KR101686621B1 - 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법 - Google Patents

건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법은, 장기거동시점에서 횡변위를 산출하기 때문에, 완공시 발생되는 변형 이외에 장기거동시 발생되는 변형에 대처가 가능하다. 또한, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 구분하여 서로 다르게 설정된 각각의 허용기준과 비교하여 평가하고, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 각각 보정함으로써, 건물의 변형에 대한 보다 정확한 평가 및 보정이 가능해질 수 있다.

Description

건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법{Evaluation and adjustment method of lateral displacement considering torsional deformation of building}
본 발명은 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시공단계 해석을 수행하여 병진 변위와 비틀림 변위를 함께 고려하여 횡변위를 평가하고 그에 따른 보정방안을 수립하는 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법에 관한 것이다.
일반적으로 건물의 골조는 재료의 탄성계수, 크리프, 건조수축 등의 물리적 특성 때문에 시공 중 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 지속적으로 변형이 발생한다. 이러한 변형은 일반적으로 건물의 층수에 비례하여 누적, 증가하므로 초고층 건물일수록 수직, 수평 방향으로 많은 양의 변형이 발생할 수 있다.
특히 장기적으로 발생하는 변형은 골조의 완공이후 지속적으로 증가하여 마감 및 설비의 성능 및 시공에도 문제를 유발할 수 있으며, 심각한 경우 구조적 안정성에 영향을 미친다. 이에, 이러한 골조의 장기변형을 시공단계해석 등을 통해 사전에 예측한 후, 골조를 시공할 때 변형이 발생하는 반대방향으로 선보정하여 시공하는 방법이 개발되어 오고 있다.
이러한 보정방법에 대한 기술의 예로 대한민국 등록특허 제1011553호에는 보정이 필요할 것으로 예측되는 수평부재 또는 수직부재들을 선정하고, 또한 콘크리트 타설 시점을 기준으로 변형량을 구조해석을 통해 각각 산정한 다음, 콘크리트 타설 시점 이후를 기준으로 변형량을 구조해석을 통하여 각각 산정한 후, 상기한 변형량을 토대로 공정별 보정량을 각각의 공정마다 결정하여 시공하는 초고층 건물의 시공 중 골조 변형 보정 방법이 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 종래의 건물 시공 중 발생하는 골조 변형의 보정방법은, 주로 축방향 변형에 의한 기둥축소량 해석을 다루고 있으며, 횡변위의 경우 각 시공단계에서 바닥의 평활도 확보 및 이에 따른 수직부재의 수직도 확보 등의 시공과정 중 자동으로 보정되거나 기둥축소량 보정법에 의해 제어할 수 있는 부과적인 횡변위만을 대상으로 하고 있다. 또한, 종래의 보정방법은, 비틀림 변형을 고려하지 않은 횡변위만을 보정하기 때문에, 비정형 건축물 등에서 발생되는 비틀림 변형 발생을 방지할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 건물의 병진 변위와 비틀림 변위를 모두 평가하고 보정하여, 신뢰성 및 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법은, 건물에 대해 시공단계해석을 수행하여, 상기 건물의 시공 후 미리 설정된 기간이 경과한 장기거동시점에서 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 산출하는 단계와; 상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교하는 단계와; 상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위에 대한 각각의 보정 방안을 수립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법은건물에 대해 시공단계해석을 수행하여, 상기 건물의 시공 후 미리 설정된 기간이 경과한 장기거동시점에서 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 산출하는 단계와; 상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교하는 단계와; 상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 수립하는 단계와; 상기에서 수립된 상기 보정 방안을 반영하여 상기 건물에 대해 시공단계해석을 다시 수행하여, 상기 장기거동시점에서 상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 재산출하는 단계와; 상기에서 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 상기 허용 기준을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계와; 상기 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면, 상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 다시 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 다시 수립한다.
본 발명에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법은, 장기거동시점에서 횡변위를 산출하기 때문에, 완공시 발생되는 변형 이외에 장기거동시 발생되는 변형에 대처가 가능하다.
