초고층 빌딩의 안정성을 보장하기 위한 설계에 대한 것들

초고층 건물의 뼈대를 구성하기 위하여 다양한 구조방식이 적용되고 있다. 튜브구조형식은 외부에 기둥을 3m정도로 촘촘히 배치하고 기둥과 기둥 사이를 60cm∼150cm의 큰 보를 강접합으로 연결하는 형태로 외부 기둥이 구조물의 횡하중과 연직하중을 동시에 지지하도록 한다. 

 

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횡하중:중력의 방향과 직교하는 면 안의 작용 하중. 풍하중이나 지진 하중과 같이 구조물의 연직 방향에 직각으로 작용한다.

연직하중:건물의 구조부재에 대하여 연직방향으로 작용하는 하중을 말하는데, 적재하중, 고정하중 등이 이에 속한다.

연직이란? 수직과 거의 동의어..

vertical' =perpendicular'

 

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일반적으로 배치된 외부 기둥과 춤이 큰 테두리 보가 서로 강접되어 건물의 외부가 강력한 튜브와 같이 거동하도록 설계하며, 경우에 따라 외부 기둥 간격을 크게 하고 대형 가새(brace)를 설치하기도 하는데, 1969년 시카고에 건설된 100층의 John Hancock Center가 대표적이다.

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가새란?

골조의 변형을 방지하기 위하여 대각선 방향으로 넣는 경사재. 4변형으로 짜여진 뼈대(軸組)의 변형을 방지하기 위해 대각방향으로 댄 보강재(補强材)를 말한다

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최근 세계 초고층 건물의 추세는 과거의 대칭적이고 단순한 형태를 탈피하여 매우 다양하고 비정형적인 형태를 띠고 있다. 이러한 비정형 초고층 건물은 정형건물과 달리 외력에 대한 거동을 예측하기 위하여 정밀한 해석기술을 필요로 하며, 주어진 형태에 가장 적합한 최적 구조 시스템을 결정하는 것이 매우 어려우며, 기존의 건설 기술과 다른 창의적인 기술을 필요로 한다. 특히 3차원 형태를 2차원 도면으로 표현하는 것이 거의 불가능하므로, 설계 단계에서부터 부재의 제작 및 시공단계에 이르는 모든 과정을 전산화하고, 각 단계의 정보가 연관된 단계로 자연스럽게 전달될 수 있는 정보화 기술이 큰 역할을 하게 된다. 따라서 앞으로 초고층 건축물의 핵심 요건인 구조안전성을 보장하고 비정형에 수반되는 건설비용의 증가 문제를 합리적으로 해결하기 위한 구조 및 시공기술을 개발하고, 이를 IT 기술과 융합하는 지능형 시뮬레이션 기술시장이 확대될 것으로 예측된다.

국내에서도 주상복합빌딩 및 도심재개발에 의한 재건축의 증가로 40층 이상의 초고층 복합빌딩 건립이 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 상당한 부분이 과거와 다른 비정형의 형태를 가지고 있다. <그림 3>은 현재 시공되고 있거나 계획 중인 초고층 건물의 예를 나타낸다. 그 외에도 부산 롯데월드, 송도 151 타워 등 150층 규모의 초고층 건물이 다수 계획 중에 있다.

지진이나 바람에 의하여 건물에 과다한 횡변위가 발생할 경우 창문을 포함한 외부 마감재나 엘리베이터 등과 같은 설비 시스템이 손상될 수 있다. 또한 사람은 변위보다는 가속도에 의해 어지럼증을 느끼는 것으로 알려져 있다. 따라서 초고층 건물 구조설계에 있어서 수평변위 및 가속도를 일정한 수준 이하로 유지하는 것이 매우 중요한 설계목표이다. 지진이나 태풍 등 천재지변으로부터 건물의 안전과 쾌적한 주거 환경을 보장하기 위하여 다양한 형태의 기계적 제진장치가 적용되고 있으며, 건물이 초고층화 될수록 이와 관련된 기술이 지속적으로 발전될 것으로 예상된다. 현재 바람이나 지진에 의한 건물의 진동을 줄이기 위하여 Viscoelastic Damper, Tuned Mass Damper, Active Mass Driver 등이 적용되고 있다.

 

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횡변위란

변위(영어: displacement)는 물리학에서 나중 위치의 값에서 처음 위치의 값을 뺀 벡터량 

횡변위,,,,,,?

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최근 지구 온난화의 요인인 CO2 배출 저감 등 환경성 증진방안에 대한 논의가 국제적으로 활발하게 진행 중이다. 대도시의 과밀화와 신도시개발 등으로 인한 건축물의 신축과 재건축ㆍ재개발이 활발한 우리나라의 현실에서 건축물의 건설과 관련하여 친환경성을 고려하는 것이 필수적인 요소로 자리 잡고 있다. 즉 건축물 자재의 생산ㆍ설계ㆍ시공ㆍ유지관리ㆍ폐기 등 전과정을 대상으로 에너지 및 자원의 절약, 오염물질의 배출 감소, 쾌적성, 주변 환경과의 조화 등 환경에 영향을 미치는 요소에 대한 평가를 통해 환경성능을 강화하려는 시도가 전세계적으로 진행되고 있다.

2001년 9월 11일 World Trade Center에 가해진 테러로 인하여 110층 쌍둥이 건물이 붕괴되었다. 이를 계기로 초고층 건물의 건설에 있어 테러로부터의 ‘안전’을 보장하는 것이 중요한 설계변수로 고려되고 있다. 즉 화재, 폭발, 차량에 의한 충격 등으로 소수의 부재가 파괴되더라도 나머지 부재가 하중을 충분히 분담할 수 있게 여유도(redundancy)를 충분히 확보할 수 있도록 설계하는 것이 중요하다. 최근에는 이러한 국부적인 손상이 건물의 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴현상을 방지하기 위하여 많은 연구가 진행되었습니다.

 

 

 

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참고 출처http://times.postech.ac.kr/news/articleView.html?idxno=4628 

초고층 건축 기술 - 포항공대신문