KR102415517B1 - 스카이브리지 변위 허용치 산정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스카이브리지 변위 허용치 산정방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스카이브리지의 회전단(P) 지점에서 브리지 경간방향으로의 변위를 일부 허용함으로써 상기 브리지가 전단각 방향으로의 강체회전이 가능하도록 하고, 이동단(R)에서 경간방향의 변위차를 통해 브리지에 발생한 강체회전각을 해소하도록 하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방식을 통해, 스카이브리지에 적용되는 경간수직방향 변위에 의하여 발생하는 경간방향 전단각변위를 해소 가능한 것에 그 이점이 있다.

Description

스카이브리지 변위 허용치 산정방법{METHOD OF EVALUATING DISPLACEMENT TOLRERANCE OF SKY-BRIDGE}
본 발명은 스카이브리지 변위 허용치 산정방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스카이브리지의 회전단(P) 지점에서 브리지 경간방향으로의 변위를 일부 허용함으로써 상기 브리지가 전단각 방향으로의 강체회전이 가능하도록 하고, 이동단(R)에서 경간방향의 변위차를 통해 브리지에 발생한 강체회전각을 해소하도록 하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방식을 통해, 스카이브리지에 적용되는 경간수직방향 변위에 의하여 발생하는 경간방향 전단각변위를 해소 가능한 것에 그 이점이 있다.
스카이브리지(Skybridge)란 지표면과의 접촉 없이 다닐 수 있는 길이 말하며, 주로 건물과 건물 사이에 놓인 다리를 의미한다. 이러한 스카이브리지는 그 양단 지점에서 브리지의 중력하중만 전달하고 횡력에 대해 상호 독립적으로 거동하도록 일 측은 회전단(Pin)으로, 타 측은 이동단(Roller)으로 설계하는 것이 일반적이며, 이동단에서 양 측 건물에서 발생하는 상대변위를 모두 허용하도록 연결부 상세를 적용한다.
이러한 스카이브리지의 설계허용변위는 평면상 임의방향으로 발생하는 변위를 변위를 모두 수용 가능하여야 한다. 그러나 현재 대다수 스카이브리지의 설계는, 연결된 두 건물의 최대횡변위의 스칼라 합으로 상대변위를 산정하여 브리지 경간방향으로 수용하는 연결부 상세를 적용한다. 일반적인 스카이브리지는, 연결된 건물들의 횡변위가 평면(X, Y, rot-Z 방향) 상에서 발생함에도 불구하고, 해당 스카이브리지의 이동단은 대부분 경간방향 변위만 허용하고 있어, 브리지 경간 수직방향 변위에 대해서는 브리지에 부가응력이 유발될 수도 있다.
특히, 연결된 건물의 비틀림에 의한 변위는, 비틀림 중심에서 떨어진 거리에 비례하여 증가하므로, 연결건물의 최대횡변위의 스칼라 합으로 상대변위를 산정하더라도 스카이브리지의 허용변위가 충분하지 못한 경우가 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자는 신규의 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에 대하여 제시하고자 하며, 상세한 내용은 후술하도록 한다.
