KR20060029119A - 고층 건물의 풍응답 조절방법 - Google Patents

고층 건물의 풍응답 조절방법 Download PDF

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KR20060029119A
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박효선
권윤한
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주식회사 마이다스아이티
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Abstract

본 발명은 고층건물 설계시 물량 재분배를 통해 물량 증가없이 건물의 사용성을 개선할 수 있는 고층 건물의 풍응답 조절방법에 관한 것이다.
본 발명은, 고층 건축물을 초기 설계단계에서 모델링하여 풍하중에 따른 주기와 가속도를 예측하는 1차 풍응답 예측단계; 상기 풍응답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지를 판단하고, 적합한 경우에만 풍응답 조절을 종료하는 1차 풍응답 적합여부 판단단계; 상기 1차 풍응답 적합여부 판단단계에서 풍응답이 부적합한 것으로 판단되는 경우 최적화기법으로 전체 물량의 변화없이 각 부재에 물량을 재분배하하는 물량 재분배단계; 물량 재분배 이후 풍하중에 의한 주기 및 가속도를 예측하는 2차 풍응답 예측단계; 및 상기 2차 풍응답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지를 판단하여, 부적합한 경우 구조물량을 더 부가하여 상기 물량 재분배단계로 되돌아가고, 적합한 경우에는 풍응답 조절을 종료하는 2차 풍응답 적합여부 판단단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
고층건물, 구조물, 풍응답, 가속도, 주기, 물량, 재분배기법, 사용성

Description

고층 건물의 풍응답 조절방법{Design for High-rise buildings through Control of Natural Period}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법을 적용한 예제 구조물 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법을 솔라리 기법을 이용하여 평가한 가속도와 주기 상관관계를 나타낸 그래프.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법을 호주기준(SAA83)으로 평가한 가속도와 주기의 상관관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 고층 건물 설계시 물량의 재분배를 통해 풍하중에 의한 변위 즉 풍응답을 조절하여 물량 증가 없이 고층 건물의 사용성을 개선할 수 있는 고층 건물의 풍응답 조절방법에 관한 것이다.
최근 건축물들이 고층화됨에 따라 건축물의 사용성(Serviceability)에 지대한 영향을 미치는 풍하중으로 인한 변위가 커지면서 풍하중에 의한 수평변위와 수 평 진동 등의 강성평가지표가 건축물의 설계에서 중요하게 다루어지고 있다. 이에 강풍에 대한 풍응답과 그에 따른 변위가 각국의 기준을 초과하지 않으면서 건축주의 요구에 부합하도록 고층 건물들을 설계 및 시공할 수 있는 설계기법들이 연구 개발되고 있다.
그 중 수평변위 조절기법은 구조의 최적화, 재분배 기법 등의 형식으로 다양하게 연구 개발되고 있으며 특히 재분배기법은 실무에서 적용성이 점차 확대되고 있다.
그러나 수평변위 조절기법은 고충 건축물을 설계 시공하는 경우 횡변위에 대한 제한은 만족시킬 수 있지만 과도한 수평변위진동이 발생하여 건물의 사용자나 거주자에게 심리적인 불안감이나 불쾌감을 초래할 수도 있기 때문에 실제적으로 건물의 사용성에 대한 개선 효과는 미미한 것으로 알려져 있다.
그림에도 불구하고 수평변위진동은 칸막이벽 경량화 및 무거운 외장재 사용 감소로 인한 밀도 경량화(144kg/㎥~192kg/㎥), 셋백(set back), 용접구조물 증가, 새로운 건축 재료 개발 등으로 인해 감쇠율이 크게 낮아지면서 건물의 사용성에 미치는 영향이 커지고 있어 수평변위진동에 대한 조절의 필요성은 더욱 증대되고 있다.
