계되는 102층의 건물을 예로 들어 내풍해석 및 동조질량감쇠기를 설치하였을 때 진동제어 해석을 수행하여 건물의 변위와 가속도의 평균응답을 구하여 결과를 비교하였다.
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.
Rafizadeh, Hamidreza;Alaghmandan, Matin;Tabasi, Saba Fattahi;Banihashemi, Saeed
Wind and Structures
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제34권5호
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pp.407-419
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2022
Many factors should be considered by architects and designers for designing a tall building. Wind load is one of these important factors that govern the design of tall building structures and can become a serious challenge when buildings tend to be built very tall and slender. On the other hand, through the initial stages of a design process, choosing the design geometry greatly affects the wind-induced forces on a tall building. With this respect, geometric shapes with 3-fold rotational symmetry are one of the applied plan shapes in tall buildings. This study, therefore, aims to investigate the aerodynamic characteristics of 8 different geometrical shapes using Computational Fluid Dynamics (CFD) by measuring the drag and lift forces. A case study approach was conducted in which different building shape models have the same total gross area and the same height of 300 meters. The simulation was an incompressible transient flow that ran 1700 timesteps (85 seconds on the real-time scale). The results show a great difference between wind-induced force performance of buildings with different plan shapes. Generally, it is stated that the shapes with the same area, but with smaller perimeters, are better choices for reducing the drag force on buildings. Applying the lift force, the results show that the buildings with plan shapes that have rounded corners act better in crosswind flow while, those with sharp corners induce larger forces in the same direction. This study delivers more analytical understanding of building shapes and their behavior against the wind force through the parametric modelling.
In this paper, a methodology to simulate the whole-building behaviour of the tall building under fire is developed by the author using a 3-D nonlinear finite element method. The mechanical and thermal material nonlinearities of the structural members, such as the structural steel members, concrete slabs and reinforcing bars were included in the model. In order to closely simulate the real condition under the conventional fire incident, in the simulation, the fire temperature was applied on level 9, 10 and 11. Then, a numerical investigation on the whole-building response of the building in fire was made. The temperature distribution of the floor slabs, steel beams and columns were predicted. In addition, the behaviours of the structural members under fire such as beam force, column force and deflections were also investigated.
One of the most important factors in tall buildings design in urban spaces is wind. The present study aims to investigate the aerodynamic behavior in the square and triangular footprint forms through aerodynamic modifications including rounded corners, chamfered corners and recessed corners in order to reduce the length of tall buildings wake region. The method used was similar to wind tunnel numerical simulation conducted on 16 building models through Autodesk Flow Design 2014 software. The findings revealed that in order to design tall 50 story buildings with a height of about 150 meters, the model in triangular footprint with aerodynamic modification of chamfered corner facing wind direction came out to have the best aerodynamic behavior comparing the other models. In comparison to the related reference model (i.e., the triangular footprint with sharp corners and no aerodynamic modification), it could reduce the length of the wake region about 50% in general. Also, the model with square footprint and aerodynamic modification of chamfered corner with the corner facing the wind could present favorable aerodynamic behavior comparing the other models of the same cluster. In comparison to the related reference model (i.e., the square footprint with sharp corners and no aerodynamic modification), it could decrease the wake region up to 30% lengthwise.
Rehmanjee, Yasmin;Leslie, Benjamin;Lamianski, Dmitri;Chafart, Manuel
국제초고층학회논문집
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제11권1호
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pp.25-29
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2022
This paper focuses on how the coupling of the columns and walls through the structural slab contributes to the overall stiffness and strength of lateral systems. The rationale and procedures behind the design approach, which may offer a shift from more conventional assumptions made regarding compatibility and connectivity of gravity and lateral structural systems, will be introduced. The impacts on serviceability and strength design will be discussed, and observations on key design and analysis approaches will be featured. Mass and stiffness assumptions will also be reviewed. A case study on the topic will be presented describing implementation of slab coupling into engineering of a building project.