국내공개특허 KR 제10-2007-0072979호 '스카이브리지를 이용한 건물의 진동제어구조 및 그 시공방법'
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명은 브리지 회전단 일 지점에서 경간방향으로 변위를 허용함으로써 경간수직방향 변위에 기인하여 발생하는 전단각변위를 해소하여, 스카이브리지의 구조적 안정성을 개선하도록 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스카이브리지의 허용변위가 모두 경간길이 방향으로 변환됨으로써 용이한 접합부 설계 및 시공이 가능하도록 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법은 경간방향으로 각각 두 개의 회전단과 이동단으로 설계된 스카이브리지; 상기 이동단 지점들과 연결되는 일 건물; 및 상기 회전단 지점들과 연결되는 타 건물;을 포함하고, 상기 스카이브리지가 연결되는 건물들에 대한 구조해석이 수행되는 단계; 상기 스카이브리지와 연결되는 건물들의 각 지점들에 대한 횡변위값이 도출된 이후, 제1 기준값 및 제1' 기준값을 포함하는 기준횡변위값이 결정되는 단계; 상기 일 건물의 변형 중심 위치에서의 회전각이 도출되는 단계; 상기 스카이브리지의 경간수직방향 변위 및 비틀림각변위를 고려하여 이동단지점의 제1 기준값에 변위 증폭을 고려하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서는, 변위 증폭 고려단계 이후 비틀림각변위를 고려한, 이동단에서의 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 설계허용변위 상한값 도출단계는 변위 증폭이 고려된 제1 기준값과, 제1' 기준값을 통해 이동단에서의 수정된 설계허용변위값이 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서는, 상기 스카이브리지의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 상기 스카이브리지의 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 스카이브리지 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계는 상기 스카이브리지 회전단 일 지점을 변위고정점으로 설정하고, 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위를 해소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 스카이브리지 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계는 상기 스카이브리지 이동단 양 지점에서 전단각변위 허용을 위하여 요구되는 경간방향 변위값을 추가 고려하고, 상기 수정된 설계허용변위값이 재차 수정되어 최종 설계허용변위 상한값이 산출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위를 해소하는 단계는 상기 수정된 경간방향 설계허용변위 및/또는 경간수직방향 설계허용변위값을 기준으로 전단각변위가 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위가 해소되는 단계는 상기 도출된 전단각변위를 통하여 상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위값이 산정되는 단계; 및 상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위를 통하여 상기 스카이브리지 이동단 일 지점 및 회전단 양 지점에서 최종 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 이동단 일 지점 및 회전단 양 지점에서 최종 설계허용변위값 도출단계는 상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위를 상기 회전단 타 지점에 모두 부담하고, 상기 이동단 양 지점에서 함께 부담하도록 설계되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서는, 상기 기준횡변위값이 결정된 이후, 상기 스카이브리지의 경간 방향 축과, 연결된 건물의 주축이 일치하지 않는 경우, 상기 제1 기준값 또는 제1' 기준값을 경간 방향 및 경간 수직방향 변위로 변환하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법은 스카이브리지가 연결된 일 건물에 대한 구조해석이 수행되는 단계; 상기 스카이브리지와 연결되는 건물들의 각 지점들에 대한 횡변위값이 도출된 이후, 제1 기준값 및 제1' 기준값을 포함하는 기준횡변위값이 결정되는 단계; 상기 스카이브리지의 간수직방향 변위 및 비틀림각변위를 고려하여 이동단지점의 제1 기준값에 변위 증폭이 고려되는 단계; 변위 증폭 고려단계 이후 비틀림각변위를 고려한, 이동단에서의 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계; 상기 스카이브리지의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 상기 스카이브리지의 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하고, 상기 설계허용변위 상한값을 수정하여 상기 설계허용변위 상한값이 수정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 설계허용변위 상한값 수정단계는 상기 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값을 기준으로 전단각변위가 도출되는 단계; 및 상기 전단각변위와 상기 스카이브리지 폭 방향 지점 간 거리를 곱하여 추가적인 경간방향 소요 변위가 산정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에서의 상기 설계허용변위 상한값 도출단계는 상기 경간방향 소요 변위를 통하여 상기 이동단 및 회전단 지점에서 횡방향 최종 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 브리지 회전단 일 지점에서 경간방향으로 변위를 허용함으로써 경간수직방향 변위에 기인하여 발생하는 전단각변위를 해소하여, 스카이브리지의 구조적 안정성을 개선하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스카이브리지의 허용변위가 모두 경간길이 방향으로 변환됨으로써 용이한 접합부 설계 및 시공이 가능하도록 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에 대한 블럭도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법이 적용된 스카이브리지를 설명하기 위한 참고적인 평면도이고;
도 3은 일 건물의 변형중심에서의 회전각을 도출하는 것을 보여주는 참고적인 그림이고;
도 4는 비틀림에 의한 기하학적 고려를 설명하기 위한 참고도이고;
도 5는 회전단에서 브리지 경간방향으로의 변위를 허용하는 단계에 대한 블럭도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법(S1)을 설명하기에 앞서, 스카이브리지의 양단 지점에 대하여 간략히 설명하도록 한다.