수평변위진동이 사용성에 미치는 영향은 통상 사용자가 진동을 인지하는 정도와 불편하게 느끼는 정도로 나타내는데, 지배적인 물리량은 가속도로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 건축물 설계시 실무자가 초기설계 단계에서 다양한 구조 대안의 성능을 평가하고 설계할 수 있는 변위설계법과 달리 풍가속도를 조절할 수 있 는 실용적인 기법은 현재까지 개발되어 있지않다.
이 때문에 종래에는 고층 건물 설계시 풍가속도 조절을 위해 초기 설계안이 확정된 후 풍동실험 결과에 따라 기계적 가속도 반응 조절 기법을 적용하거나 새로운 대안을 검토하여 왔다.
그러나 풍동실험을 거쳐 새로운 대안을 검토하는 것은 현실적으로 여러 가지 어려움이 있기 때문에 초기 설계 단계에서 풍응답 조절 필요성을 판단한 다음 그 결과에 따라 현실적으로 적용할 수 있는 풍응답 조절기법 개발이 절실히 요청되고 있었다.
이에, 본 발명은 고층 건물 설계 초기 단계에서 풍응답을 조절하여 고층 건물의 사용성을 개선할 수 있는 고층 건물의 풍응답 조절방법으로서 특히 물량의 재분배를 통해 물량 증가 없이 풍응답을 조절할 수 있는 고층 건물의 풍응답 조절방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 고층 건물 설계 초기에 풍하중에 대한 고층 건물의 고층 건물의 풍응답 조절하기 위한 고층 건물의 풍응답 조절방법으로서, 초기 설계된 고층 건축물을 모델링한 다음 풍하중에 따른 주기와 가속도를 예측하는 1차 풍응답 예측단계; 상기 풍응답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지의 여부를 판단하고, 적합한 경우에만 풍응답 조절을 종료하는 1차 풍응답 적합여부 판단단계; 상기 1차 풍응답 적합여부 판단단계에서 풍응답이 부적합한 것으로 판단 되는 경우 최적화기법으로 전체 물량의 변화없이 각 부재에 물량을 재분배하여 최상층의 주기를 최소화하는 재분배기법을 통하여 각 부재에 물량을 재분배하는 물량 재분배단계; 물량 재분배 이후 풍하중에 의한 주기 및 가속도와 그 변화를 예측하는 2차 풍응답 예측단계; 그리고, 상기 2차 풍음답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지를 판단하여, 부적합한 경우 구조물량을 더 부가하여 상기 변형에너지 산출단계로 되돌아가고, 적합한 경우에는 풍응답 조절을 종료하는 2차 풍응답 적합여부 판단단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상의 단계 중 상기 1,2차 풍응답 예측단계에서는 풍하중에 대한 가속도를 풍방향(along-wind)과 풍직각방향(across-wind)의 두 방향에 대해서 각각 구하고, 상기 1,2차 풍응답 적합여부 판단단계에서는 상기 두 방향의 가속도 중 큰 값을 기준으로 가속도 적합여부를 판단하도록 이루어진 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법의 구체적인 구성을 바람직한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 살펴본다.
본 발명에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법은, 고층 건물에서 사용성에 지대한 영향을 미치는 인자인 풍응답성 즉 주기에 비례하는 가속도를 최소화하기 위한 것으로, 특히 구조물량의 재분배를 통해 물량 증가없이 주기를 제어함으로써 고층 건물의 가속도를 최소화함으로써 비용 증가없이 고층건물의 사용성을 개선하기 위한 것이다.
이와 같은 목적의 본 발명의 일 실시예에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법은 도 1의 순서도에 나타난 바와 같이, 고층 건물 초기 설계 후 모델링한 다음 풍 하중에 따른 풍응답을 예측하는 1차 풍응답 예측단계(S1)와, 상기 풍응답 예측단계에서 예측된 풍응답이 평가기준에 부합하는 지의 여부를 판단하는 1차 풍응답 적합여부 판단단계(S2); 상기 1차 풍응답 적합여부 판단단계에서 풍응답이 적합하지 않은 것으로 판단되는 경우 전체 물량의 변화없이 각 부재에 물량을 재분배하여 최상층의 주기를 최소화하는 물량 재분배단계(S3); 물량 재분배 이후 풍하중에 의한 풍응답을 예측하는 2차 풍응답 예측단계(S4); 그리고, 상기 2차 풍음답 예측단계에서 예측된 풍응답이 평가기준에 부합하는 지를 판단하여, 구조물량을 더 부가하여(S5) 상기 변형에너지 산출단계(S3)로 되돌아가고, 적합한 경우에는 풍응답 조절을 종료하는 2차 풍응답 적합여부 판단단계(S4); 등으로 이루어져 있다.