Diagrid structures have emerged in recent decades as an innovative solution for tube tall buildings, capable of merging structural efficiency and aesthetic quality. This paper investigates the effect of the building slenderness (grossly quantified by means of the aspect ratio, i.e., the ratio between the height and the plan dimension) on the structural behavior and on the optimal design parameters of diagrid tall buildings. For this purpose, building models with different slenderness values are designed by adopting preliminary design criteria, based on strength or stiffness demands; in addition, a design method based on a sizing optimization process that employs genetic algorithms is also proposed, with the aim to compare and/or refine the results obtained with simplified approaches.
Besjak, Charles;Biswas, Preetam;Petrov, Georgi I.;Streeter, Matthew;Devin, Austin
국제초고층학회논문집
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제6권1호
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pp.1-9
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2017
The Pertamina Energy Tower (PET) and Manhattan West North Tower (MWNT) are two supertall towers recently designed and engineered by Skidmore, Owings & Merrill (SOM). The structural system for both buildings consists of an interior reinforced concrete core and a perimeter moment frame system, which is primarily structural steel. As is typical for tall towers with both concrete and steel elements, staged construction analysis was performed in order to account for the long term effects of creep and shrinkage, which result in differential shortening between the interior concrete core and steel perimeter frame. The particular design of each tower represents two extremes of behavior; PET has a robust connection between the perimeter and core in the form of three sets of outriggers, while the perimeter columns of MWNT do not reach the ground, but are transferred to the core above the base. This paper will present a comparison of the techniques used during the analysis and construction stages of the design process with the goal of understanding the differences in structural behavior of these two building systems in response to the long term effects of creep and shrinkage. This paper will also discuss the design and construction techniques implemented in order to minimize the differential shortening between the interior and exterior over the lifespan of these towers.
본 논문은 바닥 격막을 고려한 초고층 아웃리거 구조시스템의 수평거동을 파악하기 위하여 80층 규모의 초고층 아웃리거 건물을 대상으로 MIDAS-Gen을 이용하여 계획설계 수준의 구조설계를 진행하였다. 그리고 본 해석의 주요한 변수는 아웃리거의 평면상 위치, 슬래브의 강성, 아웃리거의 강성, 다이어프램의 종류이다. 또한 본 연구의 목적을 위하여 최상층에서 발생하는 수평변위, 층간변위, 슬래브에 발생한 응력을 분석하였다. 본 연구의 결과, 아웃리거의 평면상 위치, 슬래브의 강성, 아웃리거의 강성, 다이어프램의 종류는 초고층 아웃리거 구조시스템의 수평거동에 영향을 주는 것으로 나타났다. 그리고 본 연구의 결과는 초고층 아웃리거 구조시스템의 수평거동을 파악하는데 필요한 구조설계 기본자료를 얻는데 도움이 된다고 사료된다.
Natural ventilation has proven to be an effective passive strategy in improving energy efficiency and providing healthy environments. However, such a strategy has not been commonly adopted to tall office buildings that traditionally rely on single-skin façades (SSFs), due to the high wind pressure that creates excessive air velocities and occupant discomfort at upper floors. Double-skin façades (DSFs) can provide an opportunity to facilitate natural ventilation in tall office buildings, as the fundamental components such as the additional skin and openings create a buffer to regulate the direct impact of wind pressure and the airflow around the buildings. This study investigates the impact of modified multi-story type DSFs on indoor airflow in a 60-story, 780-foot (238 m) naturally ventilated tall office building under isothermal conditions. Thus, the performance of wind effect related components was assessed based on the criteria (e.g., air velocity and airflow distribution), particularly with respect to opening size. Computational fluid dynamics (CFD) was utilized to simulate outdoor airflow around the tall office building, and indoor airflow at multiple heights in case of various DSF opening configurations. The simulation results indicate that the outer skin opening is the more influential parameter than the inner skin opening on the indoor airflow behavior. On the other hand, the variations of inner skin opening size help improve the indoor airflow with respect to the desired air velocity and airflow distribution. Despite some vortexes observed in the indoor spaces, cross ventilation can occur as positive pressure on the windward side and negative pressure on the other sides generate productive pressure differential. The results also demonstrate that DSFs with smaller openings suitably reduce not only the impact of wind pressure, but also the concentration of high air velocity near the windows on the windward side, compared to SSFs. Further insight on indoor airflow behaviors depending on DSF opening configurations leads to a better understanding of the DSF design strategies for effective natural ventilation in tall office buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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