또한, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 구분하여 서로 다르게 설정된 각각의 허용기준과 비교하여 평가하고, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 각각 보정함으로써, 건물의 변형에 대한 보다 정확한 평가 및 보정이 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물의 단위층의 평면상에서 비틀림각에 의한 횡변위를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 턴버클을 이용한 거푸집 기울기를 보정하는 방법이 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법은 다음과 같다.
먼저, 평가 및 보정하고자 하는 초고층 건물이나 비정형 건물에 대해 시공단계해석을 수행한다.(S1)
상기 시공단계해석을 수행하는 단계에서는, 설계 좌표, 재료, 강도, 시공 공정 등을 입력하여 구조 해석을 실시한다. 상기 시공단계해석은, 시공 단계별로 상이한 구조물의 하중, 경계조건들을 반영하고, 재료의 특성을 고려하여 구조해석하는 것으로서, 각 시공단계를 기준으로 해당 시점 이전 변형량과 이후 변형량을 구분하여 검토 가능한 방법이다. 상기 시공단계해석은, 상용프로그램인 MIDAS Gen.을 이용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 시공단계해석을 수행하여, 상기 건물의 시공 후 미리 설정된 시간이 경과한 장기거동시점에서 단위층별 횡변위를 산출한다.(S2)
상기 장기거동시점은, 시공 후 약 3년 이상이 지난 시점인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 시공 후 변형이 나타나는 시점으로 설정할 수 있다. 상기 장기거동시점에서 횡변위를 산출함으로써, 건물이 완공된 상태에서 변위를 평가하는 경우에 비해 보다 정확하게 건물의 변위를 평가할 수 있다.
상기 단위층별 횡변위는, 상기 건물의 단위층별로 수평 이동한 변위를 나타낸다. 상기 횡변위는 상기 건물의 병진 이동에 의해 나타나는 병진 변위와, 상기 건물의 비틀림 변형에 의해 나타나는 비틀림 변위를 포함한다. 상기 비정형 고층 건물인 경우, 대부분 병진 이동뿐만 아니라 비틀림 변형이 발생하므로, 병진 이동과 비틀림 변형에 의해 횡변위가 발생된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 모두 산출하기 때문에, 병진 변위에 대한 보정 뿐만 아니라 비틀림 변위에 대한 보정도 가능하여 보다 안정적이고 신뢰성있는 시공이 가능해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물의 단위층의 평면상에서 비틀림각에 의한 횡변위를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 병진 변위는, 상기 건물의 병진 이동에 의해 상기 단위층의 평면(10)상의 한 점(P0)이 x방향과 y방향으로 직선 이동한 거리를 나타낸다. 상기 병진 변위는, 상기 단위층의 평면(10)상의 모든 점에서 동일한 값으로 산출된다. 즉, 상기 점 P1의 병진 변위와 상기 점 P0의 병진 변위는 동일하다.
상기 비틀림 변위는, 상기 건물의 비틀림 변형에 의해 상기 단위층의 평면(10)상의 점(P1)이 움직인 값이다. 상기 비틀림 변위는, 상기 단위층의 평면(10)상에서 위치에 따라 서로 다른 값으로 산출된다. 그러나, 상기 비틀림 변위는, 상기 건물의 비틀림각(θ)을 알면, 상기 평면(10)상에서 임의의 위치의 비틀림 변위를 산출할 수 있다.
수학식 1과 수학식 2를 참조하면, 상기 단위층의 평면(10)상의 점 P1에서 상기 건물의 병진 변위와 비틀림 변위를 포함한 횡변위를 알 수 있다. 수학식 1은 상기 점 P1의 X방향 횡변위를 나타내고, 수학식 2는 점 P1의 y방향 횡변위를 나타낸다. 상기 점 P1의 횡변위는 상기 점 P1의 병진 변위와 상기 점 P1의 비틀림 변위를 합한 값이다.