일반적으로 스카이브리지는 연결된 두 건물이 일체로 거동하도록 설계되는 방식 그리고 독립적으로 거동하도록 설계되는 방식 두 가지로 분류할 수 있다. 여기에서 두 건물이 일체로 거동하도록 설계하기 위해서는, 설계 상 요구 강도가 크고 개별 건물의 거동특성을 복잡하게 한다. 따라서, 대부분의 경우 개별 건물이 독립적으로 거동하도록 설계하는 것이 일반적이다. 즉, 스카이브리지의 양단 지점에서 브리지의 중력하중만 전달하고, 횡하중에 대해서는 서로 독립적으로 거동하도록 일 측은 회전단(Pin; P)으로, 타 측은 이동단(Roller; R)으로 설계한다. 즉, 스카이브리지의 4 모서리와 인접한 측에 지점이 형성되고, 각각 브리지 경간방향으로 각각 두 개의 회전단(P) 및 이동단(R)이 설계되어, 스카이브리지가 일 측 건물과 일체로 거동하고, 타 측 건물과 독립적으로 거동하도록 한다.
이하에서의 구조해석을 위한 프로그램은, 예를 들어 범용 프로그램인 MIDAS Gen.을 사용하여 수행할 수 있다. 또한, 대부분의 초고층 건물은 비정형 평면 및 입면 형상을 가지므로, 일반 평면에서 x축 방향 및 y축 방향 각각 한 개의 경간을 제외하여 비정형 조건을 부여함으로써, 구조물에 비틀림 변형이 동반되는 상황을 상정하였다(도 2 참고). 또한, 도시된 바와 같이 두 건물은 브리지를 기준으로 대칭으로 배치되어 있으나, 브리지와 건물 축이 불일치하거나 대칭형이 아니라 하더라도 브리지 연단 지점의 건물 변위만을 이용하여 구조해석을 진행하므로, 건물 형상에 대한 제한사항은 없다. 이하에서는, x축 방향은 브리지 경간방향, y축 방향은 경간수직방향으로 이해한다.
이하에서 '일 건물'은 스카이브리지(30)의 회전단(P)과 연결된 건물(10)이며, '타 건물'은 이동단(R)과 연결된 건물(50)로 이해한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법에 대한 블럭도이고; 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법이 적용된 스카이브리지를 설명하기 위한 참고적인 평면도이다.
그러면 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스카이브리지 변위 허용치 산정방법(S1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 이하에서의 각 단계는 독립적인 것이며, 기재된 순서와 시간적 선후를 달리하여 수행될 수도, 특정 단계들은 실질적으로 동시에 수행될 수도 있음에 유의하여야 하며 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명은 스카이브리지 변위 허용치 산정방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스카이브리지의 회전단(P) 지점에서 브리지 경간방향으로의 변위를 일부 허용함으로써 상기 브리지가 전단각방향으로의 강체회전이 가능하도록 하고, 이동단(R)에서의 경간방향 변위차를 통해 브리지에 발생한 강체회전각을 해소하도록 하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방식을 통해, 스카이브리지에 적용되는 경간수직방향 변위에 의하여 발생하는 전단각변위를 해소 가능한 것에 그 이점이 있다. 따라서, 스카이브리지(30)의 허용 변위가 모두 경간 방향으로 변환되어, 전단 키와 같이 구조물에 부가응력을 유발하는 구조설계가 불필요한 것에 추가적이 이점이 있다.