이상의 각 단계에서 1, 2차 풍응답 예측단계에서는 상용구조 프로그램 (MIDAS GEN)등을 이용하여 설게된 고층 건물을 모델링을 한 후 풍하중에 대한 가속도응답을 예측한다. 이 때 각 지역에 따른 기본 풍속, 그 지역의 노풍도, 건물의 중요도 계수, 건물자체의 감쇠비, 건물 단면적, 건물의 전체 높이, 건물의 중량 밀도와 고유주기를 초기 설계된 모델링에서 구한다. 이 값들을 이용해서 풍응답 즉 주기와 가속도를 예측한다. 풍응답은 풍방향(along-wind)과 풍직각방향 (across-wind)의 두 응답가속도를 구해서 큰 값으로 평가하게 된다.
풍응답을 예측하는 방법은 다음과 같이 다양한 기준이 있으며, 각국의 설계기준에 따라 어느 한 기준을 사용하여 풍응답을 예측할 수 있다. 본 실시예에서는 25층 가새-철골 사무소 건물을 적용하여 그 성능을 평가한다.
1. 각 국의 풍응답 가속도 평가기준
다음에 일본 건축학회의 주거성능 평가지침 (AIJ)과 ISO 기준, 그리고 캐나다 기준 (NBCC 90)에 제시되어 있는 사용성 평가에 대한 값들을 간단히 비교 하였다. 각 국의 풍응답 가속도 평가 기준은 모두 거주자의 감각을 규범으로 설정근거로 하고 있다. 그러므로 표 1과 같이 사용성에 대한 평가는 응답 가속도를 기준으로 한다.
표 1) 사용성 평가 기준
Figure 112004515914610-PAT00001
(1) 일본 건축 학회
일본 건축학회의 기준은 거주환경으로서의 성능을 유지하는 관점에서 강풍에 의해 건축물에 발생하는 1초~10초 (0.1Hz~1.0Hz) 사이의 수평진동을 대상으로 한다. 대상건축물은 주거용도와 사무용도로 나뉘어 있고 평가 진동레벨은 재현주기 1년의 10분 평균풍속을 대상으로 한 최대 가속도 값이다. 일본의 경우는 "거주환경에 있어서 진동을 느끼지 않을 것" 을 전제로한 지각영역을 기반으로 평가가 이루어지고 있다.
(2) ISO 기준
ISO 기준은 고유진동수 1초~15.9초 (0.063Hz~1Hz)를 대상으로 하고 가속도의 rms값으로 평가한다. 일반적으로 폭풍과 연관되어 10분 이하로 지속되는 경우 인간의 기억에 강하게 각인되지 않으므로 이 기준은 10분을 초과하여 지속되는 경우에 대하여 나와 있다. 1년 재현주기에 대한 기준은 시험적으로 5년 재현주기 기준에 0.72를 곱한 값을 적용할 수 있다. 진동 평가 시 사용되는 기준은 C1F1, C2F1, C1F2, C2F2의 4가지로 구분된다. C1F1는 일반적 용도의 건물에서 드물게 발생하는 진동에 대한 평가이고, C2F1는 고정해상구조물에서 드물게 발생하는 진동에 대한 평가이며, C1F2와 C2F2는 각각 특수한 목적의 구조물에서 자주 발생하는 진동에 대한 평가 중 명백히 움직임이 없어야 할 환경과 반복적인 정밀 작업이 수행되는 건물에 대한 평가이다. 고층건물의 경우, 건축물의 용도에 따른 별개의 평가곡선을 설정하고 있고, 일반적 용도에는 고정레벨, 명확하게 진동이 발생해서는 아니 되는 건축물에는 최소지각한계, 정밀작업을 행하는 용도에는 평균지각한계로 설정 근거를 하고 있다.