Figure 112015104454862-pat00001
Figure 112015104454862-pat00002
여기서, Δx1, Δy1은 점 P1의 횡변위이고, Δx0, Δy0 은 점 P0, P1의 병진 변위이며, Lx1θ, Ly1θ은 점 P1의 비틀림 변위를 나타낸다. θ는 비틀림각을 나타낸다.
상기 단위층별 병진변위와 비틀림 변위를 산출하는 단계에서는, 상기 단위층별 평면(10)상에서 최소 3개의 계측 위치에서 각각 병진변위와 비틀림 변위를 산출한다. 이 때, 상기 계측 위치는 계측이 용이한 위치를 선정하되, 실제 비틀림 변위를 보다 효과적으로 모니터링하기 위해서는 상기 평면(10)의 모서리 위치(P1)를 포함시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 평면(10)의 모서리 위치(P1)에서 상기 비틀림 변위가 가장 큰 값으로 나타나기 때문에, 상기 계측 위치에 상기 평면(10)의 모서리 위치를 적어도 한 개 이상 포함시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 산출된 단위층별 병진변위와 비틀림 변위는 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교한다.(S3) 즉, 상기 병진 변위는 상기 병진 변위에 대해 미리 설정된 병진변위 허용기준과 비교하고, 상기 비틀림 변위는 상기 비틀림 변위에 대해 미리 설정된 비틀림변위 허용기준과 비교한다.
상기 병진 변위에 대한 허용기준은, 상기 건물의 총 높이(H)를 미리 설정된 값으로 나눈 값으로 설정한다. 여기서, 상기 미리 설정된 값은, 500인 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 병진 변위에 대한 허용기준은, H/500 이내인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 비틀림 변위에 대한 허용기준은, 상기 단위층의 평면(10)상에서 복수의 위치에서 산출한 비틀림 변위 평균값의 1.2배인 값으로 설정한다. 즉, 상기 비틀림변위에 대한 허용기준은, 상기 단위층의 평면(10)상에서 복수의 위치에서 산출한 비틀림 변위 평균값의 1.2배이내인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 비틀림 변위가 상기 단위층의 평면(10)상에서 복수의 위치에서 산출한 비틀림 변위 평균값의 1.2배보다 크면, 비틀림 비정형인 것으로 간주한다.
상기와 같이 상기 단위층별 병진변위와 비틀림 변위를 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교한 후, 상기 병진변위와 상기 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면, 상기 병진변위와 상기 비틀림 변위에 대한 보정 방안을 수립한다.(S4)
상기 병진변위가 상기 병진 변위에 대한 허용기준을 벗어나면, 상기 병진 이동에 대한 보정 방안을 수립하고, 상기 비틀림 변위가 상기 비틀림 변위에 대한 허용기준을 벗어나면, 상기 비틀림 변형에 대한 보정 방안을 수립한다.
상기 보정 방안을 수립하는 단계에서는, 먼저 보정하고자 하는 보정층을 설정한다. 상기 보정층은, 상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 횡변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 설정한다. 예를 들어, 상기 건물이 총 100층이고, 상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층이 80층일 경우, 상기 80층을 보정층으로 설정하는 것도 가능하고, 상기 80층 보다 낮은 층에서 변위가 시작된 것으로 예측하고 상기 80층보다 낮은 소정의 층을 보정층으로 설정하는 것도 가능하다. 상기 보정층의 설정은 변위값에 따라 결정할 수 있으며, 상기 보정층은 복수의 층들이 설정될 수 있다.
상기 병진 변위에 대한 보정을 수행할 경우, 상기 병진 변위가 발생된 방향과 반대방향으로 기둥의 거푸집(40)을 이동시키거나 거푸집의 기울기를 보정할 수 있다.
상기 비틀림 변위에 대한 보정은, 상기 보정층에 포함되는 기둥의 거푸집(40)의 기울기를 조절하여 비틀림각을 보정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 턴버클을 이용한 거푸집 기울기를 보정하는 방법이 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 거푸집의 기울기는, 상기 거푸집(40)과 상기 보정층의 바닥 슬래브(30)를 턴버클(50)로 연결하여 조절할 수 있다.
