이 연구에서는 철근콘크리트 고층건물의 사례연구를 통해 성능기반 내풍설계를 수행하였고 그 적용성을 평가하였다. 초기 설계 시 비탄성 거동 도입을 위해 공진성분을 절반으로 줄여 설계하고, 이에 대한 비탄성 성능을 검증하였다. 비탄성 해석을 위한 해석 모델링 방법을 제시하고, 잦은 설계 변경에서도 적용할 수 있도록 시간이력 풍하중은 설계기준에서 제시하는 파워스펙트럼밀도 함수로부터 재생하였다. 이 때 비선형 해석을 위한 시간이력 하중 재생 시 고려해야 할 사항들을 함께 제시하였다. 해석 결과 공진성분을 줄여 설계했음에도 비탄성 거동은 수평부재에서만 발생하였고, 소성회전각은 즉시거주 성능 수준을 충족하였다.

최근 고층건물 설계 시 내진설계와 내풍설계의 부조화 문제를 해결하기 위해 성능기반 내풍설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구에서는 개정 예정인 국내 설계기준(KDS 41)을 기반으로 성능기반 내풍설계를 위한 풍하중 재해도와 비탄성 거동을 허용하는 성능목표를 제시하였다. 비탄성 내풍설계를 위한 반응수정계수 R WR 산정 시 여러 제한 사항들을 고려하여 그 범위를 제안하였으며, 비선형 풍하중 시간이력해석 시 고려해야 할 사항들을 고찰하였다.

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.

스카이브릿지로 연결된 쌍둥이 초고층건물은 두 가지 종류의 연동성-스카이브릿지로 인해 두 건물의 거동 동기화를 유발하는 구조적 연동성과 작용하는 풍하중의 높은 상관성으로 인한 공기역학적 연동성-이 나타난다. 단일 건물에 널리 적용되는 전통적인 풍력실험 방법으로는 이런 연동성과 영향들을 완벽히 파악할 수 없는 실정이다. 그런 이유로 보다 발전된 동적 풍응답 해석법이 요구된다. 이 논문은 스카이브릿지로 연결된 쌍둥이 건물에서 발생하는 구조적 및 공기역학적인 연동성을 다룰 수 있는 듀얼 풍력실험 방법을 자세히 다루었다. 제안된 방법을 적용하여 건물의 풍가속도에 대한 구조적 및 공기역학적 연동성의 영향을 평가하였다. 건물의 풍응답 산정에 스펙트럼 적분법과 백색 소음 근사법을 적용하였다. 실험 및 결과로 볼 때 동적 풍응답에 상당한 영향이 있음을 확인할 수 있었다. 여러 개의 풍력 측정센서를 활용한 풍력실험 기술은 구조적으로 연결된 초고층건물에 대한 풍동실험에 유용하게 사용될 것으로 판단된다.

풍하중에 취약하며, 모니터링에 다양한 모드가 고려되어야하는 초고층 빌딩에서 최적 센서의 위치 및 최적 개수를 결정하는 문제는 매우 중요하다. 본 논문에서는 고층빌딩의 모니터링을 위한 센서의 최적 개수 및 최적 위치의 결정 방법에 대해 제안한다. Kammer에 의해 제안된 유효영향법(Effective Influence Method)을 이용하여 특정 수의 센서가 설치될 최적의 위치를 결정하며, 추정 모드형상의 정확도에 관한 모니터링 목표 수준을 달성할 수 있는 최소의 센서수를 결정한다. 제안된 알고리즘의 사례연구로 25층의 건 물모형인 켄틸레버 구조물을 선정하여 수치해석을 수행하였다. 해석 결과 센서의 최적 위치 및 최적 개수, 계측 가능한 모드는 합리적으로 결정되는 것을 확인하였다.

Modular buildings are constructed by assembling modular units which are prefabricated in a factory and delivered to the site. However, due to a problem of noise between floors, concrete slab is usually poured at the top or bottom level of a modular unit in Korea. This greatly increases the weight of buildings, but designing vertical members of modular units to resist overall gravity loads is very inefficient. In this study, considering domestic building construction practices, feasible structural systems for tall modular buildings are proposed in which separate steel frames and reinforced concrete core walls are designed to resist gravity and lateral loads. To verify performance, a three-dimensional structural analysis has been performed with two types of prototype buildings, i.e., a residential building and a hotel. From the results, wind-induced lateral displacements and seismic story drifts are examined and compared with their limit values. Between the two kinds of buildings, the efficiency of the proposed system is also evaluated through a comparison of the weight of structural components. Finally, the effect of a floor diaphragm on the overall behavior is analyzed and discussed.

