A base isolation system is widely used to reduce seismic responses of low-rise buildings. This system cannot be effectively applied to high-rise buildings because the initial stiffness of the high-rise building with the base isolation system maintains almost the same as the building without the base isolation system to set the yield shear force of the base isolation system larger than the design wind load. To solve this problem, the mid-story isolation system was proposed and applied to many buildings. The mid-story isolation system has two major objectives; first to reduce peak story drift and second to reduce peak drift of the isolation story. Usually, these two objectives are in conflict. In this study, a hybrid mid-story isolation system for a tall building is proposed. A MR (magnetorheological) damper was used to develop the hybrid mid-story isolation system. An existing building with mid-story isolation system, that is “Shiodome Sumitomo Building” a high rise building having a large atrium in the lower levels, was used for control performance evaluation of the hybrid mid-story isolation system. Fuzzy logic controller and genetic algorithm were used to develop the control algorithm for the hybrid mid-story isolation system. It can be seen from analytical results that the hybrid mid-story isolation system can provide better control performance than the ordinary mid-story isolation system and the design process developed in this study is useful for preliminary design of the hybrid mid-story isolation system for a tall building.

Recently, measuring instruments for SHM of structures had being developed. In general, the wireless transmission of sensor signals, compared to its wired counterpart, is preferable due to its absence of triboelectric noise and elimination of the requirement for cumbersome cable. However, the research on the tall buildings with relatively small vibration levels is insufficient. Therefore, in this paper, we used the wireless MEMS sensor and iPad to compare and analyze the vibration measurements of three tall buildings and two towers.

Recently, measuring instruments for SHM of structures had being developed. In general, the wireless transmission of sensor signals, compared to its wired counterpart, is preferable due to its absence of triboelectric noise and elimination of the requirement for cumbersome cable. Preliminary studies on the continuous vibration measurement of high-rise buildings using MEMS sensors have been carried out. However, the research on the low-rise buildings with relatively small vibration levels is insufficient. Therefore, in this paper, we used the wireless MEMS sensor to compare and analyze the vibration measurements of three low-rise buildings.

본 연구에서는 초고층건축물의 풍진동 모니터링을 위한 시스템식별기법의 현장적용성을 평가하였다. 실제 아웃리거-벨트월 을 횡력저항 시스템으로 가지는 실제 63층 RC구조물을 대상으로 상시 및 강풍시 응답을 모니터링하였으며, 진동수영역분해(FDD), 랜덤감소(RDT)기법, 부분공간시스템식별(SSI)법을 사용하여 진동특성을 식별하였다. 건물의 평면이 정방형이고, 두 개의 횡방향 모드의 진동수는 매우 유사하였다. 모든 식별기법에서 태풍과 같이 강한 외력이 존재할 경우 뿐만 아니라 상시미진동 에서도 구조물의 모드 특성을 식별할 수 있었다. 현장에서의 적용성 평가결과, 계산속도는 FDD가 가장 빨랐으며, RDT가 가장 간단한 프로그래밍 절차를 가지고 있음을 확인하였다.

2011년 7월 서울시 구의동에 위치한 테크노마트 건물(39층)에서의 이상진동은 대한건축학회의 원인조사 결과, 휘트니스센터(12층)에서의 집단리듬운동에 의한 건물 전체의 연직진동모드의 공진현상으로 확인되었다. 본 연구에서는 연직진동의 특성과 이를 제어하기 위한 TMD의 설계 및 성능시험에 대하여 기술하고, TMD 설치에 따른 건물 유효감쇠비의 증가량과 진동저감 효과, 그리고 연직진동에 대한 거주성능의 개선정도를 정량적으로 평가하였다.

본 연구에서는 39층 테크노마트의 태풍시 진동응답을 계측하고 이로부터 건물의 동적특성을 평가하였다. 2011년 태풍 무이파가 우리나라를 통과할 때 건물의 38층의 가속도 응답을 계측하였으며, 계측신호를 이용하여 구조물의 고유진동수 및 감쇠비등을 독립성분분석법을 사용하여 구하였다. 독립성분분석법을 통해 매우 유사한 크기를 가지는 장변방향 및 단변방향 진동모드를 분리할 수 있었으며, 분리된 모드를 사용하여 각 모드에 해당하는 감쇠비를 추출할 수 있었다. 또한, 하중과 슬래브-보의 합성효과 등을 고려하여 구조해석모델을 개선하여, 개선된 모델이 실제 계측한 진동수 및 감쇠비와 유사한 값을 가지도록 하였다.

