최근 국내에서 400~600MPa급의 구조용 고강도강재가 생산되고 있으며, 큰 하중을 부담해야 하는 초고층건물에는 고강도강재의 사용이 효과적일 것으로 예상되나, 고강도강재의 적절한 사용법 및 적용사례 부족으로 인해 고강도강재는 일부 건축물에서 제한적으로 사용되고 있다. 그럼으로 본 연구에서는 고강도강재를 초고층건물에 이용할 수 있는 방법으로 최적화기법을 이용한 초고층건물 구조비용 최적설계기법을 개발하였다. 개발된 최적설계법은 강재의 강종별 재료 가격을 고려하며 강재의 강도와 크기를 결정함으로서 구조비용을 최소화 시킬 수 있다. 제안된 구조비용 최적설계법을 6개의 실제 초고층건물 구조설계에 적용하였으며, 경험에 의존한 구조 설계를 병행하여 개발된 최적설계법의 효율성과 적용성을 평가하였다. 개발된 초고층건물 구조비용 최적화기법은 경험에 의존한 설계에 비해 7~21%정도의 구조비용을 절감할 수 있었다. 또한, 제안된 최적설계법의 적용결과로서 얻어진 강재의 강도분포와 강종별 재료비용의 분석을 통해서 고강도강재를 초고층건물에 효과적으로 적용하기 위한 간략한 가이드라인을 제시하였다.
현대에는 건물이 대형화, 고층화되어짐에 따라 많은 재실자들을 수용함으로써 대형 재난의 잠재적인 가능성을 가지게 된다. 더욱이 건물의 미적인 면과 효율성이 강조됨에 따라 재난시 재실자의 대피에 영향을 주는 통로와 사무 시설 배치등과 같은 방과 건물구조의 용도 변경이 잦아지게 되었다. 그러나 안전적인 측면에서 특히 재실자의 대피는 피난 법규의 요구이외에는 설계시 특히 건물 내부의 용도 변경시 피난의 상황은 중요하게 고려되어지지 않고 있는 실정이다. 이에는 설계자나 건물 관리인에게 있어서 안전의 개념의식이 미비한 점도 있지만 대피시의 상황을 예측할 수 있는 효율적인 프로그램의 개발이 적절히 이루어지지 않았기 때문이라고 생각되어 진다. 이에 본 논문은 동일 건물 구조하에서 재실자들의 대피 상황을 프로그램을 통하여 미리 제시함으로서 설계 및 건물구조 변경시 건물 구조의 효율성과 안전성의 적절한 조화를 꾀하는데 목적을 두고 있다. (중략)
초고층건물의 구조설계에 고강도강재를 활용하는 것은 수직 부재 크기의 감소로 인한 건축 계획적 측면의 용이성 그리고 골조 물량의 감소로 인한 구조 및 시공 측면에서의 비용적 효율성 등이 예상되지만 적용사례 부족 및 합리적 설계 방법의 부재 등의 이유로 인해 고강도강재는 일부 건축물에서 제한적으로 사용피고 있다. 특히, 많은 부재로 구성되는 초고층 건물에서 강재의 적절한 강도를 고려한 경제적 단면 성능의 결정은 결코 쉬운 일이 아니다. 이러한 이유로 인해 최근 많은 초고층건물들은 콘크리트를 이용하여 계획되거나 시공되고 있다. 그러므로 본 논문에서는 초고층건물 구조설계에서 강재의 적절한 강도와 사용위치를 합리적으로 결정하여 구조비용을 최소화할 수 있는 초고층건물 구조비용 최적화기법을 개발하였다. 개발된 최적설계기법을 건물골조시스템의 35층 건물의 구조 설계에 적용하여 효율성과 적용성을 평가하였다. 적용 결과, 제안된 최적설계기법은 설정된 제약조건을 만족시키며 최적의 구조비용을 안정적으로 산출할 수 있음을 확인할 수 있었다.
고층 건물 변위설계는 고층건물 설계의 핵심 기술 중의 하나이며, 재분배 기법은 실용적인 고층건물 변위설계법으로 인식되고 있다. 재분배 기법은 구조 물량을 재분배함으로서 전체 구조물량의 변화없이 제어하고자 하는 변위를 최소화시키는 방법으로서, 재분배기법 적용에 의해서 최종 얻어지는 물량은 초기 물량의 영향을 받게 된다. 초기 물량이 과다한 모델의 경우, 재분배 기법을 적용하면 허용 변위는 충분히 만족하지만 물량 측면에서는 그 만큼의 절감 여지를 내포하고 있다고 볼 수 있다. 그러므로 중량 조절계수를 구조정식화에 포함시켜서 변위설계시 초기 설계안의 물량에 영향을 받지 않는 고층건물 변위설계 기법을 개발하였다. 제안된 변위설계법을 프레임-전단벽 구조물의 변위설계에 적용하여 그 결과를 분석한 결과, 제안된 방법은 초기 물량의 영향을 받지 않으며 고층건물 변위설계가 가능하였다.
