완공된 건물과 달리 시공 중인 건물은 설계단계와 다른 하중 작용 및 콘크리트 강도 미발현 등 다양한 요인에 의해 설계단계에서 검 토한 하중을 초과하는 하중이 작용하여 건물의 안전성에 문제가 생길 위험이 있다. 또한 시공 중인 건물에 지진이 발생할 경우 더 큰 피해가 발생할 가능성이 있다. 따라서 이 연구는 전형적인 다양한 규모의 5층, 15층, 25층, 60층 예제모델을 작성하고 골조완성도에 따 른 시공단계 모델을 통해 시공 중인 건물의 지진하중의 영향을 분석하였다. 시공 중인 건물의 시공기간은 완공단계 이후의 사용기간 에 비해 매우 짧으므로 설계단계와 동등한 수준의 지진을 적용하는 것은 과도한 하중이 적용될 수 있으므로 시공단계 모델에 재현주 기 50~2,400년의 지진을 적용하여 지진하중을 검토하고 부재단면성능을 분석하였다. 그 결과 설계단계를 초과하는 하중의 여부 및 구조적 안전성 확보가 가능한 수준의 지진재현주기를 검토할 수 있었다. 또한 각 예제모델의 시공기간을 가정하여 시공기간에 따른 지진재현주기를 선정하고 선정한 재현주기의 설계 적절성을 확인하였다.

시공 중인 건물은 시공이 완료된 건물과는 다르게 콘크리트의 강도발현이 충분히 이루어지지 않았기 때문에 지진과 같은 자연재해 에 더 취약한 모습을 가질 수 있다. 현재 국내 기준은 건축물의 내진등급별 최소성능 목표를 제시하고 있지만, 설계를 위한 지진하중은 재현주기 2,400년의 지진위험도를 기반으로 한다. 하지만 건물의 시공기간은 건물의 사용기간보다 훨씬 짧기 때문에 재현주기 2,400 년의 지진을 시공 중인 건물에 적용하는 것은 과도하다. 따라서 이 연구는 주거용으로 사용되는 철근콘크리트 건물의 시공 중 지진하 중을 분석하기 위해 5층, 15층, 25층, 60층 건물의 시공단계모델을 작성하고 재현주기에 따라 저감한 지진하중을 적용하여 구조적 안 정성을 확인하였다. 그 결과, 시공기간에 따라 선정한 재현주기의 지진을 적용할 때 구조적 안정성을 확인하였으며, 건물의 규모의 따 라 구조적 안전성을 확보할 수 있는 지진재현주기를 확인하였다.

초고층 건물에서 수평변위 제어와 수직부재에서 발생하는 부등축소에 대한 검토가 필수적이다. 이러한 부등축소는 비구조요소의 사용성과 구조요소의 안전성에 대해 문제를 야기할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 120층 규모의 철근콘크리트 주거용 초고층 건물에 대해 시공단계해석을 수행하여 각 수직부재의 부등축소량을 비교하고 콘크리트의 장기거동의 영향을 분석하였다. 이를 위해 영향요 인에 따라 축소량을 탄성축소량, 크리프축소량, 건조수축축소량으로 구분하여 검토하였으며 최대 절대축소량에 대한 지배적 요인을 분석하였다. 또한, 입주완료 후 30년에서 발생한 부등축소량에 대해 사용성 검토를 진행하였으며, 구조요소에 대해 설계단계와 시공 단계의 부재력을 비교하여 분석하였다.

초고층 건물에서 수평변위 제어와 수직부재에서 발생하는 부등축소에 대한 검토가 필수적이다. 수평변위 제어를 위해 근래에 아웃 리거 구조시스템과 메가 구조시스템을 횡력저항시스템으로 사용한 초고층 건물이 증가하고 있다. 또한, 부등축소로 인한 구조적 문 제를 해결하기 위해 부등축소량 예측과 예측결과를 통한 시공단계에서의 보정방법이 연구되어 왔으나 부등축소에 대한 횡력저항시 스템의 영향 비교는 드문 편이다. 따라서, 본 논문에서는 수평변위 제어를 위해 아웃리거 구조시스템과 메가 구조시스템을 사용한 60 층 규모의 철근콘크리트 주거용 초고층 건물에 대해 시공단계해석을 통한 부등축소를 비교하고 그 영향을 분석하고자 한다. 또한, 부 등축소는 비구조요소의 파손 및 구조요소에 부가하중을 유발하기도 하며 부등축소가 야기한 문제는 초고층 건물에서 중요한 부재를 손상시킬 수 있으므로 각 횡력저항시스템별로 수직부재의 부등축소에 대한 영향을 분석하였다.