우선, 스카이브리지(30)가 연결된 건물들에 대한 구조해석을 수행한다(S10). 단계 S10을 통해 스카이브리지(30)와 연결된 각 건물들(10, 50)의 개별 지점들에 대한 횡변위값을 산출한다. 지점들의 횡변위값을 결정하기 위하여, 풍하중, 지진하중 및 기타하중 등 적용 가능한 모든 하중 조합에 대하여 검토 후, 그 중 상한값을 결정하는 것이 바람직하나 이에 제한이 있는 것은 아니다.
스카이브리지(30)의 회전단 지점들(P)과 연결된 개별 건물들(10, 50)의 각 지점들에 대한 횡변위값을 모두 산출한 이후, 기준횡변위값을 결정한다(S20).
이하에서는, 기준횡변위값을 제1 기준값(ΔxT, ΔyT) 및 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)으로 나누어 설명한다. 제1 기준값(ΔxT, ΔyT)은 후술할 단계 S60의 스카이브리지(30)의 폭방향으로 회전각을 허용하기 위해 회전단(P)에서 브리지 경간방향으로의 변위를 허용하도록 설계할 때 기준이 되는 지점에 대한 횡변위값으로, 예를 들어 설계자가 회전단(P) 지점 중에서 하나를 선택하여 산출할 수 있다. 즉, 설계자의 판단에 따라 더 유리한 위치를 변위고정점으로 선택할 수 있다. 따라서, 브리지(30)의 변위고정점에 따라 설계허용변위값이 상이하므로, 설계자의 판단에 따라 유리한 위치를 변위고정점으로 선택할 수 있다.
또한, 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)은 단계 S10을 통해 산출된 타 건물(50)의 개별 지점들에 대한 횡변위값들 중 기준이 되는 횡변위값을 의미한다. 예를 들어, 타 건물(50)의 지점들 중 최대횡변위값을 나타내는 값일 수 있다. 또한, 제1 기준값(ΔxT, ΔyT) 및 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)은 개별 건물들(10, 50) 배치 방향에 따른 건물(10, 50) 기준 횡변위값이다. 즉, ΔxT 및 Δx'T는 각 건물들(10, 50)의 주축 방향 횡변위값이고, ΔyT 및 Δy'T는 각 건물들(10, 50)의 주축 방향과 직교 방향 횡변위값이다.
그 후, 스카이브리지(30)의 경간 방향 축과, 상기 스카이브리지(30)와 연결된 건물들(10, 50)의 주축이 일치하지 않는 경우, 제1 기준값(ΔxT, ΔyT) 및/또는 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)을 스카이브리지 경간 방향 및 경간 수직방향 변위로 변환한다(S30). 예를 들어, 일 건물(10)의 주축이 스카이브리지(30)의 경간 방향 축과 이루는 각이 α이고, 타 건물(10)의 주축이 스카이브리지(30)의 경간 방향 축과 이루는 각이 β인 경우, 제1 기준값(ΔxT, ΔyT)을 각 α에 대하여 회전 변환하고, 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)을 각 β에 대하여 회전 변환한다. 각 회전 변환은 예를 들어 행렬 연산에 의하여 수행될 수 있다. 이에 따라, 브리지(30)의 경간 방향 및 경간 수직방향을 기준으로 건물(10, 50) 주축과의 관계를 고려함으로써, 전단각변위(γ)를 경간 방향의 허용변위로 전환함에 따라 상기 브리지(30)의 형상에 따라 지점의 허용변위 설계를 구체화할 수 있다.
단계 S20에 의하여, 회전 변환 전 제1 기준값(ΔxT, ΔyT) 및 제1' 기준값(Δx'T, Δy'T)은, 회전 변환 후 제1 기준값(Δx0, Δy0) 및 제1' 기준값(Δx'0, Δy'0)으로 특정된다. 이하에서 제1 기준값 또는 제1' 기준값이라 하면, 스카이브리지(30)의 경간 방향 축과 상기 스카이브리지(30)와 연결된 건물들(10, 50)의 주축이 일치하지 않는 경우 회전 변환 후 제1 기준값(Δx0, Δy0) 및 제1' 기준값(Δx'0, Δy'0)을 지칭하는 것으로, 일치하는 경우 제1 기준값(ΔxT=Δx0 , ΔyT=Δy0) 및 제1' 기준값(Δx'T=Δx'0, Δy'T=Δy'0)을 지칭하는 것으로 이해한다.