지진하중에 의해 발생하는 비정형 건물의 피해를 줄이기 위하여 내진설계기준에서는 비틀림 증폭계수를 도입하였다. 이 계수는 내진설계기준에 따라 다르게 적용되었으며 같은 시기의 설계기준에서조차 다르게 적용되었다. 본 연구에서는 서로 다른 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기, 연약단부의 횡강성과 비틀림 강성비를 비교하였다. 비틀림 증폭계수가 증가할수록 연약단부의 횡강성이 증가하여 건물의 최종 정적편심의 크기는 감소하였으나 이 계수가 최대값 3.0에 도달한 이후부터 건물의 최종 정적편심의 크기는 다시 증가하였다. 우발편심과 정적편심의 합에 비틀림 증폭계수를 곱하여 구한 설계편심으로 설계된 건물의 최종 정적편심의 크기는 수직부재의 위치에 따라 0 또는 음수로 측정되었다.
원자로 격납건물(Reactor Containment Bldg)은 정상가동시는 물론 냉각재상실사고(LOCA)를 포함하는 설계기준사고(DBA) 및 설계기준지진(DBE) 발생시 구조물 자체의 건전성 확보는 물론 주기기(NSSS Equipment)를 포함하는 안전관련 계통 및 기기를 안전하게 보호/지지하므로써 핵누출을 방지하여 발전소 종사자를 포함하는 국민의 재산과 생명을 보호하는 역할을 하는 원자력발전소에서 가장 중요한 구조물이다. 원자로 격납건물은 압력용기(Pressure Vessel : 설계내압 5 psi 이상인 용기)로 설계되는 격납용기와 1, 2차 차폐구조 등의 내부구조물로 구성되는데 이 중 본 소고에서는 격납용기의 해석 및 설계 그리고 구조건전성 시험 및 사용중검사에 대해서만 간략하게 기술한다.
남극건물의 기능을 현저히 저하시키는 큰요인의 하나인 극설현상에 관한 연구는 건물로 인한 남극환경에 미치는 인간의 영향을 최소화시키기 위한 기본적인 연구라고할 수 있다. 남극에 건설될 새로운 건물을 대상으로한 극설현상의 현지조사나 실물실험은 여러모로 보아 비경제적이고 비현실적이기 때문에 풍동실험의 필요성이 절실해진다. 본 연구는 극설현상의 풍동실험을 위해 필요한 similitude parameters 의 중요성및 각각의 상관성을 분석하였으며 고상식 및 지상식의 직사각형의 단독형 및 group형 건물들 주위에 쌓인 극설의 형태와 극설량을 풍동실험을 통해 조사분석햐여 남극건물의 극설현상에 대한 설계지침(design guideline)을 제시하였다.
최근 실시간 상황 정보를 제공할 뿐만 아니라 상황 정보를 파악하여 필요한 행위를 제안하거나 수행하는 서비스가 필요하다. 특히 대중 시설에서 긴급한 상황이 발생할 경우 사람들에게 위험 상황을 알리거나 대처 행위를 위한 안내가 요구된다. 이에 본 논문에서는 고립된 다층 건물에서 화재 발생 시 최대한 빠른 탈출 경로를 제시하고 3차원 대피 유도 방안을 설계하고 구현한다. 이를 위하여 건물의 정보를 입력할 수 있는 건물 층 정보 입력 모듈, 건물 내부의 유도등, 비상구등을 표시하는 건물 노드입력 모듈, 이 노드 간 연결 정보를 생성하는 연결 정보 생성 모듈을 설계하고 구현한다. 제시한 3차원 대피 유도 방안으로 건물 어느 층에서나 현재 건물의 상태 정보를 알아내어 최종 탈출구로의 올바른 유도 경로를 표시 할 수 있다.
최근 증가하고 있는 초고층 주거용 구조물 중 많은 수가 건축적인 이유로 인해 건물골조시스템을 주요 지진저항시스템으로 채택하고 있다. 그러나 KBC 2005를 적용하여 건물골조시스템을 설계할 때 기준에서 언급되지 않거나 모호한 표현으로 인해 설계자는 많은 어려움을 겪을 수 있다. 특히 정적$\cdot$동적 해석시 RC부재의 균열단면을 고려한 유효강성의 적용 방법, 변형 적합성을 고려한 골조의 설계법 등에서 어려움을 겪을 수 있다. 이에 대하여 전단벽과 골조(플랫 플레이트)로 이루어진 전형적인 건물골조시스템의 건물에 대해 KBC 2005를 적용하고 기준의 불명확한 부분에 대해서 여러 방법을 적용하여 해석한 결과 기준의 모호한 언급이나 설계자의 임의의 판단으로 인해 층간변위비, 전단벽 및 연결보의 요구강도 등에서 매우 큰 차이가 발생하였으며, 동일한 건물을 이중골조시스템으로 설계한 경우에 비해 건물골조시스템으로 설계한 경우 변형 적합성의 요구로 인해 전단벽의 높은 요구강도 뿐만 아니라 골조에서도 높은 연성이 요구되었다.
최근 들어, 국내외에서는 화재안전 분야에서 성능기준이라는 개념이 중요한 토의 주제가 되고 있으며, 성능기준 화재안전 설계 기법을 적용한 건물들이 주요 선진국에서 들어서고 있다. 따라서, 기존 법률 기준으로 적용하기 어려운 새로운 건물이 들어서고 있으며, 이에 대한 화재안전의 중요성으로 말미암아 건축기술자, 화재안전 기술자와 건물에 대한 이해 관계자들 사이의 기술적, 법적인 이해 관계아래 건물의 미관을 살리며, 인명 및 재산의 보호를 동시에 만족시킬 수 있는 기술적 기준을 마련하고자 나타난 것이 성능기준화재안전에 기초한 설계기법이다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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