근래에 들어와서 3T (Twisted, Tapered, Tilted)로 대별되는 비정형 초고층 건축물이 다수 계획되고 있다. 이러한 비정형 초고층 건물을 위해서 구조적인 효율성 및 조형성 때문에 다이어그리드 구조시스템이 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 구조시스템 중의 하나이다. 건축적인 조형미 등의 이유로 경사진 비정형 초고층 건물에 대한 계획안이 다수 발표되고 있으며 다수의 구조물들이 다이어그리드 구조시스템을 활용하고 있다. 경사진 비정형 초고층 건물은 횡하중뿐만 아니라 자중에 의해서도 횡방향 변위가 발생한다. 따라서 정형적인 초고층 건물보다 횡방향 응답을 저감시카는 젓이 더 중요한 문제로 대두된다. 본 연구에서는 경사진 다이어그리드 비정형 초고층 건물의 지진응답을 저감시키기 위하여 스마트 TMD를 적용하였고 그 제어성능을 평가하였다. 스마트 TMD를 구성하기 위하여 MR 감쇠기를 사용하였으며 스마트 TMD는 그라운드훅 제어알고리즘을 사용하여 제어하였다. 100 층의 예제구조물에 대하여 제어를 하지 않은 경우와, 일반적인 TMD를 사용한 경우, 그리고 스마트 TMD를 사용하여 제어한 경우를 비교 검토하였다. 수지해석결과 스마트 TMD가 변위 응답 제어에는 우수한 성능을 나타냈지만 가속도응답제어에는 효과적이지 못했다.

본 연구는 인공지진파 및 기록 지진파를 이용하여, KBC2009 규준으로 설계된 강구조 건물의 거대 건물에 대한 내 력 여유도를 평가하는 것을 목표로 하고 있다. 이 논문에서는 검정에 있어서 콘크리트 슬래브로 층강성이 고정되어 있는 2-D 프레임을 고려하였고, 각각의 프레임을 구성하고 있는 보와 기둥 부재는 각 부재단에 소성힌지를 적용하 였다. 검정에 사용한 해석법은 응답 스펙트럼을 이용한 모드 해석과 기록 및 인공지진파를 이용한 시간이력해석을 선택하여 모델의 거동을 조사하였으며 해석에서는 P-delta 효과를 고려한다.

비정형 초고층건물을 위한 구조시스템 중에서 다이어그리드 구조시스템은 구조적인 효율성 및 조형성 때문에 널리 사용되고 있다. 근래에는 초고층건물을 위한 구조시스템으로 메가부재의 조합을 통하여 횡방향 강성을 효과적으로 발휘할 수 있는 메가프레임 시스템이 널리 사용되고 있다. 두 가지 구조시스템의 장점을 혼합한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템은 미래형 초고층건물에 적용될 유망한 구조시스템으로 평가받고 있다. 그러나 이러한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템을 적용한 건물의 거동을 예측하기 위해서는 매우 많은 수의 절점과 요소로 이루어진 유한요소 모델을 해석해야 하므로 상당한 양의 해석시간과 엔지니어의 노력이 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다이어그리드 메가프레임시스템을 적용한 초고층건물의 거동을 효율적으로 해석할 수 있는 기법을 제안하여 다이어그리드 메가프레임 초고층건물의 해석과 설계에 소요되는 시간과 노력을 줄이고자 한다. 이를 위하여 다이어그리드 메가프레임의 특정을 활용한 효율적인 모형화기법과 행렬응축기법을 사용하여 해석에 사용되는 자유도수를 최소화한 해석기법을 제안하였다. 예제구조물의 해석을 수행하여 본 연구에서 제안된 해석방법과 일반적인 해석방법에 의한 결과와 비교함으로써 제안된 방법의 효율성과 정확성을 검증하였다.

최근 테러의 발생빈도가 증가하는 가운데 테러는 불특정 다수의 사람이 모이는 건물에서 집중적으로 발생하고 있다. 이중 고층, 초고층 빌딩에서 발생하는 테러는 막대한 피해를 발생시킨다. 이에 따른 건물의 테러피해 경감을 위한 다양한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 비교적 수행절차가 간단하며 단기간에 실행이 가능한 Fema 455 - Rapid Visual Screening을 통해 현재 사용 중인 국내 고층 초고층 건물의 테러에 대한 위험도를 평가하여 국내 건물이 가지는 공통적인 테러 위험요소를 확인하였다. 평가결과 대상 건물은 모두 중위험도의 범위에 있다. 이는 국내 고층, 초고층 건물의 외부 환경적인 특징이 비슷한 데에 그 원인이 있었다.