도 3은 일 건물의 변형중심에서의 회전각을 도출하는 것을 보여주는 참고적인 그림이다.
또한, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 일 건물(10)의 변형 중심 위치에서의 회전각(θ)(rad)을 산출한다(S40). 이러한 변형 중심에서의 회전각(θ)은 일 건물의 각 지점에서의 경간방향 변위값 및 경간수직방향 변위값을 토대로 연산할 수 있다. 단계 S30은 단계 S10에서 수행될 수도 있고 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 회전각(θ)은 일 건물의 경간방향으로 인접한 지점 간(B와 C, 또는 A와 D) 경간수직방향 변위값이 각각 a1 및 a2이며, 일 건물의 경간방향 길이가 k인 경우,
(1) θ(rad) = (a2 - a1) / k
으로 도출될 수 있다. 도 2를 참고하면, 층 다이어프램(Floor Diaphragm) 조건에 따라, 지점 B에서의 경간수직방향 변위값이 183 mm, 지점 C에서의 경간수직방향 변위값이 235 mm이고, 일 건물(10)의 경간방향 길이가 32,000 mm 인 경우, 변형 중심에서의 회전각(θ)= 52 / 32,000 = 0.001633 rad 이 된다.
그리고 나서, 도 1을 참고하면, 스카이브리지(30)의 경간수직방향 변위 및 비틀림각변위를 고려하여 이동단(R) 지점의 제1 기준값(Δx0, Δy0)에 변위 증폭(비틀림 증폭)을 고려한다(S50). 예를 들어, 제1 기준값(Δx0, Δy0)을 고려하면, 횡변위 조합하중(Δxy0)는
(2) Δxy0^2 = Δx0^2 + Δy0^2
을 통해 도출할 수 있다.
또한, 스카이브리지(30)가 연결된 두 건물(10, 50)의 위상인 반대인 경우를 고려하여 2 * Δxy0의 제1 변위값을 고려하거나, SRSS(Square Root of Sum of Squares method) 방식을 통해 1.41 * Δxy0의 제2 변위값을 고려하여 이동단(R)에서 해당 제1 또는 제2 변위값만큼의 설계허용변위를 허용하는 것이 종래의 방식이다.
도 4는 비틀림에 의한 기하학적 고려를 설명하기 위한 참고도이다.
다만, 도 4를 참고하면, 스카이브리지(30)는 연결되는 개별 건물(10, 50)의 거동에 따라 경간수직방향 및 비틀림방향으로 변위가 발생할 수 있다. 또한 회전단(P) 지점에서는 스카이브리지(30)의 강체회전을 해소하지 못한다. 상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 비틀림방향 변위 미발생시, 건물(10) 및 브리지(30)의 전 위치에서의 수평변위값은 동일하다. 이는 비틀림의 영향이 미미한 경우에도 실질적으로 마찬가지이다. 다만, 비틀림에 의한 영향은 브리지 경간에 비례하여 증가하여 이동단(P)에서 고려하여야 하는 횡변위값을 증가시킨다.
따라서, 회전단(R)에서 비틀림 영향을 해소하지 못하면, 이동단(P)에서는 건물의 설계횡변위와 별도로 브리지(30)의 형상에 따른 추가 횡변위를 고려하여 설계하여야 한다. 따라서, 종래의 방식대로라면 브리지(30)의 설계허용변위는 건물의 최대변위값인 dB를 기준으로 평가하지만, 실제로는 dZ에 대하여 이동단(R) 변위를 평가하여야 한다.
