KR101039505B1 - 초고층 건물의 구조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초고층 건물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면상으로 코어와 전단벽으로 구성되는 초고층 건물에 있어서 코어의 적절한 배치와 이들 코어를 연결하는 전단벽의 형식을 변경함으로써 우수한 횡력 지지력을 갖으면서 공간 이용의 효율성과 쾌적성을 향상시킨 초고층 건물의 구조시스템에 관한 것이다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 초고층 건물의 구조 시스템은 육각형 형태의 코어를 평면상으로 중심과 외주에 배치하고, 이들 코어를 전단벽을 사용하여 서로 연결하되, 코어는 중심 코어와 중심 코어의 꼭지점으로부터 방사상으로 연장된 가상선상에 서로 대칭되게 배치된 6개의 외주 코어로 이루어져 이들 외주 코어가 육각형 형태를 이루며, 전단벽은 다수의 육각형 형태의 개구가 연속적으로 형성된 하니컴 형태인 것을 특징으로 한다.

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Description

초고층 건물의 구조 시스템{Tall building system}

본 발명은 초고층 건물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면상으로 코어와 전단벽으로 구성되는 초고층 건물에 있어서 코어의 적절한 배치와 이들 코어를 연결하는 전단벽의 형식을 변경함으로써 우수한 횡력 지지력을 갖으면서 공간 이용의 효율성과 쾌적성을 향상시킨 초고층 건물의 구조시스템에 관한 것이다.

초고층 건물은 다양하게 정의될 수 있으나, 일반적으로 세장비가 5 이상인 건물 또는 횡하중에 저항하기 위해 특별한 구조형식을 도입할 필요가 있는 건물이라고 정의되며, 건물의 층수를 기준으로 할 경우에는 보통 50층 이상의 건물을 초고층 건물이라 한다.

건물이 고층화됨에 따라 수평력 작용의 중요성은 기하급수적으로 증가한다. 고층 건물에서는 수평변위가 커지기 때문에 구조재의 강도보다 강성이 설계에 고려되어야 한다. 강성은 우선 구조형식에 의해 결정된다. 더우기 특정 시스템의 효율은 사용된 재료의 양과 직접적인 관련을 갖고 있다. 다라서 필요한 공간에 맞은 가장 적절한 구조형식은 최소 중량으로 최대의 강성을 가져야 한다.

한편, 초고층 건물에서는 구조적인 측면 이외에 기능적 및 사회적 측면에서 다음의 사항들을 고려할 필요가 있다. 기능적 측면에서 건물의 수직 높이에 비례하여 저층부가 확대되므로 건물의 효율적인 수직 동선의 배치가 필요하고 화재 등에 대한 방재기능의 확보를 위해 효율적인 피난 동선 및 피난 구간을 확보할 필요가 있으며 예상치 못한 폭발 등의 사고에 대비하여 연속붕괴를 방지할 수 있어야 한다. 사회적인 측면에서 단위 건물이 한 개의 소도시 기능을 수행할 수 있는 도시 기능성 확보가 필요하므로 효율적인 수직/수평 동선확보가 필요하고 자유로운 수직/수평팽창이 용이하고 도시와의 환경적 기능적 조화가 필요하다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 창작된 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명은 구조적, 기능적 및 사회적 측면에서 초고층 건물에 요구되는 제반 성능을 확보할 수 있는 구조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 초고층 건물의 구조 시스템은 육각형 형태의 코어를 평면상으로 중심과 외주에 배치하고, 이들 코어를 전단벽을 사용하여 서로 연결하되, 코어는 중심 코어와 중심 코어의 꼭지점으로부터 방사상으로 연장된 가상선상에 서로 대칭되게 배치된 6개의 외주 코어로 이루어져 이들 외주 코어가 육각형 형태를 이루며, 전단벽은 다수의 육각형 형태의 개구가 연속적으로 형성된 하니컴 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 전단벽은 수개 층에 걸쳐 코어를 연결하도록 된다.

본 발명에 따르면, 건물의 형태적 측면에서 강성을 최대화할 수 있으며, 분산 배치된 중심 코어와 외주 코어를 통해 저층부에서 수직동선의 효율적인 확보가 가능하며 예상치 못한 폭발 등의 사공에 대비하여 연속붕괴를 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호 를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 초고층 건물의 구조 시스템을 나타낸 평면도이고, 도 2는 입면도이다.

도 1, 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 횡하중에 대한 구조 내력 및 사용성 확보(변위 제어)를 위해 코어를 중앙 코어(10a)와 외주 코어(10b,10c,10d,10e,10f,10g)로 분산 배치시켜 건물의 형태적 측면에서 강성을 최대화하고, 모든 코어(10a,10b,10c,10d,10e,10f,10g)는 취약한 방향이 없이 모든 방향에 대해 균등한 값을 가지도록 그 자체의 형상 및 배치를 육각형 형태로 하였으며, 각각의 코어(10a,10b,10c,10d,10e,10f, 10b)는 하니컴 형태의 전단벽(20)을 통해 연결시켜 일체로 거동하도록 하였다.

육각형 형태의 각 코어는 6개의 벽체으로 둘러싸인 폐쇄형의 단면 형상으로서 그 내부는 기계 설비와 수직 운반 수단의 공간으로 쓰이며 건물의 강성을 증가시킨다. 본 발명에서는 중앙 코어를 중심으로 5개의 외주 코어를 외곽에 분산 배치함으로써 형태적 측면에서 강성을 최대화하였다.