Recently, the concept of damped outrigger system has been proposed for tall buildings. But, structural characteristics and design method of this system were not sufficiently investigated to date. In this study, the dynamic response control performance of outrigger damper has been analyzed. To this end, a simplified analysis model with outrigger damper system has been developed. Use the El Centro seismic(1940, NS) analysis was performed. Analysis results, on the top floor displacement response to the earthquake response, did not have a big effect. However, acceleration response control effect was found to be excellent. The increase of outrigger damper capacity usually results in the improved control performance. However, it is necessary to select that proper stiffness and damping values of the outrigger damper system because, the outrigger damper having large capacity is result in heavy financial burden.

Recently, the concept of damped outrigger system has been proposed for tall buildings. But, structural characteristics and design method of this system were not sufficiently investigated to date. In this study, the dynamic response control performance of outrigger damper has been analyzed. To this end, a simplified analysis model with outrigger damper system has been developed. An artificial wind of 1000 seconds with 0.1 second time steps was generated by using a Kaimal spectrum. Analysis results show that outrigger damper system is more effective up to 20-23% in the control of dynamic response compared to conventional outrigger system. The increase of outrigger damper capacity usually results in the improved control performance. However, it is necessary to select that proper stiffness and damping values of the outrigger damper system because, the outrigger damper having large capacity is result in heavy financial burden.

본 연구는 고층건축물의 기본설계 단계에서 평면형태를 결정할 때, 응용할 수 있도록 다양한 형상을 가진 고층건축물에 작용하는 풍력 및 풍응답에 대한 데이터베이스를 구축하는데 목적이 있다. 따라서 본 논문에서는 풍력데이터베이스의 초기 단계로, 높이 200m이상의 고층건축물의 변장비(D/B=0.33, 0.50, 0.77, 0.83, 0.91, 1.0, 1.1, 1.2 ,1.3 ,2.0, 3.0) 변화에 따른 풍력의 특성을 조사하고 기존 문헌과의 비교·검토를 통해 실험결과를 검증하였다. 또한 풍하중조합의 관점에서 풍방향-풍직각방향, 풍방향-비틀림방향 및 풍직각방향-비틀림방향 간의 풍력의 상호상관에 대해서 검토하였다. 실험결과, 풍방향 및 풍직각방향에 대한 평균 및 변동 모멘트계수와 풍직각방향 및 비틀림방향 변동모멘트계수의 파워스펙트럼밀도의 결과는 기존 연구결과와 잘 부합되는 것으로 나타났다. 또한, 지표면조도의 변화에 따른 풍방향, 풍직각방향 및 비틀림방향에 대한 풍력의 특성은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 시간영역과 주파수영역에서의 변동모멘트의 상호상관계수 분석결과, 풍직각방향-비틀림방향 변동모멘트계수의 상호상관계수가 높게 나타나는 경향을 보였다.

본 연구는 초고층 건축물의 기본계획을 바탕으로 철근콘크리트 코어 벽체의 두께를 최적화하여 실시설계에 적용하는 과정에서, StrAuto를 통한 수많은 케이스의 반복해석을 통하여 최적 케이스를 찾아내어, 설계 방향과 한계에 대한 가이드라인을 설정하기 위한 프로세스를 구축하기 위한 실용화 연구이다. 코어 벽체의 두께와 강도를 변경하면서 StrAuto를 통해 반복해석을 수행하고 해석결과를 시각적으로 표현하여 설계자가 어떤 방향으로 설계를 진행할지를 결정하는데 중요한 참고자료로 활용하도록 프로세스를 정립하였다. 본 논문은 기본적인 구조설계가 완료된 상태에서 설계자가 원하는 방향에 대한 수많은 케이스를 빠르게 검토하여 올바른 실시 설계 방향을 설정하는 프로세스를 구축했다는 점에서 큰 의의를 찾을 수 있다.

