저층 건축물의 횡-비틀림 거동은 고차모드 효과를 증폭시킬 수 있으며, 내진성능평가 시 관련 기준은 고차모드 지배 구조물에 대해 비선형정적해석과 함께 선형동적해석을 추가로 수행하도록 규정하고 있다. 선형동적절차에는 상당한 안전계수가 적용되므로, 이는 과도한 내진보강설계로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 엔지니어들은 내진보강 시 고차모드 효과를 줄이기 위해 시행착오법을 사용해 왔다. 그러나 시행착오법에는 많은 시간과 노력이 소요되며, 결정된 보강안이 최적인지 확인하기 어렵다. 본 연구는 저층 건 축물의 수학적 모델을 수립하고 응답스펙트럼해석을 통해 고차모드 효과에 비틀림이 독립적으로 미치는 영향을 파악하였다. 이를 바탕으로 효율적인 내진보강 설계를 위해 활용될 수 있는 도표와 절차를 제시하였다. 제시된 절차를 통해 최소한의 내진보강으로 횡- 비틀림 거동하는 저층 건축물의 고차모드 효과를 효율적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

선박, 잠수함이 추진하면 수중구조물 후류에 와류가 발생하고 이에 따른 와류기인 구조진동이 유발된다. 최근 선박, 잠수함의 고속화 및 대형화 추세에 따라 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동 및 피로파괴에 대한 중요성이 강조되고 있다. 고속 유속환경의 와 류는 저속 유속환경 대비 큰 진동을 유발하므로 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수중날개 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동을 예측하기 위한 하이브리드 유체구조연성 해석 방법론을 제시하였다. 고차모드를 고려한 하이브리드 유체구조연성 해석을 수행하 여 와류기인 진동을 도출하고 실험결과와 비교함으로써 방법론을 검증하였다. 최종적으로 와류기인 진동으로부터 도출된 최대 von Mises 응력을 노르웨이 선급에서 제시한 S-N 선도에 적용함으로써 고차모드 유체구조연성 해석의 효용성을 확인하였다. 고차모드를 고려하여 와류기인 진동응답을 도출할 경우 유체구조연성에 의한 락인(Lock-in) 특성을 확인하였으며 고려하지 않은 경우 대비 진동응답과 최대 von Mises 응력에서 10배 이상의 차이를 보였다. 향후에는 외팔보 경계조건 및 형상에 대한 확장연구가 필요하다.

Response spectra of a building are made with a SDOF system taking into account a first mode shape, even though higher modes may affect on the dynamic responses of a high-rise building. A soft soil layer under a building also affects on the responses of a building. In this study, seismic responses of a MDOF system were investigated to examine the effects of higher modes on the response of a tall building by comparing them with those of a SDOF system including the kinematic interaction effect. Study was performed using a pseudo 3D finite element program with seven bedrock earthquake records downloaded from the PEER database. Effects of higher modes on the seismic responses of a tall building were investigated for base shear force and base moment of a MDOF system including story shear forces and story moments. Study results show that higher modes of a MDOF system contribute to a reduction of base shear force up to 1/4-1/5 of KBC and base moment. The effect of higher modes is more significant on the base shear force than on the base moment. Maximum story shear force and moment occurred at the top part of a building rather than at a base in the cases of tall buildings differently from short buildings, and higher modes of a tall building affected on the base forces making them almost constant at the base. A soft soil layer also affects some on the base shear force of a high-rise building independently on the soft soil type, but a soft soil effect is prominent on the base moment.

일반적으로 구조물 의 내진설계에 있어서는 동가정적해석볍이 주고 사용되고 있다. 현재 사용되고 있는 풍 가정적해석법 은 구조물의 거통이 주로 기본진동 모드에 의해 지배된다는 가정하에 유도되었으므로 기본진동 주기가 낀 구조 불 에 대해서는 구조물의 동적 특 성 을 정확하게 예촉하기가 어렵다. 본 연구에서는 구조불의 설계시 직접적인 영향올 미치게 되 는 충 전 단력의 분포를 주요 관점으로하여 구조물 의 동적특성에 미치는 고차모 드 의 영향을 정확히 고려할 수 있는 충지진하중에 대하여 연구했다. 층 지 진 하중의 분포를 개선하기위해 현행 내진설계 기준의 등 가정적해석법에서 쓰이는층지진하중과모드 해석 을 이용하여 얻은 충지진하중의 차이를 파악하고 이로 부 터 고자모드의 영향이 고려된 충 지진하증 의 분포 룹 제안했다.

미래의 지진을 예측하는 것은 거의 불가능하지만 코드에서는 설계스펙트럼을 이용하여 미래 지진의 최소한의 일반적인 현상을 나타내고자 노력하고 있다. 기존의 고차모드의 영향을 반영하기 위한 방법은 조건이 맞는 지진을 선택하고 응답스펙트럼을 산정해야 하는 단점을 지니고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하고자 코드의 설계응답스펙트럼을 이용하여 바로 고차모드의 영향을 반영한 횡력 분배형태을 결정하는 방법을 제시하고 있다. 본 논문에서는 비정형적인 철골모멘트 골조를 이용하여 ATC-40, FEMA 273 그리고 본 논문에서 제안한 방법을 시간이력해석결과와 비교하여 우수성을 검증하였다. 하지만 제안한 방법은 시간이력해석결과에 비해 다소 보수적인 결과를 나타내었다.