본 논문에서는 해석결과를 보정하여 고층 건축물의 기둥축소 예측값과 실제값 간의 오차를 최소화하기 위한 해석보정법이 제안되었다. 이를 위하여 41층 규모의 철근 콘크리트 건물에 대한 시공단계해석이 수행되었으며, 해석결과는 기둥과 코어로 나뉘어 네 가지의 가정된 계측결과들과 비교되었다. 해석보정은 기둥에서는 오차 한계를 넘어서는 시공단계에서 코어에서는 모든 시공단계에 적용되었으며, 해석이 보정된 이후에도 지속적으로 오차가 발생하므로 해석보정이 자주 수행될수록 오차는 감소하였다. 이러한 과정을 통하여 제안된 해석보정 방법을 적용함으로써 장기적인 축소값이 실제값과 유사하게 예측될 수 있음을 확인하였다.

RC 플랫 플레이트 시스템은 공기단축, 시공성 향상, 층고 절감 등의 장점이 있으나, 장스팬 적용 시 슬래브의 작은 휨강성 으로 인해 균열 손상 및 과다 처짐이 발생하는 경향이 있다. 특히, 시공 중 슬래브 자중에 의한 과하중의 작용이 슬래브의 장단기 처짐을 증가시킬 수 있다. 이러한 문제점은 자중 저감이라는 장점을 갖고 있는 중공 슬래의 사용을 통해 해결할 수 있다. 이 연구에서는 슬래브 처짐에 대한 중공 슬래브의 자중저감 효과를 분석하기 위하여 변수연구를 수행한다. 콘크리트 강도, 슬래브 시공주기, 동바리 지지층수, 압축철근비, 인장철근비 등의 변수조건들을 포함하여, 시공단계, 콘크리트 균열, 장 기 효과를 고려한 시공하중 및 처짐을 산정한다. 일반 슬래브와 중공 슬래브에 대한 시공 중 단기처짐과 완공 후 장기처짐을 비교하고, 슬래브 처짐에 대한 중공 슬래브의 효과를 분석한다.

일반적으로 건축물의 구조해석과 설계에 있어 작업효율을 확보하기 위하여 상부구조물과 하부구조물을 별도로 모델링하여 해석 및 설계를 진행하는 분리해석 방법을 사용한다. 하지만, 상기 분리해석을 사용할 경우, 상부구조물의 고정지점과 변형된 기초구조물과는 실제 연결된 지점에서 변위차가 발생하여 구조해석의 기본요건인 변형적합성 조건을 만족하지 못하게 되고 상부구조-하부구조의 상호작용을 고려하지 못하기 때문에 실제와는 다른 구조해석 및 설계결과를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 초고층 철골구조물을 대상으로 구조물의 부등침하 등에 큰 영향을 미치는 상재(常載)하중에 대한 분리해석과 일체해석의 해석결과 차이를 비교 분석하였다. 분석결과에 따르면 분리해석방법을 사용할 경우, 상부구조물의 구조해석에 있어 기초의 변형을 고려하지 못하기 때문에 부재력을 과소평가할 수 있고 이로인해 비안전측 설계결과를 가지고 올 수 있다. 하부 기초구조물을 분리해석으로 해석하였을 경우, 상부구조물의 강성을 고려하지 못하기 때문에 기초의 부등침하 과대평가, 부재력의 과대/과소 평가를 초래할 수 있어 비경제적이고 불안전한 설계결과를 가져올 수 있다. 특히, 기초의 변형이 상부구조물에 큰 영향을 미칠 수 있는 건축구조물, 지반의 강성이 작아서 기초에 큰 변형이 예상되는 건축물, 지반조건이 불균질하여 부등침하가 예상되는 건축구조물 등에는 분리해석을 지양해야 할 것이다.

근래 국내 초고층 주상복합 건물에는 철근콘크리트구조가 보편적으로 적용되는데, 이러한 철근콘크리트 초고층 주상복합 건물은 시공 시점에 따라 구조적인 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 시공 중인 철근콘크리트 초고층 주상복합 건물에 대하여, 시공 시점별 구조 안전성 및 횡력저항성능을 검토하고자 한다. 이를 위해, 예제 모델로 탑상형의 초고층 주상복합 60층 건물을 선정했고, 기존의 범용구조해석 프로그램을 사용하여 구조해석을 수행하였다. 각 시공 시점별 10층, 20층, 30층, 40층, 50층, 60층 완료모델과 60층 완공단계 모델의 구조성능을 비교하였다. 구조성능 비교를 위해 이 모델들의 고유치해석을 수행하였으며, 횡력저항성능과 부재별 단면성능을 검토하였다. 횡력저항성능 검토를 위해 횡변위비와 층간변위비를 검토했고, 부재별 단면성능 검토는 완공단계에 대한 설계강도비와 시공단계의 설계강도비를 비교하여 부재안전성을 검토하였다. 이 연구를 통해, 시공 중인 철근콘크리트 초고층 건물의 구조 안전성을 검토하고 시공단계에 적합한 구조해석 및 설계하중의 가이드라인을 제시하고자 한다.