그러므로, 앞선 내용에 따라, 비틀림각변위(θ)를 고려한 스카이브리지(30)의 이동단(R) 지점의 경간방향 변위 및 경간수직방향 설계허용변위(Δx2, Δy2)를 도출하여야 한다. 상세하게는, 비틀림각변위(θ)를 고려한 경간방향 및 경간수직방향 추가 변위(Δx1, Δy1)는,
(3) Δx1 = Ly1*θ
(4) Δy1 = Lx1*θ
이다.
상기 Δ1은 비틀림각변위(θ를 고려한 이동단(R)에서 고려하여야 할 추가 경간방향 변위이고, Δ1은 상기 이동단(R)에서 고려하여야 할 추가 경간수직방향 변위이다. 즉, 회전단 지점에서 브리지(30)의 강체회전을 해소하지 못하기 때문에, 경간방향 및 경간수직방향으로 비틀림에 의한 추가변위가 발생한다.
또한, Lx1은 스카이브리지의 경간길이(이동단(P)의 브리지 변형 중심 으로부터의 x축 방향 경간길이)이고, Ly1은 상기 스카이브리지의 이동단(R) 두 지점의 중간 지점까지의 경간수직길이(이동단(P)의 변형중심위치로부터의 y축 방향 평균 경간수직길이)이다.
따라서, 이동단(P)에서는 경간방향 및 경간수직방향의 제1 기준값(Δx0, Δy0)에, 경간방향 및 경간수직방향 추가 변위(Δx1, Δy1)를 가감하여, 비틀림각변위(θ)를 고려한, 설계허용변위 상한값인 경간방향(Δx2) 및 경간수직방향 변위(Δy2)를 도출할 수 있다.
그 후, 이동단(P)에서의 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값을 도출한다(S60). 예를 들어, SRSS 방식을 통해 비틀림각변위(θ)를 고려한 수정된 경간방향(Δx2) 및 경간수직방향 변위(Δy2)로부터 수정된 설계허용변위값(Δx3, Δy3)은, 예를 들어
(5) Δx3^2 = (Δx'0^2 + Δx2^2)
(6) Δy3^2 = (Δy'0^2 + Δy2^2)
를 통해 도출할 수 있다.
수정된 경간방향 변위(Δx3) 및 경간수직방향 변위(Δy3)는 비틀림 등을 고려한 수정된 설계허용변위 상한값이다. 즉, 회전단(P) 지점에 연결된 건물(10)에서는 브리지 경간에 따른 변위 증폭을 고려하고, 이동단(R) 지점에 연결된 건물(50)에서는 횡변위값만을 검토한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 스카이브리지(30)의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 회전단(P)에서 브리지 경간방향으로의 변위를 허용하도록 설계한다(S70).
앞서 설명한 바와 같이, 건물 단위층 평면의 비틀림에 의한 기하학적 고려를 살펴보면, 비틀림이 발생하지 않는다면 건물 및 브리지의 모든 위치에서의 변위값은 동일하다. 다만, 비틀림에 의한 z축 회전에 의한 영향은 브리지 경간 길이에 비례하여 증가하므로 이동단(R)에서 고려하여야 하는 설계횡변위값을 증가시킨다. 따라서, 회전단(P)에서 비틀림을 해소하지 못하면, 이동단(R)에서 건물의 설계횡변위와 별도로 브리지의 형상에 따른 추가 횡변위를 고려하여 설계하여야 한다.
그러므로, 본 발명은 브리지의 이동단(R)에서 경간수직방향 변위에 의해 발생하는 브리지 경간방향 전단각변위(γ)를 해소하기 위해, 스카이브리지의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 회전단(R)에서 브리지 경간방향으로의 변위를 허용하여 상기 브리지가 강체회전하도록 한다.
