[공학/컴퓨터/통신] 초고층건축

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[공학/컴퓨터/통신] 초고층건축에 대한 보고서 자료입니다.

목차

고층건물의 대표적인 구조시스템에는 다음과 같은 것이 있다.
- 모멘트저항 골조시스템
- 가새골조시스템
- 전단벽 구조시스템
- 코어구조 및 OUTRIGGER시스템
- 튜브시스템
- 합성구조시스템

본문내용

ilding (1977, 일본, 21층, 75.3m)
Hopewell Center (1980, 홍콩, 64층, 216m)
Geogia Pacific (1982, 미국, 52층, 230m)
At&T Corporate Center (1989, 미국, 270m)
450 Lexington Avenu (1992, 미국, 40층, 168m)
Central Plaza (1992, 홍콩, 78층, 314m)
2)트러스 튜브 (Truss Tube)
스팬드럴보의 강성에 의한 전단지연효과을 줄이고 강성을 증진시키기 위하여 외부에 가새를 넣어 횡력을 부담하도록 하는 방식으로 가새튜브라고도 한다. 건물 외부면에 가새를 설치하고 모서리 기둥의 동일한 지점에서 가새가 교차하며 각 면에 있는 모서리 기둥들 사이에서 X자형을 형성하게 한다. 이에 따라 모서리 기둥이 캔틸레버 트러스의 상.하현재 역할을 하므로 매우 큰 하중을 부담할 수 있게 된다.
연직하중하에서 가새부재는 하중과 부등변위를 재분배하는 역할도 하여 벽체응력을 균등화한다. 가새가 기울어진 기둥 역할을 하므로 일반적으로 인장력은 발생하지 않으며 경사 부재의 방향은 45도 정도가 바람직하다.
트러스튜브 구조방식은 수평 전단력을 휨보다는 자체 부재의 축력으로 저항할수 있는 강성이 큰 상자형 구조를 형성하기 위하여 모든 외부 기둥들이 서로 결합되어 있는 시스템으로 골조 튜브 시스템에 비하여 상대적으로 넓게 트인 공간을 만들 수 있다. 철골구조의 100층 정도의 고층건물에 경제적인 구조방식으로 알려져 있다.
기둥과 보에 트러스형태의 가새를 배치하는 방법에 따라 다양한 형태의 구조골조를 구성할 수 있다.
트러스튜브시스템은 골조튜브에 비하여 상대적으로 넓은 간격으로 기둥을 배치할 수 있으므로 철골구조의 특징인 넓은 무주공간을 만들어 낼 수 있다는 장점이 있다. 트러스 형태를 외관에서 어떻게 처리하는 가에 대한 고려가 필요하다.
트러스 튜브구조 적용사례
John Hancock Center (1969, 미국, 100층, 344m)
Onterie Center (1985, 미국, 57층, 344m)
Hotel de las Artes (1992, 스페인, 43층, 137m)
3)이중 튜브
골조튜브의 강성을 증가시키기 위해서 내부 코아를 가새된 철골구조나 콘크리트 전단벽을 배치하는 방법으로 외부 골조튜브의 전단변형을 감소시키고 외부 튜브와 상호작용으로 회전 저항능력을 향상시킨다.
4)묶음 튜브(Bundled Tube)
골조튜브나 트러스튜브 등을 한평면상에 2개 이상 사용하는 구조형태를 묶음튜브 구조시스템이라고 한다. 골조튜브방식은 건물높이가 높아질수록 전단지연 현상이 심각하게 되는데, 이를 최소화하기 위해 평면 중간 부분에 횡력과 평행한 방향으로 튜브 구조체를 넣어 횡력을 지지하도록 하게 한다. 이 경우 중간에 삽입된 튜브도 웨브 골조 역할을 하게 하여 하나의 건물에 몇 개의 튜브가 있는 형태가 된다.
묶음튜브 구조는 외부골조 튜브구조보다 튜브벽에서 더 넓은 기둥간격이 허용되며, 전단지연효과를 줄이는 데도 도움이 될 수 있다. 묶음튜브 구조는 건물내부에 기둥을 두게 되므로 평면활용상의 제약을 받을 수 있다.
그러나, 셀을 수직적으로 모듈화 하는 능력은 다양한 동적 형태에 대한 강력한 표현수단으로 이용될 수 있다. 즉, 건물의 형태가 높이에 따라 단위큐브 크기로 변하는(감소하는) 형태를 갖는 고층건물에게는 대단히 유용한 구조방식이다.
1)횡력에 대한 부재력
(횡력에 의한 튜브구조의 거동)