(3) 캐나다 기준
캐나다 기준은 중력가속도 g를 이용한 가속도응답을 나타내고, 1시간 평균풍속을 기준으로 한다. 일본기준과는 달리 단순히 느끼는 정도가 아닌 불만의 비율을 기반으로 한 기준이다. 예를 들어 주거자가 진동을 지각하는 기회를 10년에 1회로 정하고 있으며, 허용응답가속도를 아파트의 경우 0.01g등으로 정하고 있다.
2. 각 국의 풍응답가속도 기준그래프
일본기준, ISO 기준, 캐나다 기준을 재현주기 1년 10분 평균풍속으로 치환하여 나타내었으며, 캐나다 기준의 경우 식(1)의 보정계수를 이용하여 10분 평균풍속, 재현주기 1년의 기준으로 변환하었다.
Figure 112004515914610-PAT00002
일반적으로 설계가속도는 대체로 15~24mg정도이며 주상복합건물의 최상층이 주거시설의 경우에는 15mg를 기준으로 하였고 사무소건물에는 20mg가 일반적인 것으로 나타난다.
(1) 풍가속도응답 평가 기법
풍가속도응답 평가는 풍방향과 풍직각방향의 가속도응답을 구하고, 그중의 큰 값에 대한 가속도응답이 만족하도록 하게 된다. 본 실시예에서는 풍방향 가속도응답 평가식으로는 솔라리 기법(Solari Method)을, 풍직각방향 가속도응답 평가식으로는 호주기준을 이용해서 풍응답가속도를 평가하였다.
Figure 112004515914610-PAT00003
1) 풍방향 (Along-wind) 가속도 응답
[Solari Method]
밑면길이(D), 밑면가로길이(B), 건물높이(H)중 최소값을 △로 정한다.
건물의 단위길이당 질량 m(z)과 공기밀도 ρ를 계산한다. 모드질량 M1= m/3 을 계산한다. 건물의 고유주기와 감쇠비를 결정하고 풍상면 풍압계수 C1과 풍하면 풍하계수 C2를 결정하여 건물의 풍력계수 Cd(=C1+C2)를 구한다. 지면조도계수 z0를 구한다. fastest 10분 풍속 V 10을 구한다. 풍속이 10분 평균속도보다 작을 경우에는 10분 평균으로 치환한다. 마찰속도 V는 다음 식(2)에 의해 구한다.
Figure 112004515914610-PAT00004
위의 값들을 결정한 후 솔라리 기법(Solari Method)를 이용하여 계수값들을 구한 후, 다음 식 (3)으로 최상층에서의 최대가속도를 구한다.
Figure 112004515914610-PAT00005
2) 풍직각방향 (Across-wind) 가속도 응답
고층건물의 풍직각방향 진동은 와류(Vortex Shedding)에 의해 발생한다. 와류에 의해 발생하는 풍직각방향의 진동 주파수는 다음 식 (4)와 같다.
Figure 112004515914610-PAT00006
V=건물최상층에서 평균풍속(m/sec)
S=Strouhal number에 의한 매개변수 (장방형 0.15, 실린더형 0.2)
D=건물폭(m)
[SAA 83 (호주기준)]
호주기준에서는 풍직각 가속도응답을 구하기 위한 약산식을 제안하고 있다. 먼저 평균제곱근 변위 응답은 다음 식 (5)에 의해 결정된다.
Figure 112004515914610-PAT00007
여기서,
Figure 112004515914610-PAT00042
그리고 평균제곱근 가속도 응답은
Figure 112004515914610-PAT00043
이며, 최종적으로 최대가 속도는 근사적으로 평균제곱근 가속도응답의 4배로 다음 식 (6)에서 구한다.
