건축구조물의 상부구조-하부구조 분리해석과 일체해석의 비교분석 = Comparison of Super Structure-Sub Structure Separation Analysis and Unification Analysis about Building Structures

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 건축물의 구조해석과 설계에 있어 작업효율을 확보하기 위하여 상부구조물과 하부구조물을 별도로 모델링하여 해석 및 설계를 진행하는 분리해석 방법을 사용한다. 하지만, 상기 분리해석을 사용할 경우, 상부구조물의 고정지점과 변형된 기초구조물과는 실제 연결된 지점에서 변위차가 발생하여 구조해석의 기본요건인 변형적합성 조건을 만족하지 못하게 되고 상부구조-하부구조의 상호작용을 고려하지 못하기 때문에 실제와는 다른 구조해석 및 설계결과를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 초고층 철골구조물을 대상으로 구조물의 부등침하 등에 큰 영향을 미치는 상재(常載)하중에 대한 분리해석과 일체해석의 해석결과 차이를 비교 분석하였다. 분석결과에 따르면 분리해석방법을 사용할 경우, 상부구조물의 구조해석에 있어 기초의 변형을 고려하지 못하기 때문에 부재력을 과소평가할 수 있고 이로인해 비안전측 설계결과를 가지고 올 수 있다. 하부 기초구조물을 분리해석으로 해석하였을 경우, 상부구조물의 강성을 고려하지 못하기 때문에 기초의 부등침하 과대평가, 부재력의 과대/과소 평가를 초래할 수 있어 비경제적이고 불안전한 설계결과를 가져올 수 있다. 특히, 기초의 변형이 상부구조물에 큰 영향을 미칠 수 있는 건축구조물, 지반의 강성이 작아서 기초에 큰 변형이 예상되는 건축물, 지반조건이 불균질하여 부등침하가 예상되는 건축구조물 등에는 분리해석을 지양해야 할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the case of structural analysis for building structures, the super-structure and the sub-structure are analyzed by using separate structural models in the field because of time saving, facile result interpretation and easy analysis of dynamic behavior. However this separate structural model violated the compatibility condition of structural analysis and it can not consider the interaction of superand sub- structures. In the present study, the analysis results of this separate model were compared to those of the unified model of super- and sub- structures which can consider the interaction of super- and sub- structures and reflect the realistic boundary conditions. According to the comparison results, the the analysis model using separate models can underestimate the member force and deflection of structural members in the super-structures and overestimate the deflection and member force of sub-structures. Therefore, in the case of high-rise buildings, irregular shaped buildings, buildings which are expected to be affected by large differential settlement and remodeling buildings, the unified structural model for super- and sub- structures was recommended for structural analysis instead of the separate structural model.

참고문헌 (Reference)

1 김기철, "하부구조의 강성변화에 따른 대공간구조물의 지진거동" 한국공간구조학회 10 (10): 81-90, 2010

2 엄태성, "초고층 건물의 시공 중 구조적 안정성 검토를 위한 시공단계해석의 적용" 한국전산구조공학회 22 (22): 211-221, 2009

3 강수민, "아웃리거의 중력하중 조절 효과 분석을 위한 사례연구" 한국전산구조공학회 23 (23): 255-266, 2010

4 Irwin, P., "Wind and Tall Buildings: Negative and Positives" 17 (17): 915-925, 2008

5 Shieh, S.S., "Structural Design of Composite Super-Columns for the Taipei 101 Tower" 25-33, 2003

6 Taranath, B.S., "Structural Analysis and Design of Tall Buildings" McGraw-Hill Book Company 1988

7 Yagawa, G., "Parallel Finite Elements on a Massively Parallel Computer with Domain Decomposition" 4 (4): 495-503, 1993

8 "Madiasit"

9 Voleti, S. R., "Global-local Analysis of Large-scale Composite Structures using Finite Element Methods" 58 (58): 453-464, 1996

10 Lee, K.K, "Foundation Design of Apartment Building Considering Upper Structure Stiffness" 21 (21): 113-114, 2009

11 Baker, W. F., "Burj Dubai: Engineering the World's Tallest Building, Struct" 16 (16): 361-375, 2007

12 Liu, J., "An Efficient Finite Element Solution Method for Analysing Large-scale Symmetric Structures" 4 (4): 373-5380, 1993

13 Kim, S.R., "A Seismic Design of Foundations in Korea and Countermeasure Methods" 543-567, 2011