본 연구에서는 풍진동 제어 기술의 하나로 현재 대부분의 초고층 건축물에 적용되고 있는 아웃리거 시스템에 댐퍼를 설치한 아웃리거 댐퍼 시스템에 대하여 수치해석모델과 상용 구조해석프로그램을 사용한 모델을 사용하여 최적설계 및 변수연구를 수행하였다. 먼저 아웃리거 댐퍼의 거동 특성을 반영하도록 상태방정식을 사용한 단자유도 수치 모델을 설계하였고 상용 구조해석 프로그램을 사용해서 최적설계를 위한 다자유도모델을 설계하였다. 강성이 고려되지 않고 오직 댐퍼의 감쇠에 의한 최적 위치는 최상층인 것으로 나타났지만 중간 이상의 층에서는 댐퍼의 높이에 따른 성능 변화가 크지 않기 때문에 강성과 감쇠가 복합적으로 운동에 참여하는 실제 구조물의 경우 최적의 위치가 최상층이 아닌 다른 층에 존재한다. 아웃리거 댐퍼시스템은 기존 일반적인 아웃리거 시스템과 비교할 때 가속도 응답을 줄이는데 있어 매우 효과적인 것을 확인하였다.

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 연구에서는 풍하중을 받는 고층 구조물의 진동저감을 위하여 사용되어온 전단형 점탄성 감쇠기의 2D, 3D FEM 모델을 이용하여 정밀하게 해석하여 점탄성재료와 이들을 결합하는데 사용하는 재료의 특성이 에너지 소산에 미치는 영향을 평가하였다. 특히 점탄성재료와 강재의 접합방식 및 크기, 형상등이 에너지 소산능력에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 정밀해석과정을 통하여 점탄성 감쇠기의 이력거동을 고찰 분석하고 이를 댐퍼설계에 활용하기위한 설계식을 제안하는 기초자료로 사용할 수 있게 하였다.

풍하중을 받는 구조물은 해석의 편의상 층당 3개의 자유도를 가지는 해석모델을 사용한다. 구조물의 입면 형상이 비정형이 되고, 평면내 구조재의 배치가 층에 따라 변경이 되면 각층의 질량중심과 강성중심의 차이에 의해서 병진방향상호간 또는 병진방향과 비틀림 방향이 상호연관되어 이에 따른 각 방향의 고유모드가 연계된 진동특성을 가지게된다. 본 연구에서는 풍하중에 의한 구조물의 응답에 가장 큰 영향을 미치는 저차의 3개의 병진-비틀림 모드가 연계된 구조물의 진동을 저감하기위한 능동제어기법에 대하여 다룬다. 이를 위하여 풍동실험으로부터 구한 각 방향 밑면 전도모멘트와 비틀림모멘트가 연계모드에 작용하는 모달풍하중으로 치환된 운동방정식을 유도하고, 운동방정식에 기반한 상태방정식을 통하여 제어력을 산정한다. 제어력 포화를 고려하여 위상분할 제어알고리듬과 H∞ 제어알고리듬이 합성된 새로운 제어알고리듬을 제안하였으며, 풍동실험을 수행한바 있는 대상구조물에 대해 수치시뮬레이션을 수행한 결과 기존 제어알고리듬인 LQR에 비해 대등한 제어효과를 가지면서 제어력의 크기를 줄일 수 있는 것을 검증하였다.

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.

In this study, a shear wall-slab damper system for seismic retrofitting of existing low-rise school buildings was proposed. The proposed system is to control the earthquake-induced vibration of the existing building structures using the energy dissipation effect of hysteretic damper inserted between the extended shear wall and existing moment frame. The numerical analyses were performed to investigate the vibration control efficiency of the shear wall-slab damper system and to identify the range of optimal yielding strength of the slab damper. In addition, variation of shear force of the extended shear wall with regard to the yield strength of the dampers in a range from 10 to 100 percent of the maximum base shear force of the retrofitted structure was investigated. The numerical analyses results showed that the maximum displacement of the structures with the slab damper whose yield strength is equal to 20 percent of the maximum base shear. On top of that, the slab damper system reduced the shear force of the shear wall by about 50 percent in comparison with the existing frame-shear wall system with rigid diaphragm slabs.

구조물이 건전한 상태에서 진동계측을 통한 고유진동수와 감쇠율과 같은 동적특성의 분석에 대하여 국내 외적으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 실물 구조물에 대하여 파괴 직전까지의 큰 손상 후에 진동계측을 통한 동적특성에 대한 연구는 상대적으로 매우 미약한 실정이다. 따라서 본 연구는 3층 철근콘크리트조 건물에 엑츄에이터로 하중을 주어 건물에 손상을 준 후에 손상 전 후의 진동계측을 통하여 동적특성을 파악하였다. 손상 전 후에 대한 고유진동수 및 감쇠율을 산정하였으며, 이 결과를 국외의 기존 연구와 비교하였다. 상시진동계측 및 인력가진을 통한 계측방법을 실시하였으며, 계측 전에 고유치 해석을 선행하여 계측치와 비교분석을 하였다. 120mm의 수평변위를 준 결과 구조물의 파괴 직전 손상 전 후에 장변과 단변의 고유진동수는 각각 34.3%, 33.7% 감소하였고, 감쇠율은 각각 36.5%, 19.5% 감소하였다. 기존 국외의 연구결과와의 비교를 한 결과 고층형 건물보다 강성의 변화가 크게 감소됨을 확인할 수 있었으며, 저층형 구조물에 대한 안정성 검토가 시급함을 확인할 수 있다.