Figure 112004515914610-PAT00008
한편, 물량 재분배단계에서는 먼저, 구하고자 하는 지점의 변위에 대하여 각각의 부재가 가지는 기여도를 정량적으로 나타낸다. 각각의 부재가 가지는 기여도를 다음의 식 (7)과 같이 변위기여도로 정의한다.
Figure 112004515914610-PAT00009
여기서 δ t 는 제어하고자 하는 구조물의 실제하중에 대한 최상층의 변위이며, δ t 는 i번째 부재의 동적변위기여도를 나타낸다. N, M, V 는 각각 풍하중에 대해 해석을 통해 나온 부재력인 축력, 모멘트, 전단력을 나타내며, 상첨자 L은 실제하중을, U는 최상층에 주어진 단위하중을 나타낸다.
이와 같이 i번째 부재의 변위기여도는 축력, 전단력, 모멘트에 대한 변위기 여도의 합으로 구해지며, 제어하고자 하는 구조물 최상층의 변위는 각 부재의 변위기여도의 합으로 구해진다. A i , I i 는 각각 i 번째 부재의 단면적, 단면 2차모멘트이며, E, G, α는 탄성계수, 전단 탄성계수, 전단에 관한 단면형상에 따른 계수이고, m은 구조물을 구성하는 전체 부재의 수이며, l은 부재의 길이이다.
앞에서 정의된 변위기여도와 쿤-터커(Kuhn-Tucker) 조건에 의하여 구하게 될 단면수정계수를 이용하여, 목적함수를 조절하고자 하는 절점의 변위(건물의 최상층 변위)를 최소화 하는 것으로 하였으며, 제약함수는 구조물 전체의 구조 물량을 재분배 전, 후 변화시키지 않는 것으로 하여 식(2),(3)과 같이 표현하였다.
Figure 112004515914610-PAT00010
Figure 112004515914610-PAT00011
여기서, Ai, Li는 각각 부재 i의 단면적과 길이이고, pi는 밀도이며, βi는 부재 i의 동적 단면수정계수이며, m은 총 부재수이다. 이러한 재분배 기법은 라그란지 승수(Lagrange Multiplier)(λ L )를 이용한 무제약 최소화 문제로 치환하게 되며, 쿤-터커(Kuhn-Tucker)조건을 이용한 동적 단면수정계수는 다음의 식 (10)과 같이 구하게 된다.
Figure 112004515914610-PAT00012
각 부재의 단면 성능을 식 (10)에서 구한 βi의 값에 의하여 변화시킴으로 써, 제약조건 식 (9)과 같이 구조물 전체의 중량을 변화시키지 않고, 제어하고자 하는 해당 변위 δ t-dy 를 식 (8)에 의한 값으로 최소화하여 예측할 수 있다.
특히, 물량 재분배기법에 있어서, 고층 건물이 철골구조물인 경우에는,
목적함수
Figure 112004515914610-PAT00013
제약함수
Figure 112004515914610-PAT00014
무제약 최소화 문제로 치환
Figure 112004515914610-PAT00015
물량수정계수 (Kuhn-Tucker조건 이용)
Figure 112004515914610-PAT00044
물량수정
Figure 112004515914610-PAT00017
(하첨자 i는 i번째 부재, δ는 부재의 동적변위, β는 물량수정계수, W i initial 와 W i newl 는 재분배 전 물량과 재분배 후 물량, m은 총부재수)
으로 표현되는 최적화기법을 통해 물량을 재분배한다.
그리고, 철골 및 전단벽(RC Shear Wall)구조물인 경우는,
목적함수
Figure 112004515914610-PAT00018
제약함수
Figure 112004515914610-PAT00019
무제약 최소화 문제로 치환
Figure 112004515914610-PAT00020
물량수정계수 (Kuhn-Tucker Condition 이용)
Figure 112004515914610-PAT00021
(하첨자 i와 j는 i번째 철골부재와 j번째 전단벽, δ는 부재의 동적변위, β는 물량수정계수, W i initial 와 W i newl 는 재분배 전 물량과 재분배 후 물량, m은 총부재수, n는 철골(E S )과 전단벽(E C )의 탄성계수비(
Figure 112004515914610-PAT00045
))
으로 표현되는 최적화기법을 통해 물량을 재분배하게 된다.