비정형 초고층 건물의 계획 및 시공이 늘어남에 따라 이 연구에서는 프로토타입 모델에 대한 시공단계해석의 적용을 통하여 비정형 초고층 건물의 시공 중 구조적 거동을 분석하고자 하였다. 비틀림 초고층 건물을 대상으로 횡력저항시스템, 비틀림각도, 공법 조건에 따른 총 18개의 모델을 선정하였다. 횡력저항시스템으로는 다이아그리드 시스템과 가새튜브 시스템을 적용하였으며, 각 횡력저항시스템별로 0〫, 1〫, 2〫 비틀림각도를 갖는 세 가지 평면 형태와 외곽 튜브와 내부 골조의 시공순서에 따른 세 가지 공법을 가정하였다. 시공 중인 초고층 건물의 구조적 성능은 시공단계해석의 횡변위 결과를 통하여 분석되었으며, 골조 공기와 최대 양중량과 같은 시공성능이 함께 비교되었다.

안전한 내진설계를 위해서는 부재에 요구되는 소성변형을 평가하여야 한다. 본 연구에서는 복잡한 비선형해석없이 탄성 해석결과에 근거하여 이중골조의 부재소성변형을 평가할 수 있는 빠르고 간편한 방법을 개발하였다. 보, 기둥, 벽체 등의 소성변형은 부재강성, 층간변위비, 모멘트 재분배, 단면치수 및 소성힌지 위치의 함수로 결정된다. 벽체와 보가 모멘트 접합된 경우에는 벽체의 소성변형에 의한 로킹효과를 고려하여 증가된 소성변형을 구한다. 8층 이중골조에 대하여 제안된 방법을 적용하였고, 비선형해석을 통하여 제안된 방법의 정확성을 검증하였다. 제안된 방법은 단순계산으로 부재소성변형을 합리적으로 예측하지만, 정확한 부재소성변형 평가를 위해서는 비탄성 층간변위비의 정확한 예측이 필요한 것으로 나타났다. 제안된 방법은 향후 성능중심 내진설계에 활용할 수 있을 뿐만 아니라 기존 건물의 성능평가에도 활용될 수 있을 것이다.

안전하고 경제적인 내진설계를 위해서는 설계 초기단계부터 모멘트재분배와 부재소성변형을 고려하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 할선강성해석을 사용하여 각 부재의 재분배된 모멘트와 소성변형을 직접적으로 고려할 수 있는 내진설계방법을 개발하였다. 모멘트재분배에 의하여 발생된 비대칭 부재강성을 나타내기 위하여, 비강접 단부접합부를 갖는 보-기둥요소(NREC요소)를 사용하여 구조물을 모델링하였다. NREC요소에 사용되는 할선강성은 건물 및 부재의 요구연성도에 기반하여 결정하였다. 할선강성 구조모델에 대한 선형해석을 수행하여 내진설계를 위한 부재력과 소성변형을 구하였다. 본 연구에서는 할선강성해석을 모멘트골조와 이중골조의 내진설계에 적용하였고, 설계결과를 정밀한 비선형해석 결과와 비교하였다.

코어 위치변화에 따른 횡력저항성능 분석을 위하여, 대칭 평면형 20층 건물을 대상으로 3차원 구조해석을 수행하였다. 중심 코어, 1축 편심 코어, 2축 편심 코어로 구분하여 4가지 해석모델을 구성하고, 고유치해석, 풍하중 해석, 지진하중 해석을 수행하였다. 중심 코어 건물 에서는 비틀림이 발생하지 않았으나, 편심 코어의 배치에 따라 휨과 비틀림이 복합적으로 발생하였으며 횡력저항성능이 저하되었다. 코어의 편심 배치에 따른 풍하중 크기의 변화는 작으나, 최대 횡변위는 코어의 편심 배치에 의하여 크게 증가하는 것으로 확인되었다. 또한, 편심 코어의 경우 횡방향 강성의 저하로 인하여 중심 코어에 비해 지진하중이 다소 감소하였으나, 비틀림의 영향으로 최대 층간변위비는 크게 증가하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 코어의 위치에 따른 구조거동을 확인하고, 계획 및 설계 단계에서 코어 배치의 가이드라인으로 활용할 수 있다.