본 연구에서는 풍동실험을 통해 인접건축물의 다양한 높이비, 위치와 풍향에 따른 고층건축물에 작용하는 피크풍압계수에 대하여 조사하였다. 그리고 피크풍압계수는 Cook and Mayne의 제안식을 이용하여 산출하였다. 실험결과는 우선적으로, 인접건축물의 유무에 따른 최대 및 최소풍압계수의 분포도를 통해 비교 분석하였다. 풍동실험결과 풍향 135도에서 인접건축물의 높이비가 Hr ≥1.5이고, (Sx, Sy)=(1.5B,0)에 위치할 때, 대상건축물의 정면에 작용하는 최소 풍압계가 단독건축물에 작용하는 최소풍압계수(-3.5)에 비해 전반적으로 크게 나타났으며, 최소풍압계수의 최소값은 정면의 최상부 코너 부근에서 -4.7(Hr=1.5), -5.7(Hr=2.0)으로 나타났다. 본 연구의 결과는 CFD 해석 결과의 정당성 입증과 두동 이상으로 이루어진 고층건축물의 초기설계단계에서 상호간섭효과로 인한 외장재용 풍하중을 대략적으로 평가하는데 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 풍진동제어를 위한 제어기 설계에 있어서 시스템식별에 기반한 모델의 차수 축소가 미치는 영향을 검토하였다. 실제 제어기 설계에 있어서 구조해석 모델이 이용될 수 없고 시스템식별이라는 중간과정을 거쳐서 얻어진 모델이 적용됨을 반영하여 원모델을 대상으로 풍하중에 대한 시간이력해석을 수행하고 이를 기초로 시스템식별을 수행하였다. 시스템식별을 통해 얻어진 상태방정식 모델에 모델축소 기법을 적용하였으며, 시스템식별에서 발생하는 측정잡음이 측정잡음이 모델의 정확도와 제어효과에 미치는 영향을 함께 검토하였다. 또한 모델축소 기법을 적용하여 얻어진 다양한 차수의 모델을 대상으로 제어기를 설계하고 성능을 비교함으로써 모델 차수가 제어효과에 미치는 영향을 검토하였다.

본 연구에서는 스카이브릿지 설치위치 및 연결된 구조물의 고유진동주기 차이에 따른 전체 구조물의 진동제어 효과를 분석하였다. 이를 위하여 스카이브릿지로 연결된 40층과 50층 구조물을 예제 구조물로 사용하였고, 등가모형화기법을 이용하여 예제 모델을 구성하였다. El Centro 및 Taft 지진을 사용하여 경계비선형 시간이력해석을 수행하였고 구조물의 동적거동과 진동제어 효과를 분석하였다. 해석결과 변위응답은 스카이브릿지를 상부층에 설치할수록 더 효과적으로 제어할 수 있었고 가속도응답은 구조물의 중간층부근에 설치할 때 더 효과적으로 저감시킬 수 있었다.

본 연구에서는 고층건물에 대한 유체유발진동해석을 수행하였다. 고층건물에 작용하는 풍하중에 의한 공탄성 응답을 구하기 위하여 전산유체역학 및 전산구조동역학 기법을 병합한 전산해석 시스템(FSIPRO3D)을 활용하였다. 국부 변형을 충분히 고려할 수 있는 전산유동해석 격자를 사용하였고, 고층 건물의 유체-구조 연계해석 문제를 해결하기 위하여 공탄성 지배방정식에 뉴막 직접적분법을 활용하였다. 또한 고층 건물의 물리적인 현상을 보이기 위하여 자세한 공탄성 응답 및 결과를 제시하였다.

강한 지진에 대한 필로티형 고층 철근콘크리트 건물의 거동을 묘사하기 위한 해석기법의 개발과 성능평가를 위해, 상부벽식 하부 골조형식인 필로티형 건물에 대한 1/12축소 진동대 실험결과와 OpenSees를 이용하여 실험모델에 대한 비선형 시간이력해석을 수행한 결과를 비교하였다. 하부골조 형식은 모두 골조로 이루어진 형태(BF)와 전단벽이 한쪽 외부골조에 치우쳐 비틀림이 발생하는 형태(ESW)의 실험체에 대해 해석연구를 수행하였다. 철근과 콘크리트의 응력-변형률관계를 정의한 후 이를 단면에 이식시킨 섬유모델을 통해 비선형거동을 나타내도록 하였으며, 벽체는 MVLEM모델을 이용하였다. 해석결과 본 논문에서 제시한 비선형 모델은 필로티층의 거동(예를 들면 필로티층의 항복강도와 강성 상부구조물의 흔들림, 거동, 그리고 축력의 변화에 따른 축강성과 전단강성의 변화)을 비교적 정확하게 묘사하였다. 그러나 MVLEM으로 벽체의 비선형거동을 구성한 결과 거시거동은 실제 모델을 잘 따랐으나, 비틀림이 주된 진동주기일 때 발생하는 벽체 횡강성의 급격한 증가와 Warping현상으로 인해 코너기둥에 발생하는 과도한 인장력은 제대로 반영하지 못하였다. 비선형 해석으로 설계부재력을 구할 경우 실제보다 약 20{\sim}30% 작게 나타났는데, 이는 실험과 해석방법의 차이때문에 발생한 것으로 보이며, 비선형 거동이 과도하게 발생한 수준의 지진에 대해서는 필로티형 건물의 거동특성을 충실히 나타내었다.

