초고층 건물의 횡변위 감소를 위한 가새골조 시스템의 구조적 거동 = Structural Behavior of Braced Frame System for the Reduction of Lateral Displacement in Tall Buildings

국문 초록 (Abstract)

초고층 건물에서는 건물의 높이가 증가함에 따라 수직하중보다는 수평하중이 건물의 구조적 거동에 큰영향을 미치게 된다. 그러므로 초고층 건물은 수평하중에 의한 횡변위를 일정한 값 이내로 제한하여 구조적 안정성과 사용성을 확보할 수 있는 구조시스템 설계가 매우 중요하다.
초고층 건물의 구조시스템은 종류가 다양한데, 그 중에서 아웃리거나 튜브 등에 대해서는 구조적 거동을 체계적으로 분석한 연구들이 다수 수행되어 구조시스템의 설계에 활용하고 있다. 하지만 가새골조 시스템에 대해서는 구조적 거동을 체계적으로 분석한 연구가 부족하여 구조시스템의 설계를 위해서 많은 시행착오를 겪어야 한다.
따라서 본 연구에서는 초고층 건물의 횡력 저항 요소로서 가새의 기본적인 거동을 고찰하고 가새의 단면적, 형상, 적용 위치, 범위, 골조 강성과의 연관성 등을 변수로 하여, 각 변수에 따른 가새골조 시스템의 횡력 저항 성능을 파악하였다.
이상의 과정을 통하여 초고층 건물의 가새골조 시스템의 효율적인 설계 방안을 다음과 같이 도출하였다. 첫째, 골조의 강성에 합당한 강성을 갖도록 가새의 단면적을 결정해야 한다. 둘째, 코어에 설치된 가새는 횡변위 감소에 영향을 미치지 않는다. 셋째, 코어 내부의 연속되는 베이에 가새를 적용하는 것이 효율적이다. 넷째, 건물의 중상부층 골조에 가새를 적용하는 것이 효율적이다. 다섯째, 코어가 있는 골조에 가새를 적용하는 것이 효율적이다. 여섯째, 코어와 골조의 강성비가 적절한 경우에 가새의 효율이 높다. 일곱째, 가새를 가능한 한 여러개의 층에 걸치도록 배치하는 것이 좋다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In tall buildings, as the height of building is increased, the effect of horizontal loads on structural behavior is more influential than that of vertical loads. Therefore, it is very important for tall buildings to design appropriate structural system which reduces lateral displacement within a specified value and then guarantees structural stability and serviceability.
There are many types of structural system for tall buildings. For some of them, such as outrigger and tube, the studies have been performed and the results are used to design structural system of tall buildings. For braced frame system, however, the detailed structural behavior are not studied and then the braced frame system are designed by trial and error.
Therefore, in this study, we investigated the basic behavior of braces, which is a lateral resistance factors of tall buildings, and then analyzed the lateral-load-resisting performance according to the variables such as sectional area, shape, position and range of application of brace, and relationship between stiffness of frame and brace.
From this study, we identified design guidelines for braced frame system as follow; First, braces need to have proper sectional area which is correspond to the stiffness of frames. Second, braces on core do not have an effect on reducing the lateral displacement. Third, it is efficient to apply braces to inner consecutive bays. Fourth, it is effective to apply braces to the upper part of middle stories. Fifth, it is more efficient to apply braces to frames which have core. Sixth, when the stiffness ratio of core and frame is suitable, braces make good effects. And last, it is good to make braces span as many stories as possible.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅵ
• 제 1 장 서 론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구내용 및 방법 = 2
• 1.3 연구범위 및 제한 = 3
• 제 2 장 가새 골조(Braced Frames)에 대한 고찰 = 4
• 2.1 가새골조의 구조적 거동 및 적용 사례 = 4
• 2.1.1 가새골조의 구조적 거동 = 4
• 2.1.2 가새의 적용 사례 = 7
• 2.2 선행 연구 고찰 = 11
• 제 3 장 2차원 모델을 이용한 가새의 적용 지침 = 13
• 3.1 2차원 해석 모델 = 13
• 3.2 지침도출을 위한 변수 = 16
• 3.3 가새 적용 지침의 상세 = 17
• 3.3.1 가새의 단면적에 따른 영향 = 17
• 3.3.2 가새의 적용 베이 수에 따른 영향 = 21
• 3.3.3 코어부분에서의 가새의 영향 = 24
• 3.4 소결 = 26
• 제 4 장 3차원 모델을 이용한 가새의 적용 지침 = 27
• 4.1 3차원 해석 모델 = 27
• 4.2 지침도출을 위한 변수 = 29
• 4.3 가새 적용 지침의 상세 = 31
• 4.3.1 입면상 가새의 적용 위치 = 31
• 4.3.2 입면상 가새의 적용 범위 = 34
• 4.3.3 입면상 가새의 적용 위치와 범위의 종합 = 36
• 4.3.4 평면상 가새의 적용 위치와 범위 = 37
• 4.3.5 코어와 골조의 강성에 따른 가새의 영향 = 40
• 4.4 소결 = 42
• 제 5 장 가새 적용 지침 사례 = 43
• 5.1 예제모델 1 = 46
• 5.1.1 모델 1 = 46
• 5.1.2 해석결과 및 분석 = 47
• 5.2 예제모델 2 = 49
• 5.2.1 모델 2 = 49
• 5.2.2 해석결과 및 분석 = 50
• 5.3 예제모델 3 = 51
• 5.3.1 모델 3 = 51
• 5.3.2 해석결과 및 분석 = 52
• 5.4 예제모델 4 = 54
• 5.4.1 모델 4 = 54
• 5.4.2 해석결과 및 분석 = 55
• 5.5 예제모델 5 = 56
• 제 6 장 결 론 = 58
• 참고문헌 = 60
• ABSTRACT = 62