25층 규모의 중층 철근콘크리트 주거형 건물을 예제모델로 선정해 구조성능 분석을 진행하였다. 예제모델은 5층, 10층 15 층 20층 25층의 시공단계 모델과 설계가 완료된 완공단계 모델로 구분해 구조해석을 수행하였다. 완공단계와 시공단계 모델들에 대하여, 고유치해석, 횡력저항성능, 완공단계와 시공단계의 설계강도비 비교를 통한 단면성능 검토를 수행하였다. 검토 결과, 시공단계와 완공단계 모두 횡변위와 층간변위비에서 건축구조기준 제한을 초과하지 않는 것을 확인하였고, 단면성능 검토에서는 벽체 일부 데이터를 제외한 모든 부재에서 구조적 안전성을 확인하였다. 따라서 중층 철근콘크리트 주거형 건물의 완공단계에서 구조적 안정성이 확보되면 시공단계에서도 구조적 안전성 확보가 이루어진다는 결론을 도출할 수 있었다.

중층 철근콘크리트 주거형 건물은 국내에서 많은 비중을 차하며, 이러한 건물의 시공단계에서 발생 될 수 있는 문제에 대한 구조성능 분석이 필요하다. 이를 위하여, 25층 규모의 중층 철근콘크리트 주거형 건물을 예제모델로 선정해 구조성능 분석을 진행하였다. 예제모델을 5층, 10층, 15층, 20층, 25층의 시공단계 모델과 설계가 완료된 완공단계 모델로 구분해 구조해석을 수행하였다. 완공단계와 시공단계 모델들에 대하여, 고유치해석, 횡력저항성능, 완공단계에서의 설계강도비와 시공단계에서의 설계강도비를 비교를 통한 단면성능 검토를 수행하였다. 검토 결과, 시공단계와 완공단계 모두 횡변위와 층간변위비에서 건축구조기준 제한을 초과하지 않았는 것을 확인하였고, 단면성능 검토에서는 벽체의 일부 데이터를 제외한 모든 부재에서 구조적 안전성을 확인하였다. 따라서, 중층 철근콘크리트 주거형 건물의 완공단계에서 구조적 안정성이 확보되면 시공단계에서도 구조적 안정성 학보가 이루어진다는 결론을 도출할 수 있었다.

RC 무량판 구조는 강도 뿐만 아니라 사용성 조건에 지배받을 수 있으며, 시공 과정 및 이에 따른 동바리로 연결된 슬래브들 간의 중 력하중의 분포가 무량판의 장단기 거동에 영향을 주는 중요한 요소로 작용할 수 있다. 조기재령 슬래브에 과하중이 작용하여 균열이 발생하는 경우 시공 과정에서 무량판 구조의 처짐이 크게 증가할 수 있으므로, 동바리 재설치를 통해 다층지지 슬래브에서 하중의 수직 분포를 조절하는 것은 처짐을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 이 연구에서는 무령판 구조의 장단기 처짐에 대한 동바리 재설치 작업의 영향을 분석한다. 다양 한 동바리 재설치 조건과 슬래브 설계 및 시공 조건에 따른 슬래브 시공하중이 간편법에 의하여 정의되고, 시공 과정과 콘크리트의 균열 및 장 기 효과를 고려한 슬래브 처짐 실용해석법을 통해 장단기 처짐이 산정된다. 변수연구를 통하여 동바리 재설치 작업의 슬래브 처짐 저감효과를 검증하며, 슬래브 처짐을 위한 동바리 시공과 슬래브 설계 및 시공에 대한 최적 조건을 분석한다.

In this study, reinforced concrete flat plates with steps were analyzed to suggest stiffness modification factors for the effective beam width of flat plates with steps. The analysis revealed that the stiffness modification is related to the length, thickness, height and location of the step.

보에 의해 지지되지 않는 RC 플랫 플레이트는 강도 조건이 아닌 사용성의 지배를 받을 수 있다. 특히, 양생 초기의 슬래브에 발생하는 과하중과 인장 균열은 시공 중 플랫 플레이트에 심각한 처짐을 발생시키며, 시공 순서와 슬래브 처짐의 영향은 플랫 플레이트에서 중요한 요소이다. 이 연구에서는 시공단계, 콘크리트의 균열 및 장기처짐 효과를 고려하여 슬래브의 처짐을 산정한다. 제안된 방법을 사용하여 플랫 플레이트의 처짐에 대한 변수연구가 실시되었다. 슬래브의 시공주기, 동바리 지지층수, 인장 및 압축철근, 콘크리트 강도, 시공 활하중, 슬래브 두께를 변수로 하여, 시공 중 즉시처짐과 시공 완료 후 장기처짐에 대하여 조사하였다. 산정 결과는 건축구조설계기준에서 제시된 사용성 제한값과 비교하였다.