건물 주변의 빌딩바람을 예측하고자 강한 3차원 난류장에서 PIV시스템을 사용하여 건물을 모양별, 높이별로 분류하여 약 20가지의 풍동실험을 실시하였다. 형상별 실험에서는 정사각형, 직사각형, 원형 건물과 정사각형에서 4모서리를 따낸 모서리 절삭 사각형 건물을 풍향 0o와 45o로 하여 각각 풍속을 측정하였고, 높이별 실험에서는 정사각형, 직사각형, 원형 건물을 Full Scale 높이 150m, 90m, 60m, 30m로 달리하여 각각 풍향 0o, 45o로 측정하였다. 이 PIV 실험결과를 CFD시뮬레이션 결과와 비교하여 초고층 건물 주변의 강한 3차원 난류장 기류해석에 PIV시스템에 의 한 풍속 측정이 가능한지에 대해 그 유효성을 검토하였다.

본 연구에서는 최상층면진시스템을 적용한 고층건물의 진동제어 가능성을 검토하여 보았다. 이를 위하여 20층 및 50층 건물을 예제구조물로 선택하였고 El Centro 남북방향 성분을 지진하중으로 사용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 인공풍하중을 사용하여 풍하중에 대한 예제구조물의 사용성을 검토하였다. 면진되는 상부층의 수를 변화시켜가면서 구조물의 응답을 평가함으로써 최적의 면진질량에 대해서 검토하였다. 또한 상부층면진시스템의 고유진동주기 변화에 따른 진동제어성능의 변화를 고정기초구조물과 비교하여 검토하였다. 해석결과 최상층면진시스템은 동조질량감쇠기로서 활용될 수 있으며 풍하중 및 지진하중에 대한 고층건물의 동적응답을 효과적으로 저감시킬 수 있었다.

구조물에 고유한 진동수,모드형태 및 감쇠비 등과 같은 동적성능치를 추출하기 위하여 25층 및 42층 건물에 대하여 자연진동에 의한 동적계측실험을 수행하였다. 고려된 건물은 주요 횡하중 지지기구로서 코아벽체 혹은 전단벽체가 추가된 철근콘크리트건물이며, 입면 혹은 평면상으로 골조가 혼합된 구조형식을 나타낸다. 특히, 25층 건물은 측면에 위치한 코아벽체 이외에 상부로부터 내려오는 전단벽 구조가 4층 바닥이하에서 골조형식으로 전환되는 복잡한 구조이다. 이와 같은 이유 및 건물 주방향의 유사한 강성배치로 매우 근접하고 혼합된 모드형태가 예상되어 시스템판별 시 어려움이 예상된다. 현재까지 개발된 다양한 시스템판별법을 대상건물의 자연진동 실측기록에 적용하여 모달계수를 유도하였으며, 그 결과를 비교 분석하였다. 3개의 주파수영역 및 4개의 시간영역에 근거한 응답의존 시스템판별법이 고려되었다. 서로 다른 시스템판별법에 의하여 추출된 고유진동수 및 감쇠비는 대체로 상당한 일치를 보였으나, 모드형태는 사용된 방법에 따라 정도가 다르게 불일치를 나타냈다. 실험으로부터 추출한 성능치와 초기 유한요소해석 값을 비교해 본 결과 대상건물 모두 적어도 저차 3개의 고유진동수에서 2배 정도의 차이를 나타냈다. 실험과 해석결과의 일치를 위하여 몇몇 수동모델향상이 시도되었으며, 허용할 만한 결과를 획득하였다. 사용된 시스템판별법에 대하여 각자의 장, 단점에 대하여 기술하였으며, 본 연구와 같은 실제 대형구조물에 대하여 자동모델향상기법을 적용할 시 예상되는 문제점에 대하여 토의하였다.

