초고층 건물의 구조설계시 풍하중에 의한 횡방향 변위를 적절한 값 이내로 줄이는 것이 가장 중요한 문제 중에 하나이다. 이를 위해서 추가적인 감쇠기 및 진동제어장치를 사용하는 방법이 일반적으로 고려되고 있다. 이 때 일반적으로 구조물의 특성은 변화없이 추가되는 제어장치에 대해서만 최적설계를 수행하게 된다. 본 연구에서는 구조물과 스마트 제어장치의 다목적 통합 최적화를 통하여 추가되는 스마트 제어장치로 인하여 구조물의 물량을 줄일 수 있는 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 다이어그리드 구조시스템이 적용된 60층 초고층 건물을 예제 구조물로 선택하였고, 인공 풍하중에 대한 풍응답을 검토하였다. 스마트 제어장치로는 TMD에 MR 감쇠기를 설치한 스마트 TMD를 사용하였다. 구조물의 응답과 구조물량 및 제어장치의 용량을 동시에 줄이는 것이 필요하므로 본 연구에서는 다목적 유전자알고리즘을 적용하였다. 수치해석결과 제어성능목표를 만족시키면서 구조물의 물량과 제어장치의 용량을 적절하게 줄일 수 있는 다양한 설계 최적안을 얻을 수 있었다.

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.

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 초고층 건축물은 비정형적 외관을 갖는 랜드 마크적인 역할과 택지의 효율적인 사용을 위한 수직 도시 기능을 수행한다. 건축물의 외관은 비정형적인 요소로서 3T형태(Twisted, Tilted, Tapered)의 설계안들이 대부분 제안되고 있으며, 세장한 형태의 형상비를 만족하기 위한 새로운 구조시스템의 연구 개발이 활발히 진행 중이다. 다이아그리드 시스템의 하중 전달 메커니즘은 대각 가새(Diagrid)의 삼각형 형상에 기인하여 중력하중 뿐만 아니라 횡하중을 전달하기 때문에 대부분의 기둥이 제거되게 된다. 또한 대각 가새의 축방향 거동(인장/압축)에 의해 전단력을 전달하여 전단 변형이 최소화되기 때문에 기둥이 전단력을 전달하던 기존 방식에 비해 비정형적인 외관에 쉽게 대응할 수 있는 구조시스템이다. 본 연구에서는 싸이클론 타워의 건축 계획안을 바탕으로 접합부 디테일 선정 과정과 접합부의 구조안전성을 유한요소해석을 통해 검증하였다. 이를 통해 응력집중 완화 방안을 제시하여 적절한 캡 플레이트 두께와 캡플레이트 확장 길이를 제시하여 응력집중 현상을 완화하였다.

최근의 건물의 동향을 보면 아름다움을 강조하여 비틀리고, 경사지고, 테이퍼형태를 가지고 있다. 이러한 건물에 대응하는 구조시스템으로 대형 대각가새 구조시스템이 등장하였다. 이 구조시스템은 건축적인 요구사항을 만족하면서 구조물량 절감의 가능성이 있지만 다수의 부재가 만나는 접합부에 대한 구조성능 평가가 필요하다. 이에 본 연구에서는 H형 단면을 이용한 대형 대각가새 구조시스템의 접합부에 대한 단조가력 실험을 수행하였으며 하중 및 변형능력을 평가하였다. 주요 변수로는 부위별로 용접방법 및 웨브의 이음길이를 적용하였다. 실험결과 완전용입용접에 대하여 국부적으로 부분용입용접을 사용한 경우와 비교해 보면 구조성능에는 차이가 없었고, 웨브의 중첩길이는 웨브사이 이격거리에 100%에 해당하는 길이가 필요함을 알 수 있었다.

In here, a Modified Diagrid Structural System (MDSS) has been proposed to compare with diagrid structural system, Regular Frame with Optimized Single Tuned Mass Damper (RFwOSTMD) system and Regular Frame without Optimized Single Tuned Mass Damper (RFwoOSTMD) system. To this aim, a rectangular reinforced cement concrete (R.C.C) building and a diagrid R.C.C multi-storey building were considered, and analyzed without controlling device, with optimized TMD, Diagrid Structural System (DSS), and MDSS. All of the models are investigated by using SAP2000. All of the buildings are analyzed and evaluated under El-centro earthquake. The response of proposed MDSS under earthquake is compared with the RFwoOSTMD, RFwOSTMD and DSS. The results show that the proposed MDSS is preferable than the DSS, as well as RFwOSTMD.

지진하중⋅풍하중 등에 의한 횡적 거동 분석시, 민감도 해석은 구조 모델의 입력변수의 변화에 따른 횡적 거동의 특성을 분석하고 그에 따른 상대적 주요 변수를 찾는 것을 목적으로 한다. 따라서 민감도 해석은 건축물의 구조 진단과 보수 보강 분야에서 특히 중요하다. 본 논문에서는 동일한 높이에서 다이아그리드 가새부재의 설치 각도를 변화 시키면서 TDA이론을 적용한 선형정적 해석법으로 민감도 해석을 수행하였다. 지진하중의 영향이 큰 중층 건축물에서는 모듈의 설치 각도가 58°일 때 가새부재가 가장 주요한 변수로 판별되었고, 풍하중의 영향이 큰 고층 건축물에서는 모듈의 설치 각도가 67.4°일 경우 가새부재가 가장 주요한 변수로 판별되어 시스템 적용의 효율성을 입증하 였다. 또한 구간별 민감도는 12층에서 36층 모델의 경우 중상층부에서 가장 크게 나타났으며, 고층 건축물의 경우 하부에서 가장 큰 민감 도값이 산출되었다.

The goal of this study is to investigate structural behaviors of steel diagrid depending on geometric parameters such as size, thickness, steel type, and location of components. Numerical applications verify structural behaviors of steel diagrid is very sensitive in terms of the geometric parameters and then diagrid is an appropriately governing system for free-formed structures.