벽식구조물의 구조요소별 횡변위 제어 능력 평가

Abstract

현재 초고층 건축물들은 사회적 요구 등에 의해 급격하게 증가하고 있다.초 고층 건축물은 높이와 세장비 때문에 연직하중보다 바람 또는 지진과 같은 횡 하중의 영향이 커지게 되고,횡하중에 대한 수평변위를 제어하기 위해 다양한 구조시스템들이 제안되었다. 국내의 초고층 건물 중 50층을 넘는 주상복합 구조물들은 횡변위를 제어하기 위한 구조시스템으로써 아웃리거와 코어를 사용하고 있다.이 경우,아웃리거 층이 많아지게 되면 변위제어는 효과적이나 과도한 공기 및 물량이 소요되고, 아웃리거 층수를 1개 이내로 하게 되면 코어 벽체의 두께가 과도하게 두꺼워져 전용면적이 감소되는 등 비경제적이다.이로 인해,코어-아웃리거 시스템에서 가장 비중이 큰 코어와 아웃리거에 관한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다.특 히 아웃리거에 대한 연구는 근사해석을 통한 변위계산, 아웃리거의 최적 위치 에 대한 시스템 평가,오프셋 아웃리거 등 다양한 주제들로 발표되었다.이러한 기존 연구들은 코어-아웃리거 시스템을 구성하고 있는 아웃리거에 관한 연구가 중점적으로 이루어져 있어 코어벽을 포함한 그 외의 전단벽의 횡변위 제어 기 여도 평가에 관한 연구는 미미한 것으로 조사되었다. 구조물은 아웃리거와 코어 뿐만 아니라 최외측벽체,세대간벽,내부벽 등으로 구성되어 있으므로,이러한 고층 구조물을 구성하는 각 개별 벽체들의 횡변위 제어 성능과 이들 벽체들의 조합을 통한 횡변위 제어성능을 평가하는 것이 중 요하다.이에 따라 본 연구에서는 국내 고층 건물에 대한 실제 구조해석을 통해 구조시스템의 요소들을 분석하고 각 요소들이 구조시스템에 기여하는 영향을 검토하고자 한다. 본 연구는 다음과 같이 구성되었다. 제 1장은 연구의 배경 및 목적,연구내용 및 방법을 기술하였다. 제 2장은 기존 연구 고찰로써 코어-아웃리거 시스템이 적용된 구조물의 횡변 위 제어 성능 평가에 관하여 기술하였다. 제 3장은 코어와 아웃리거를 포함한 최외측벽,내부벽,세대간벽 등의 구조요 소들에 대한 횡변위 제어 능력을 평가하기 위한 해석 모델과 해석 방법에 대해 기술하였다. 제 4장은 해석 결과값을 토대로 각 변수의 영향을 분석,구조요소,구조요소 즉 벽체들간의 조합상관을 통한 횡변위 제어 성능과 고강도 적용시의 구조요소 들의 변화를 평가하였다. 제 5장은 본 연구의 결론에 대하여 기술하였다. 본 연구에서는 코어-아웃리거 시스템을 적용한 주상복합건물에 대해 구조요 소별 단면 변화와 배치에 따른 최상층 횡변위를 비교,검토하여 .횡변위 제어 능력을 평가하고자 하였으며,다음과 같은 결론을 얻었다. 1)횡하중이 작용하는 방향과 벽체들의 형상과 배치에 따라 횡변위 제어 능 력은 달라지며,특히 하중 중심과 강성 중심의 차이로 인한 비틀림의 영향이 큰 것으로 나타났다. 2)하중방향으로 배치되어 있는 개별 벽체들과 직접 연결되어 있는 하중방향 에 수직 배치된 벽체들이 횡변위 제어에 효과적인 플랜지 역할을 하여 휨성능 향상 효과가 있음을 알 수 있었다. 3)횡하중이 작용하는 방향에 있어 휨강성이 크지 않는 벽체들은 휨성능이 우수한 구조요소들과 연결되어 있거나,벽체와 벽체를 연결하는 연결보의 영향 으로 휨성능이 향상될 수 있음을 알 수 있었다. 4)개별벽체들의 조합을 통한 횡저항성은 코어,최외측벽,아웃리거,내부벽, 세대간벽 순으로 나타났으며,아웃리거에 비해 최외측벽의 영향이 큰 것은 최외 측벽이 평면외곽의 최대응력을 완화시켜 횡저항성을 향상시키기 때문이다.따라 서 횡변위 제어 시스템으로 코어-아웃리거 시스템을 적용한 구조물에서는 횡변 위 제어를 위하여 코어와 최외측벽의 강성을 조절하는 것이 효과적인 것으로 사료된다. 5)강도증가에 따른 벽체두께의 감소경향은 코어에서 가장 크게 나타났으며, 일반적인 초고층건물의 큰 비중을 차지하는 코어벽체의 두께 감소는 물량감소, 전용면적 감소 등의 경제성을 확보에 가장 효과적인 것으로 판단된다.; Shear wall system with outrigger is most popular structural system for controlling lateral displacement of tall buildings. This system have core wall, outriggers, external walls, internal walls, and partition walls called structural elements. For the control of top drift in tall building structure under lateral loads is the right way that increase thickness of core wall and a number of outrigger. However, numbers of outrigger require excessive construction duration and quantity of resource and using area is on the decrease owing to thick core wall. Also, there is no practical and economic guidelines for adequate design of structural elements to resist lateral loads, except outrigger and core wall. On this account, it is necessary to investigate the effects of structural elements and interaction of each wall element to lateral displacement. In this study, thickness of structural wall as well as core wall, outrigger, interaction of each wall, and design strength are used as design variables. Analysis of example structures which are a plane figure on Y type and 60 stories shear wall-outrigger system were performed and compared top drift along design variables. As results, structural elements are effective factors to control lateral displacement and core wall-external wall integration is optimum system.