본 연구에서는 sky-bridge로 연결된 고층건물의 진동제어성능을 검토하여 보았다. Sky-bridge를 이용한 진동제어의 원리는 서로 다른 동적특성을 가진 구조물이 sky-bridge를 통하여 제어력을 발휘함으로써 전체 시스템의 응답을 줄이는 것이다. 본 연구에서는 실제 건설 중인 sky-bridge로 연결된 고층건물(49층 및 42층)을 대상으로 구조물의 변위, 가속도 및 베어링반력, sky-bridge의 응력 등을 해석적인 방법으로 검토하였다. 이를 위하여 역사지진, 인공지진 및 풍동실험을 통해서 얻은 풍하중 시간이력을 사용하였다. 해석결과 sky-bridge를 사용하여 고층건물의 풍응답 및 지진응답을 효과적으로 줄일 수 있는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 3개 이상의 기둥그룹에 대해서도 일반적으로 적용 가능한 기둥축소량의 최적보정기법을 제안하고, 이를 실제 시공된 건물에 적용하여 그 적용성을 평가하였다. 제안된 최적보정기법은 성능 및 시공상의 제약조건을 만족하면서 보정개소를 최소한으로 할 수 있는 층그룹 및 이때의 보정량을 산정하며, 상대보정뿐만 아니라 절대보정을 고려한 혼합보정도 가능하다. 최적보정에는 시뮬레이티드 어닐링(simulated annealing)이 주요 알고리즘으로 사용되었다. 제안된 기법을 실제 축소량 보정이 수행된 61층 건물에 적용한 결과, 보정량을 쉽게 산출할 수 있고 또한 실무방식보다 보정개소를 줄일 수 있어 적용성이 뛰어남을 확인하였다.

건물에 설치된 모니터링 시스템으로부터 기록된 바람과 구조물의 반응으로부터 평균풍속, 풍향, 난류강도, 거스트팩터를 산정하였다. 계측된 건물은 각각 속초와 부산에 위치한다. 거스트 계수와 난류강도사이의 관계를 이용하여 계측된 데이터로부터 이들 간의 상관관계식을 제안하였다. 계측된 데이터로부터 얻은 거스트 계수 관계식은 풍동실험과 고층건물설계의 타당성에 유용한 자료로 이용될 수 있다.

본 연구에서는 국내 초고층 건물 사례들을 바탕으로 사례 데이터베이스를 구축하여 구조시스템 대안 생성 및 선정 업무를 효율적으로 처리 할 수 있는 설계지원시스템을 개발하였으며, 사례 데이터베이스의 정보를 이용한 사례기반추론기법을 제안하였다. 국내 47개 초고층 건물에 대한 사례 데이터베이스의 설계정보를 분석하여 초기설계 단계에서 구조시스템 선정을 위한 귀납적 조회 모듈 및 유사사례선정을 위한 최근린 조회기법도 제시하였다.

철골조 고층건물을 대상으로 풍응답계측을 실시하여, 감쇠율과 고유진동수의 진폭의존성을 검토하였다. 진폭의존성의 검토를 위하여 RD법을 사용하였다. RD법에 의한 진동특성을 하프파워법에 의한 진동특성과 비교하여 두 방법 사이의 상관관계를 분석하였다. 또한 일본, 캐나다기준에 의한 강풍시의 사용성평가를 통하여 두 가지 방법의 적용성을 검토하였다. RD법에 의하여 감쇠율의 진폭의존성을 확인하였으며, 고유진동수의 진폭의존성은 공학적인 의미에서 상대적으로 매우 작은 것을 확인하였다. 또한 계측건물은 사용성을 만족하였으며, 일본기준이 캐나다기준보다 더욱 엄격함을 확인하였다.

본 연구의 목적은 초고층건물의 횡강성 증가요인 효과를 분석하고 이를 바탕으로 초기 구조설계에서 활용할 수 있는 횡강성 증가율 예측값을 제시하는 것이다. 이를 위해서 먼저 Box형과 T형의 전형적인 평면을 갖는 60층의 초고층건물 기본모델을 생성하였다. 그리고 초고층건물의 횡강성 증가요인으로서 아웃리거의 추가, 재료강도의 증가, 코어 벽체 단면크기의 증가, 아웃리거 연결기둥 및 아웃리거 벽체의 단면크기 증가를 선정하였다. 다음에는 이 요인들을 기본모델에 적용하여 구조해석을 수행하고, 그 결과로부터 각 요인이 횡강성 증가에 미치는 영향과 상호관계 등을 분석하였다. 마지막으로, 이 분석결과를 바탕으로 초고층건물의 초기 구조설계를 위한 횡강성 증가요인별 강성증가율 예측값을 제안하였으며, 예제 초고층건물에 적용하여 그 타당성을 검토하였다.

본 연구의 목적은 초고층 주상복합건물의 품질관리를 통한 시공 분야의 효율성의 특성을 파악하는데 있다. 기존연구에서 시공관련 품질개선요소들이 정리되었으며 규격화된 설문서를 통하여 시공 분야에 있어서 개선요소를 대학원생을 포함한 건축 관련 대학교, 건설회사, 설계사무소등의 실무자들의 의견을 조합하였다. 설문조사 결과와 기존현장 기술자들의 품질관리 인식도를 비교하여 현장별 품질관리의 정량적, 정성적 성과척도를 파악하고 분석하였다.