묶음 튜브구조 적용사례
Sears Tower (1973, 미국, 110층, 443m)
Camegie Hall Tower (1989, 미국, 62층, 230.7m)
N6E Building (1996, 일본, 46층, 189.6m)
(6)골조-전단 구조
횡력을 전단벽과 골조가 동시에 저항하는 방식으로 골조의 변형 형태인 전단모드와 전단벽의 변형 형태인 휨모드가 적절히 조합된 구조방식으로 저층 건물에서 고층 건물에까지 가장 널리 사용되는 구조방식이다.
전단 벽이 구조 체의 강성을 크게 하여 풍하중이나 지진 하중에 효율적으로 지지하지만, 전단벽이 강성이 클수록 연성이 감소되므로 적절한 강성의 확보가 중요하다.
강성 골조-전단벽 구조의 횡력에 대한 반응력은 전단벽에 대한 골조의 상대강성에 따라 달라지는데 일반적으로 대부분의 횡력을 전단벽이 부담하며, 높이가 높아질수록 상부에서 골조가 횡력을 부담하게 된다. 따라서, 이 구조방식에서는 횡력의 분담률은 층 별로 달라지므로 정확한 분담률은 무의미하다고 할 수 있다. 저층 규모에서는 전단벽이 횡력의 대부분을 부담하게 되므로 기본 설계단계에서 횡력을 전단벽이 부담하는 것으로 하여도 문제는 없다.
골조와 전단벽의 상호작용은 실제로 매우 복잡하여 건물의 상부에서 발생하는 응력은 골조와 전단벽 사이의 적합성만으로 예측하기 어렵다. 즉 골조와 전단벽의 변형이 선형적으로 나타나지 않으며 S형태로 곡선을 그리게 된다. 이는 벽체가 상부에서는 골조에 의해 당겨지게 되고 하부에서는 서로 미는 형태를 보여준다. 이러한 작용을 골조-전단벽 상호작용이라고 정의하며 이 구조방식을 사용하여 횡변위를 조절하기 위해서는 기둥과 벽체의 강성 즉 각 부재의 크리를 조정하면서 상호작용을 하는데 최대한의 효율을 얻을 수 있는 적절한 강성을 갖도록 해야 한다.
고층건물의 골조-전단벽 거동을 요약하면 다음과 같다.
1)수평하중에 대한 부재력
1-고층구조물의 상부에서는 전단보 거동을 하므로 주로 강성골조에 의해 횡력이 지지된다.
2-하부에서는 전단벽에 의해 대부분의 횡력이 지지된다.

2)중력에 대한 부재력

반면 20-30층 정도의 건물은 한층내의 벽체 총 강성이 기둥 총 강성의 6배 이상이면 거의 모든 횡력을 전단벽이 부담하는 것으로 설계하여도 큰 오차가 없다. 또한, 플랫 슬래브 구조는 횡력에
대해서는 강성이 약하므로 횡력에 대해서는 전단벽이 지지하는 것으로 설계하고 있다. 이 구조방식은 40층에서 50층 정도까지 경제성이 있는 것으로 판단되고 있으며 경제성 여부에 따라 70-80층 정도까지 이용되고 있다.
[출처] 초고층 구조 시스템|작성자 MARIO

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초고층건축,   가새골조시스템,   코어구조 및 OUTRIGGER시스템,   튜브시스템,   모멘트저항 골조시스템