상세하게는, 회전단(P) 일 지점을 변위고정점으로 설정하고, 나머지 회전단(P) 타 지점에서 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위(γ) 및 비틀림각변위(θ)를 해소한다. 또한, 이동단(R) 양 지점에서는 경간방향 변위와 함께, 전단각변위(γ) 허용을 위해 요구되는 경간방향 변위를 추가 고려한다.
도 5는 회전단에서 브리지 경간방향으로의 변위를 허용하는 단계에 대한 블럭도이다.
도 5를 참고하여 단계 S70에 대하여 상세히 설명하면, 이동단(R)에서 고려할 수정된 경간방향 및/또는 경간수직방향 설계허용변위값(Δx3, Δy3)을 기준으로 전단각변위(γ)를 도출한다(S710). 전단각변위(γ)는,
(7) γ= Δy3 / Lx1
을 통해 도출될 수 있다.
상기 수정된 경간수직방향 설계허용변위값(Δy3)은 회전단(P)에서는 경간수직방향변위에서 비틀림에 의한 추가 변위를 고려하였으며, 이동단(R)에서는 경간수직방향 변위를 고려하여 산정된 값이므로, 비틀림각변위(θ)가 고려된 것과 동일한 것으로 볼 수 있다.
그 후, 전단각변위(γ)와 브리지 폭방향 지점 간 거리(Ly2)를 곱하여 경간방향의 소요 변위를 산정한다(S730). 또는 브리지 전체 폭길이(Ly1)를 적용하여 산정할 수 있다.
전단각변위(γ)를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위(Δx4)는,
(8) Δx4 = γ* (Ly2 or Ly1)
을 통해 도출된다.
그 후 도출된 추가적인 경간방향 변위(Δx4)를 토대로 이동단(R) 및 회전단(P) 지점에서 재차 수정된 경간방향 및 경간수직방향의 설계허용변위값을 도출한다(S750).
회전단(P)의 경우, 일 지점은 변위고정점이므로, 타 지점에서 추가적인 경간방향 변위(Δx4)를 모두 부담한다. 따라서, 타 지점에서의 경간방향 변위(Δx4)가 정해진다. 또한, 이동단(R)의 경우, 양 지점에서 함께 추가적인 경간방향 변위(Δx4)를 부담한다. 예를 들어 각각 Δx4/2만큼 부담하여 소요 전단각변위(γ)를 해소 가능하다.
앞서 설명한 바와 같이 설계자의 판단에 따라 더 유리한 위치를 변위고정점으로 선택할 수 있으므로, 변위고정점이 단부가 아니라면 상기 변위고정점으로부터 거리에 비례하여 경간방향 허용변위(Δx5)가 결정된다.
따라서, 이동단(R) 양 지점에서의 최종 경간방향 허용변위(Δx5)는,
일 지점에서는,
(9) Δx5R1 = Δx3 + Δx4
이며, 타 지점에서는
(10) Δx5R2 = Δx3 - Δx4
가 된다.
상기 재차 수정된 설계허용변위값을 토대로 하여, 최종 설계허용변위 상한값을 설정한다(S770).
이와 같은 방법(S1)에 의하여, 브리지 회전단(P) 일 지점에서 경간 방향으로 변위를 허용함으로써 경간수직방향 변위에 기인하여 발생하는 전단각변위(γ)를 해소할 수 있다. 즉, 종래 방식의 경우 브리지의 기하학적 형상에 따른 허용변위산정의 특성을 반영하지 못하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(S1)을 통해 브리지(30)의 형상을 고려한 허용변위 산정이 가능한 것에 그 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
그리고, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
S1 : 스카이브리지 변위 허용치 산정방법
10 : 일 건물
30 : 스카이브리지
50 : 타 건물

Claims (13)

  1. 경간방향으로 각각 두 개의 회전단과 이동단으로 설계된 스카이브리지;
    상기 이동단 지점들과 연결되는 일 건물; 및
    상기 회전단 지점들과 연결되는 타 건물;을 포함하고,
    상기 스카이브리지가 연결되는 건물들에 대한 구조해석이 수행되는 단계;
    상기 스카이브리지와 연결되는 건물들의 각 지점들에 대한 횡변위값이 도출된 이후, 제1 기준값 및 제1' 기준값을 포함하는 기준횡변위값이 결정되는 단계;
    상기 일 건물의 변형 중심 위치에서의 회전각이 도출되는 단계; 및
    상기 스카이브리지의 경간수직방향 변위 및 비틀림각변위를 고려하여 이동단지점의 제1 기준값에 변위 증폭이 고려되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.

