콘크리트 재료적 특성을 이용한 초고층 건축물의 횡변위 제어 방안

Abstract

초고층 건축물의 횡변위는 P-δ효과로 인한 부가응력 유발로 건물의 안전성에 영향을 미칠 수 있고, 과도한 변형으로 인한 비구조 요소의 손상 및 거주자의 사용상의 문제까지 초래하게 된다.

현재 국내 콘크리트 설계기준에서는 초고층 건축물에 대한 횡변위 제한은 두고 있지 않으나, 일반적으로 H/400~H/500(H:높이) 이내로 규정하고 있는 실정이다.

횡변위를 제어하기 위한 방안으로는 건물의 휨강성(Flexural Stiffness)을 증가시키는 방법이 있다. 휨강성은 탄성계수(Elastic Modulus : E)와 단면2차 모멘트(Monet of Inertia : I)의 곱으로 정의 되며, 단면2차 모멘트는 부재의 단면과 관련이 있기 때문에 평면 설계상 제약이 따른다. 그러나 탄성계수의 경우 구조재료에 대한 문제이기 때문에 경제성의 문제는 초래할 수 있으나 설계상의 문제는 발생되지 않는다.

해석모델은 3가지 Series로 구분하여 각 Series에 콘크리트 압축강도（） 및 중량（）을 변화시켜 해석하였으며 콘크리트 압축강도는 24MPa~80MPa까지 사용하였다. 콘크리트 중량은 2,300kg/㎥에서 2,500kg/㎥까지 변화시키며 층분류에 따라 변화 위치까지 변수로 두고 해석하였으며, 해석결과에 따른 고유주기, 밑면전단력, 최상층 변위, 경제성을 비교, 분석하였다.

논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장별 주요 내용은 다음과 같다.

제 1 장 : 연구 배경 및 목적, 연구 방법 및 내용 제 2 장 : 기존연구 고찰 제 3 장 : Series 모델 해석 제 4 장 : 해석 결과 및 분석 제 5 장 : 결론

이상과 같은 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1.저층부에서 중층부까지 2,500kg/㎥의 중량변화를 적용한 해석모델이 건물전체에 중량변화를 적용한 해석모델보다 고유주기가 상대적으로 큰 폭으로 감소하였다. 이렇듯 중량증가에 비해 고유주기가 감소한 이유는 중량이 증가하여 주기가 길어지는 효과보다는 강성효과가 더 큰 영향 때문으로 판단된다. 2.밑면전단력은 콘크리트 중량 변화에 따라 최소3%에서 최대7%까지 증가되었다. 7%의 밑면전단력은 약1458(KN)로 건물전체 유효중량(685,800KN)에 비해 증가량은 매우 적은 부분을 차지하여 부재설계에는 영향이 없는 것으로 판단된다. 3.콘크리트 압축강도 변화에 따른 변위감소량은 S2-series 에서 S3-series로 변화 시 5.0%~5.5%까지 감소하였다. S3-series에서 S4-series로 변화 시 약 4.5% 감소하였으며 또한 S2-series에서 S4-series로 변화 시 9.5%~10%까지 감소하였다. 4.동일한 압축강도와 동일한 중량변화의 조건에서 중량 변화의 위치를 달리한 경우 2.4%~10.4%까지의 횡변위 감소의 효과를 볼 수 있었다. 5.기존 모델과 비교 가능한 횡변위량을 가진 모델유형과 경제성 비교분석한 결과 기존 모델과 27%에서 최대 48%의 비용절감의 효과가 있는 것으로 나타났다. S4-0-3의 해석모델은 고강도 콘크리트로 구성되어 재료비 절감이 27%로 나타났으나 비교적 낮은 콘크리트 압축강도와 콘크리트 중량 2,500kg/㎥을 사용한 S2-2-2의 해석 모델은 48%의 재료비 절감 효과가 있었다. 6.콘크리트 압축강도 변화에 따른 변위 감소량과 콘크리트 중량변화에 따른 변위 감소량은 강도변화와 중량변화의 감소비율이 비슷한 비율을 나타내고있다. 따라서 허용변위를 만족하는 범위내에서 콘크리트 강도 보다는 콘크리트 중량을 높여 사용하는 것이 경제성면에서 가장 효율적인 방안이라고 판단된다.