예제 구조물은 도 2과 같이 25층 철골 가새골조 구조물로써, 전체 층고는 107.3m 이다. 거더는 SWS41 (Fy=2400kg/㎠)을 사용하였으며, 기둥은 SWS50(Fy=3300kg/cm2)을 사용하였다. 가속도 응답을 평가하기 위한 솔라리 기법(Solari Method)(Along-wind)를 위한 변수값은 다음 표 2와 같고, 호주규준(Across-wind)에 의한 평가는 위 식 (5)의 약산식으로 계산하였다.
표 2) Solari Method를 위한 변수값
Figure 112004515914610-PAT00022
표 3) 재분배 전후의 각 모드 별 주기 변화
Figure 112004515914610-PAT00023
표 4) 주기 변화에 따른 가속도응답의 변화
Figure 112004515914610-PAT00024
위 25층 철골 가새 프레임 2차원 모델을 대상으로 했을 때 이상의 표 2,3,4 및 도 3과 4로부터 알 수 있는 바와 같이 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
1) 재분배 기법을 이용했을 때, 전체 물량의 변화 없이 고유주기 뿐만 아니라 1차부터 5차까지의 주기를 모두 줄어듦을 확인하였다.
2) 예제 모델을 통해 주기와 풍가속도 응답 관계가 비례관계임을 확인하였다.
3) 따라서 초기 설계단계에서 재분배 기법을 이용하여 고유주기를 줄여줌으 로써 풍가속도 응답을 줄여줄 수 있었다.
철골을 사용함에 따라 감쇠비가 줄어들고, 건물이 경량화되면서 건물 중량 밀도도 줄어드는 경향을 보인다. 본 발명에 따르면, 감쇠비와 건물 밀도를 초기 설계단계에서 고정시켜놓고 물량의 재분배만을 통해서 건물의 고유주기를 감소시킴으로써 건물의 가속도응답을 줄여주게 된다. 즉, 풍동실험등을 거치지 않고 초기 모델링만을 통해서 가속도응답을 제어할 수 있으므로 물량 증가 즉 비용의 추가부담 없이 사용성을 개선할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고층 건물의 풍응답 조절방법에 따르면, 고층 건물 설계 초기 단계에서 물량 재분배를 통해 물량 증가 즉 비용의 증가 없이 주기 및 가속도 등의 풍응답을 조절하여 고층 건물의 사용성을 크게 개선할 수 있다.

Claims (5)

  1. 고층 건물 설계 초기에 풍하중에 대한 고층 건물의 고층 건물의 풍응답 조절하기 위한 고층 건물의 풍응답 조절방법으로서,
    초기 설계된 고층 건축물을 모델링한 다음 풍하중에 따른 주기와 가속도를 예측하는 1차 풍응답 예측단계;
    상기 풍응답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지의 여부를 판단하고, 적합한 경우에만 풍응답 조절을 종료하는 1차 풍응답 적합여부 판단단계;
    상기 1차 풍응답 적합여부 판단단계에서 풍응답이 부적합한 것으로 판단되는 경우 최적화기법으로 전체 물량의 변화없이 각 부재에 물량을 재분배하여 최상층의 주기를 최소화하는 재분배기법을 통하여 각 부재에 물량을 재분배하는 물량 재분배단계;
    물량 재분배 이후 풍하중에 의한 주기 및 가속도와 그 변화를 예측하는 2차 풍응답 예측단계;
    상기 2차 풍음답 예측단계에서 예측된 가속도가 가속도 평가기준에 부합하는 지를 판단하여, 부적합한 경우 구조물량을 더 부가하여 상기 변형에너지 산출단계로 되돌아가고, 적합한 경우에는 풍응답 조절을 종료하는 2차 풍응답 적합여부 판단단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고층 건물의 풍응답 조절방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1,2차 풍응답 예측단계에서는 풍하중에 대한 가속도를 풍방향(along-wind)과 풍직각방향(across-wind)의 두 방향에 대해서 각각 구하고,
    상기 1,2차 풍응답 적합여부 판단단계에서는 상기 두 방향의 가속도 중 큰 값을 기준으로 가속도 적합여부를 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고층 건물의 풍응답 조절방법.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물량 재분배단계는,