  2. 제1항에 있어서,
    변위 증폭 고려단계 이후 이동단에서의 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 설계허용변위 상한값 도출단계는
    변위 증폭 고려된 제1 기준값과, 제1' 기준값을 통해 이동단에서의 수정된 설계허용변위값이 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스카이브리지의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 상기 스카이브리지의 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스카이브리지 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계는
    상기 스카이브리지 회전단 일 지점을 변위고정점으로 설정하고, 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위를 해소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법
  6. 제5항에 있어서, 상기 스카이브리지 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하도록 설계되는 단계는
    상기 스카이브리지 이동단 양 지점에서 전단각변위 허용을 위하여 요구되는 경간방향 변위값을 추가 고려하고, 상기 수정된 설계허용변위값이 재차 수정되어 최종 설계허용변위 상한값이 산출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위를 해소하는 단계는
    상기 수정된 경간방향 설계허용변위 및/또는 경간수직방향 설계허용변위값을 기준으로 전단각변위가 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전단 타 지점에서의 경간방향 변위를 허용하여 전단각변위 및 비틀림각변위가 해소되는 단계는
    상기 도출된 전단각변위를 통하여 상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위값이 산정되는 단계; 및
    상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위를 통하여 상기 스카이브리지 이동단 일 지점 및 회전단 양 지점에서 최종 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이동단 일 지점 및 회전단 양 지점에서 최종 설계허용변위값 도출단계는
    상기 전단각변위를 허용하기 위하여 필요한 추가적인 경간방향 변위를 상기 회전단 타 지점에 모두 부담하고, 상기 이동단 양 지점에서 함께 부담하도록 설계되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기준횡변위값이 결정된 이후, 상기 스카이브리지의 경간 방향 축과, 연결된 건물의 주축이 일치하지 않는 경우, 상기 제1 기준값 또는 제1' 기준값을 경간 방향 및 경간 수직방향 변위로 변환하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  11. 스카이브리지가 연결된 일 건물에 대한 구조해석이 수행되는 단계;
    상기 스카이브리지와 연결되는 건물들의 각 지점들에 대한 횡변위값이 도출된 이후, 제1 기준값 및 제1' 기준값을 포함하는 기준횡변위값이 결정되는 단계;
    상기 스카이브리지의 경간수직방향 변위 및 비틀림각변위를 고려하여 이동단지점의 제1 기준값에 변위 증폭이 고려되는 단계;
    변위 증폭 고려단계 이후 이동단에서의 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계; 및
    상기 스카이브리지의 폭방향으로 회전각을 허용하도록 상기 스카이브리지의 회전단에서 브리지 경간방향으로 변위를 허용하고, 상기 설계허용변위 상한값을 수정하여 상기 설계허용변위 상한값이 수정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 설계허용변위 상한값 수정단계는
    상기 수정된 경간방향 및 경간수직방향 설계허용변위 상한값을 기준으로 전단각변위가 도출되는 단계; 및
    상기 전단각변위와 상기 스카이브리지 폭 방향 지점 간 거리를 곱하여 추가적인 경간방향 소요 변위가 산정되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 설계허용변위 상한값 도출단계는
    상기 경간방향 소요 변위를 통하여 상기 이동단 및 회전단 지점에서 횡방향 최종 설계허용변위 상한값이 도출되는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스카이브리지 변위 허용치 산정방법.
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