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.

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.

This paper investigate vibration suppression by the active variable stiffness system (AVS system). AVS system can change its stiffness by special elements called on-off elements. The control logic deciding on-off states of on-off element is based on the method of dividing phase plane. A phase plane is composed of displacement and velocity axis. This control logic is easily applicable to both single and multi degree of system, because it is local control logic that determines on-off states according to the relative displacement and velocity between the floors in which each on-off element is installed. By this control logic, on-off elements can absorb and dissipate the earthquake energy. On-off element is on state when the sign of displacement multiplied by velocity is positive, because on-off element absorb the system vibration energy. Conversely, on-off element is off state when the sign of displacement multiplied by velocity is negative, because on-off element dissipate the absorbed system vibration energy. The effectiveness of this control logic can be proved in the second way through the active control experiment using the active mass damper (AMD).

교통진동의 영향을 받는 중층건물의 진동특성에 관한 논문이다. 현장진동계측은 진동원과 진동감소대책을 위하여 실시되었다. 시간영역 진동데이터는 버스와 지하철로 인한 건물에 전달된 진동 영향 등의 진동특성을 위하여 이용되었다. 진동대책을 통한 진동감소의 효과 역시 입증할 수 있었다.

노스리지 지진에 의해 손상을 받은4층 철근콘크리트조 골조건물을 대상으로 선형가진기 및 대용량의 편심가진기를 이용한 강제진동실험과 상시미진동 측정을 실시하였다. 미진동 가속도데이터 및 선형가진기에 의한 백색잡음 실험시의 가속도데이터로부터 구조물식별을 수행하여 7차모드까지의 고유진동수 및 모드감쇠비를 얻었다. 두대의 대용량 편심가진기를 사용하여 얻은 큰 진폭의 조화 진동하에서는 가속도데이터를 사용하여 각 방향 1차모드를 식별하였으며 변위계와 변형게이지를 이용하여 층간변위각, 기둥과 슬래브와 같은 구조부재의 곡률분포를 측정하였다. 각 경우 고유진동수는 진동의 크기가 클수록 낮아졌다. 즉, 편심가진기가력시 고유진동수는 상시미진동시에 비해 70{\sim}75%, 선형가진시가력시에 비해 92{\sim}93% 정도로 낮게 나타났다. 이러한 진동수의 감소폭은 지진에 의해 큰 손상을 받았던 건물의 남북방향에서 크게 나타났다.

본 연구의 목적은 높은 진동수 성분의 진동원을 가지는 건축물의 바닥판을 효율적으로 해석하는 방법을 제시하는 것이다. 이를 위하여 고차진동하중을 받는 건축물의 바닥판에 적절한 요소분할 방법과 이에 따른 과도한 자유도를 줄이기 위한 자유도 선택방법에 대하여 연구하였다. 그리고 일반적으로 건축물의 바닥판의 경우에는 두께에 비하여 바닥판의 길이가 길기 때문에 전단변형이 고려되지 않은 판요소를 바닥판의 모형화에 많이 사용하는데 이에 대해서도 그 적절성을 검증하였다. 그리고 여러 개의 층으로 이루어진 건축물 바닥판을 기존의 방법을 이용하여 등가의 바닥판으로 치환하였으며 이 방법의 가능성과 한계를 검토하였고 마지막으로는 예제 구조물을 중심으로 제안한 모형화 방법의 효율성을 확인하였다.

이 논문에서는 서로 다른층 높이를 갖는 인접한 두 빌딩의 내진성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 선형 점성 감쇠기의 최적 설계방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여 층간 대각 브레이싱 형태의 에너지 소산장치 연결방법과 인접 구조물간 에너지 소산장치 연결방법을 고려하였으며, 두 가지 연결방법을 적용한 시스템에 대한 감쇠용량별 주파수응답함수 비교를 통하여 구조물간 연결방법의 효율성을 확인하였다. 아울러 구조물간 연결방법에서 주파수응답함수를 최소화하는 최적 감쇠용량이 존재하는 것을 보이고, 최적 설계된 시스템에 대하여 감쇠용량별 구조물의 고유주파수 및 등가감쇠비의 민감도를 분석하였다. 민감도 분석 결과로부터 고층부에 설치되는 에너지 소산장치가 구조물의 등가 감쇠비를 효율적으로 증가시키는 것을 확인하였다. 따라서 민감도에 비례하는 새로운 감쇠기 설계방법을 제시하고, 대각 브레이싱 연결방법과 구조물간 연결로서 균등분포 및 제시하는 민감도 기반 분포에 따른 연결방법을 적용한 시스템들의 내진성능을 비교 분석하였다. 지진응답의 비교결과, 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 내진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.