상기와 같이 수립된 보정 방안을 반영한 후, 상기 건물에 대한 시공단계해석을 다시 수행한다.
상기 장기거동시점에서 상기 단위층별 병진변위와 비틀림 변위를 각각 재산출한다.
상기 재산출된 단위층별 병진변위와 비틀림변위를 각각 상기 허용 기준과 비교하고, 상기 허용기준을 벗어나면 보정 방안을 다시 수립하여 상기 단계들을 반복 한다.
한편, 상기 재산출된 단위층별 병진변위와 비틀림변위가 상기 허용 기준을 만족하면, 시공을 실시한다.(S5)
상기와 같은 본 발명에 따른 횡변위 평가 및 보정방법은, 장기거동시점에서 횡변위를 산출하기 때문에, 완공시 발생되는 변형 이외에 장기거동시 발생되는 변형에 대처가 가능하다.
또한, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 구분하여 서로 다르게 설정된 각각의 허용기준과 비교하여 평가하고, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위를 각각 보정함으로써, 건물의 변형에 대한 보다 정확한 평가 및 보정이 가능해질 수 있다.
또한, 비틀림 변형을 보정할 수 있기 때문에, 건물의 정밀 시공을 통해 건물의 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 건물의 시공 이전에 실시하는 시공단계해석을 수행시, 상기 건물의 시공 후 미리 설정된 기간이 경과한 장기거동시점을 설정하여 상기 장기거동시점에서 단위층별 평면상에서 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 산출하는 단계와;
    상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교하는 단계와;
    상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면, 상기 병진 변위와 상기 비틀림 변위에 대한 각각의 보정 방안을 수립하는 단계와;
    상기에서 수립된 상기 보정 방안을 반영하여 상기 건물에 대해 시공단계해석을 다시 수행하여, 상기 장기거동시점에서 상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 재산출하는 단계와;
    상기에서 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 상기 허용 기준을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위가 상기 허용 기준을 만족하면, 시공을 실시하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정 방안을 수립하는 단계는,
    상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 수립하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보정 방안을 수립하는 단계는,
    상기 비틀림 변위에 대한 보정은 상기 보정층에 포함되는 기둥의 거푸집 기울기를 조절하여 비틀림각을 조정하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 거푸집 기울기는, 상기 거푸집과 상기 보정층의 바닥 슬래브를 턴버클로 연결하여 조절하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면,
    상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 다시 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 다시 수립하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 산출하는 단계에서는,
    상기 단위층의 평면상에서 복수의 위치들을 계측 위치로 선정하고, 상기 계측 위치의 병진 변위와 비틀림 변위를 산출하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 허용기준은,
    상기 병진 변위에 대해 미리 설정된 병진 변위 허용기준과, 상기 비틀림 변위에 대해 미리 설정된 비틀림 변위 허용기준을 포함하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
  9. 건물의 시공 이전에 실시하는 시공단계해석을 수행시, 상기 건물의 시공 후 미리 설정된 기간이 경과한 장기거동시점을 설정하여 상기 장기거동시점에서 단위층별 평면상에서 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 산출하는 단계와;
    상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 미리 설정된 허용 기준과 비교하는 단계와;
    상기에서 산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 수립하는 단계와;
    상기에서 수립된 상기 보정 방안을 반영하여 상기 건물에 대해 시공단계해석을 다시 수행하여, 상기 장기거동시점에서 상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 재산출하는 단계와;
    상기에서 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위를 각각 상기 허용 기준을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계와;
    상기 재산출된 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위 중 적어도 하나가 상기 허용 기준을 벗어나면, 상기 단위층들 중 상기 허용 기준을 벗어나는 층과, 상기 층의 병진 변위와 비틀림 변위에 영향을 주는 층 중 적어도 하나를 보정층으로 다시 설정하고, 상기 보정층에 대한 보정 방안을 다시 수립하는 단계를 포함하고,
    상기 단위층별 병진 변위와 비틀림 변위가 상기 허용 기준을 만족하면, 시공을 실시하는 건물의 비틀림 변형을 고려한 횡변위 평가 및 보정방법.
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