    최상층의 변위에 대한 각 부재의 변위기여도를 다음의 식 (1)로 정의하고,
    Figure 112004515914610-PAT00025
    (δ t 는 실제 하중에 대한 최상층의 변위, δ t 는 i 번째 부재의 동적변위기여도, N, M, V각 부재에 작용하는 축력, 모멘트, 전단력, 상첨자 L은 실제하중, 상첨자 U는 최상층에 주어진 단위하중, A i , I i 는 각각 i 번째 부재의 단면적과 단면 2차모멘트, E, G, α는 탄성계수, 전단 탄성계수, 전단에 관한 단면형상에 따른 계수, m은 구조물을 구성하는 전체 부재의 수, l은 부재의 길이)
    식 (4)로 표현되는 동적 단면수정계수를 이용한 고층 건물의 최상층 변위를 최소화하는 다음의 식 (2)을 목적함수로하고,
    Figure 112004515914610-PAT00026
    식 (4)의 동적 단면수정계수를 적용하여 전체 구조물량의 변화없이 각 부재에 물량을 재분배하는 다음의 식 (3)을 제약함수로 하는
    Figure 112004515914610-PAT00027
    (여기서, Ai, Li는 각각 부재 i의 단면적과 길이, ρi는 밀도, βi는 부재 i의 동적 단면수정계수, m은 총부재수)
    Figure 112004515914610-PAT00028
    최적화기법을 통해 물량을 재분배하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고층 건물의 풍응답 조절방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물량 재분배기법은, 고층 건물이 철골구조물인 경우는 다음과 같은 식으로
    목적함수
    Figure 112004515914610-PAT00029
    제약함수
    Figure 112004515914610-PAT00030
    무제약 최소화 문제로 치환
    Figure 112004515914610-PAT00031
    물량수정계수 (Kuhn-Tucker조건 이용)
    Figure 112004515914610-PAT00032
    물량수정
    Figure 112004515914610-PAT00033
    (하첨자 i는 i번째 부재, δ는 부재의 동적변위, β는 물량수정계수, W i initial 와 W i newl 는 재분배 전 물량과 재분배 후 물량, m은 총부재수)
    표현되는 최적화기법을 통해 물량을 재분배하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고층 건물의 풍응답 조절방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 물량 재분배기법은, 고층 건물이 철골 및 전단벽(RC Shear Wall)구조물인 경우는 다음과 같은 식으로
    목적함수
    제약함수
    Figure 112004515914610-PAT00035
    무제약 최소화 문제로 치환
    Figure 112004515914610-PAT00036
    물량수정계수 (K-T Condition 이용)
    Figure 112004515914610-PAT00037
    (하첨자 i와 j는 i번째 철골부재와 j번째 전단벽, δ는 부재의 동적변위, β는 물량수정계수, W i initial 와 W i newl 는 재분배 전 물량과 재분배 후 물량, m은 총부재수, n는 철골(E s )과 전단벽(E c )의 탄성계수비(
    Figure 112004515914610-PAT00046
    ))
    표현되는 최적화기법을 통해 물량을 재분배하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고층 건물의 풍응답 조절방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210068735A (ko) * 2019-12-02 2021-06-10 경일대학교산학협력단 건물의 변형 형상을 예측하는 방법 및 장치
CN116186825A (zh) * 2022-11-29 2023-05-30 清华大学 基于图节点分类图神经网络的剪力墙设计方法和装置

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