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메가 구조부재를 이용한 입체복합공간 구조시스템의 횡력 저항 성능

Title
메가 구조부재를 이용한 입체복합공간 구조시스템의 횡력 저항 성능
Other Titles
Lateral Resistance of Mega-structure system for integrated Multi-purpose Spatial Structure
Authors
이현주
Issue Date
2009
Department/Major
대학원 건축학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
신영수
Abstract
입체복합공간 구조란 제한된 공간의 이용 효율성 극대화와 지상·지하 공간의 입체적 활용도를 극대화 할 수 있는 구조물을 의미한다. 입체복합공간은 기존의 단일 목적의 건축물과는 달리, 용도 및 규모 면에서 내부 공간의 수평적, 수직적 증축 및 다양한 용도의 가변성을 만족하는 입체성과 활용성을 갖춘 구조물이다. 따라서 이러한 구조물을 구현하기 위하여 다양한 용도 및 공간의 변화성에 적합한 새로운 구조시스템의 도입이 필수적이다. 내부 공간을 용도에 따른 제약 없이 자유롭게 활용하기 위해서는, 횡력 저항 요소의 효율을 극대화하면서 공간의 자유로운 활용이 가능한 구조시스템의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 여러 구조시스템 중 건물에 작용하는 횡력을 건물의 네 모서리에 위치한 메가기둥이 부담하도록 하여 입체복합공간 구조시스템을 구현하고자 한다. 메가 구조 요소를 이용한 입체복합공간 구조는 건물의 코너에 메가기둥을 배치하여 건물에 작용하는 수평하중에 저항하도록 하며, 수직하중에 저항하기 위하여 건축적 요구사항에 부합되도록 중앙부에 기둥을 배치하였다. 건물의 모서리에 위치한 메가기둥은 건물에 작용하는 횡력에 저항할 수 있도록 RC부재를 사용하고, 내부 기둥은 PC부재를 사용한다. 내부 기둥은 휨 모멘트를 받지 않고, 상부에서 작용하는 축력만을 받으므로, 필요 시 위치 이동이 가능한 것이 특징이다. 본 연구에서는 입체복합공간 구조에 적절한 메가 구조부재를 이용한 구조시스템을 고찰하고, 메가기둥 모듈의 크기, 기둥 모듈의 형태, 세장비 등을 주요변수로 하여, 각 주요 변수에 따른 횡력 저항 성능을 파악하였으며, 이를 통해 내부 공간의 수직, 수평적 확장성을 가진 입체복합공간 구조의 적정 구조시스템을 제안하였다. 해석 결과, 횡력 저항 요소를 배치함에 있어, 메가기둥 모듈 크기가 동일한 경우, 강성이 작은 여러 개의 기둥을 설치하는 것 보다, 강성이 큰 기둥을 건물 외곽에 적은 수로 배치하는 것이 중립축에 대한 단면 이차 모멘트의 총합이 커져, 횡력 저항 성능이 우수한 것으로 나타났다. 직사각형 평면의 경우에는 방향에 따라 강성이 다르므로, 메가기둥을 장변 방향으로 길게 배치하거나 약축 방향에 집중 배치하여 약축방향의 강성을 향상시키는 것이 횡변위 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 건물단변비에 대한 메가기둥 모듈이 커질수록 메가기둥과 연결된 메가보의 물량이 증가하여 최대 횡변위 크기가 선형 관계를 보이며 감소하는 것으로 나타났다. 보의 위치 및 형태에 따른 횡력 저항 성능에 대한 영향은, 메가기둥 주변에 횡력 저항 요소를 추가적으로 배치하여 횡력을 분산하여 부담하는 경우, 단일 메가보가 모든 횡력을 부담하는 모델에 비하여 횡력 저항 성능이 향상되는 경향을 보였으며, 작은 보와 함께 추가적으로 가새를 설치하는 경우, 동일한 물량 하에서 가장 효과적으로 횡력을 저감시키는 것으로 나타났다. 본 논문에서 고려한 평면 모델에서는 세장비가 4인 경우보다 6인 경우에 대하여 평면 모델의 형태가 횡변위 저항 성능에 미치는 영향이 크게 나타났는데, 이를 통해 고층 건물로 갈수록 횡력 저항 요소의 배치를 중요하게 고려해야 함을 알 수 있다. 또한 메가기둥의 크기와 보의 위치 및 형태가 횡변위 제어에 미치는 영향은 세장비가 작은 모델일수록 큰 것으로 나타났다.;The multi-purpose spatial structure is maximizing the effectiveness of the use of restricted space and making three-dimensional use of ground/underground spaces in order to meet the spatial demand with the growth of the city. The existing building structure has usually simple purpose, but multi-purpose spatial structure can accommodate vertical/horizontal enlargement as well as diverse spatial purpose. In order to construct this structure, it is essential to develop new structural system which can meet the need of changeability and variability of spaces. In this study, it is proposed mega column and mega beam that has lateral and vertical resistance of multi-purpose spatial structural system. The material of mega columns that exist on the corner of the building is reinforced concrete in order to elevate lateral resistance. Moreover, the inner columns are made by precast concrete for the sake of meeting the changeability of inner spaces. The reason is that the precast concrete does not sustain bending moment but support axial force, so the inner space can change the space scale according to the spatial purpose by moving inner column. Moreover, it is considered the mega structure system that is suitable for multi-purpose spatial structure by analyzing general-purpose three-dimensional structural software program. The major variables of structure analysis are the size of mega column module, the shape of structure plan, the position and shape of beam and the slenderness ratio. Through structure analysis, it can evaluate the performance of the lateral resistance according to various structural factors under using same amount of materials condition. By analyzing mega structure model, the more mega columns have large stiffness that arranging on the corner of the building, the better the lateral resistance is improved. Moreover, the lateral resistance grows larger according to incrementing the size of the mega column module, because the amount of mega beam that is connected with mega column is increased. In addition to, adding additional beam and diagonal brace on the perimeter of the mega column is also improving the lateral resistance under using same amount of materials condition. Through this research, mega structure system for the multi-purpose spatial structure that can fulfill the needs of the vertical/horizontal enlargement was proposed. In the future, it is need to study the lateral resistance of the multi-purpose spatial structure system according to diverse plans and various structural factors.
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