도 3은 본 발명에 따른 하니컴 전단벽을 개략적으로 도시한 것이다.

각 코어는 전단벽(20)에 의해 서로 연결되어 외력에 일체로 거동하도록 한다. 본 발명에 있어서 전단벽(20)은 다수의 육각형 형태의 개구(201)가 연속적으로 형성된 하니컴 형태로 구성한다. 즉, 전단벽은 6개의 변으로 구성되는 육각형 유닛을 하니컴 형상으로 강접합시킴으로써 형성된 벽체 형상을 갖는다. 육각형 유닛은 좌우 대칭으로 내부의 개구(201)를 둘러싸는 하변(21), 상변(22), 좌하변(23), 좌 상변(24), 우하변(25), 우상변(26)의 6개의 변으로 구성된다. 그리고 1개의 육각형 유닛은 그 주위가 6개의 동일한 형상의 육각형 유닛에 의해 둘러싸여 있다. 연직방향을 따라 결합된 복수의 육각형 유닛으로 이루어지는 a열과 a열의 옆에 위치하면서 동일하게 연직방향을 따라 결합된 복수개의 육각형 유닛으로 이루어지는 b열은, a열의 각 유각형 유닛의 좌상변과 좌하변이 모이는 한 점과 b열의 각 육각형 유닛의 우상변과 우하변이 모이는 한 점이 서로 강접된다. 마찬가지로 c열 내지 j열도 동일한 방식으로 강접됨으로써 육각형의 격자 형태로 벽체를 구성한다. 이렇게 구성된 전단벽의 하니컴 형태가 변형되면서 저항하게 됨으로써 상대적으로 에너지 흡수 능력이 우수하다.

하니컴 전단벽은 각 층 단위로 제작되어 각 층마다 설치되거나 도 3에서와 같이 2개 층 단위로 제작되어 2개 층에 걸쳐 설치되거나 수개 층에 걸쳐 설치될 수 있다. 하니컴 전단벽은 거푸집 조립과 콘크리트 타설을 통해 현장에서 제작되거나 공장에서 미리 제작되어 대형 크레인을 이용해 양중 후 조립될 수 있다.

한편, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 구조 시스템을 기본 단위로 하여 여러 가지 형태로 조합함으로써 대규모의 초초고층 건물을 자유롭게 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 구조 시스템을 평면적으로 확장함으로써 몇 백미터에서 수 킬로미터에 이르는 기준층 평면을 갖고 건축물의 층수를 기준으로 200층을 초과하는 초초고층 건축물을 자유롭게 구성할 수 있으며 평면적으로 연결되는 단위 구조 시스템의 높이에 변화를 줌으로써 입면적으로도 다양한 형태를 구성할 수 있다.

이상과 같이 중심 코어와 분산 배치된 외주 코너를 통해 저층부에서 수직 동선을 효율적으로 확보할 수 있고, 효율적인 피난 동선 및 피난 구간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 예상치 못한 폭발 등의 사고에 건물이 연속적으로 붕괴되는 것을 방지할 수 있다. 또한 수직, 수평동선의 효율성을 확보함으로써 단위건물에서 도시 기능성을 확보하기 용이하며, 단위 구조 시스템 모듈의 조합으로 자유로운 수직, 수평 팽창성을 확보할 수 있고, 저층부 및 중층부 등에서 보이드 공간이 가능하여 도시와의 기능적, 환경적 조화가 가능하다.

본 발명에 따른 구조 시스템을 강성골조 시스템과 비교한 결과는 아래의 표와 같고, 본 발명에 따른 구조 시스템의 해석자료는 도 5a 내지 도 c에, 그리고 강성골조 시스템에 대한 해석자료는 도 6a 내지 도 6c에 각각 도시하였다. 도면에서 5a, 6a는 횡변위를, 5b, 6b는 축력을, 5c,6c는 모멘트를 각각 나타낸다.

	본 발명에 따른 멀티코어-하니컴 전단벽 시스템	강성골조 시스템
횡변위	0.14	0.2
축력	94.7	127.9
모멘트	103.8	59.7

본 발명은 육각형 형태로 배치된 다수의 코어를 하니컴 형태의 전단벽으로 연결한 형태로서 하니컴 형태가 변형되면서 외력에 저항한다. 따라서 위 표에서 알 수 있듯이 축력은 가장 적고 모멘트는 크게 나타나서 변위제어에 효율적이고 사용성 측면에서 우수한 구조 시스템이라는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 초고층 건물의 구조 시스템을 나타낸 평면도이고, 도 2는 입면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 하니컴 전단벽을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 구조 시스템을 기본 단위로 하여 여러 가지 형태로 조합한 예를 나타낸 것이다.

도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 구조 시스템의 해석자료를 나타낸 것이다.

도 6a 내지 6c는 강성골조 시스템에 대한 해석자료를 나타낸 것이다.

Claims (2)

1. 육각형 형태의 코어를 평면상으로 중심과 외주에 배치하고, 이들 코어를 전단벽을 사용하여 서로 연결하되,

   코어는 중심 코어와 중심 코어의 꼭지점으로부터 방사상으로 연장된 가상선상에 서로 대칭되게 배치된 6개의 외주 코어로 이루어져 이들 외주 코어가 육각형 형태를 이루며,

   전단벽은 다수의 육각형 형태의 개구가 연속적으로 형성된 하니컴 형태인 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 구조 시스템.
2. 제1 항에 있어서,

   전단벽은 수개 층에 걸쳐 코어를 연결하도록 된 것을 특징으로 하는 초고층 건물의 구조 시스템.

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