본 연구에서는 초고층 건물의 풍동실험에서 얻어진 풍하중에 대하여 모드에 기초한 풍응답 해석을 수행하여 사용성을 검토하고, 목표 응답수준을 획득할 수 있는 수동 및 능동 질량형 장치의 예비설계까지 수행 가능한 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 프로그램을 실제 초고층 건물의 풍동실험결과에 적용하여 TMD와 AMD의 설계를 수행하였으며, 가속도 응답과 질량체 이송거리를 중심으로 결과를 비교분석하였다. TMD와 AMD 모두 요구되는 응답 수준을 만족하는 최소의 질량체를 사용하는 경우 질량체 이송거리가 증가하는 문제점이 발생하였다. 특히 AMD는 TMD 보다 적은 질량체로도 사용성 기준을 만족하는 응답수준을 획득할 수 있다는 장점이 있었으나, 질량체의 이송거리가 지나치게 커지는 문제점이 있으며, 고주파통과필터와 같은 부가적인 이송거리 저감대책이 요구된다.

A series of wind tunnel tests were conducted on 7 super-tall buildings with various polygon cross-sections, including triangle, square, pentagon, hexagon, octagon, dodecagon, and circular. The primary purpose of the present study is to investigate the effect of increasing number of sides on aerodynamic characteristics for super-tall buildings. Wind tunnel tests were conducted under the turbulent boundary layers whose power-law exponent is 0.27. Fluctuating wind pressures from more than 200 pressure taps were recorded simultaneously, and time series of overturning moments were calculated considering tributary area of each pressure tap. The results show that the overturning moment coefficients and the spectral values decrease with increasing number of sides, and the largest mean and fluctuating overturning moments were found for the triangular super-tall building, and the largest spectral values were found for the square super-tall building. The analysis should be conducted more in detail, but currently it can be roughly said that there seems to be a little differences in the aerodynamic characteristics for the super-tall buildings whose number of sides is larger than 5 or 6.

Recent tall buildings tend to have unconventional shapes as a prevailing, which is effective for suppressing across-wind responses. Suppression of across-wind responses is a major factor in tall building projects, and the so called aerodynamic modification method is comprehensively used. The purpose of the present study is to investigate the pressure fluctuations on tapered and setback tall buildings, including peak pressures, power spectra and coherences through the synchronous multi-pressure sensing system techniques. And flow measurements around the models were conducted to investigate the condition of vortex shedding. The results show that by tapering and setback, different distributions of mean pressure coefficients at leeward surface were found, which is caused by the geometric characteristics of the models. And the power spectra of wind pressures at sideward surface become wideband and the peak frequencies are different depending on heights, which makes the correlation near the Strouhal component low or even negative. The differences in shedding frequencies were also confirmed by the flow fields around the models.

For most of recent tall buildings, one characteristic is that their building shapes vary with height such as taper and setback, and this implies that the distribution of their structural components may also vary with height. Because of these structural variations, although the sectional shapes of these buildings are symmetric, it is difficult to say whether or not they are structurally symmetric. The acceleration responses of structurally asymmetric tall buildings are larger than those of non-eccentric buildings, thus raising the possibility of problems during strong winds and typhoons. This paper describes wind tunnel tests carried out using building models with height variations and acceleration response analyses, and discusses the resulting response characteristics. For tapered and setback buildings, although the across-wind accelerations are larger than those of a square building, the total root-mean-square accelerations remain small because of smaller along-wind and torsional rms accelerations. And it was found that the effects of statistical couplings between along-wind force and other two forces are negligible.

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.

The objective of this research is to examine how the lateral resisting system of selected prototypes are affected by seismic zone effect and shape irregularity on its seismic performance. The lateral resisting systems are divided into the three types, diagrid, braced tube, and outrigger system. The prototype models were assumed to be located in LA, a high-seismicity region, and in Boston, a low-seismicity region. The shape irregularity was classified with rotated angle of plane, 0°, 1°, 2°. This study performed two parts of analyses, Linear Response and Non-Linear Response History(NLRH) analysis. The Linear Response analysis was used to check the displacement at the top and natural period of models. NLRH analysis was conducted to invest base shear and story drift ratio of buildings. As results, the displacement of roof and natural period of three structural systems increase as the building stiffness reduces due to the changes in rotation angle of the plane. Also, the base shear is diminished by the same reason. The result of NLRH, the story drift ratio, that was subject to Maximum Considered Earthquake(MCE) satisfied 0.045, a recommended limit according to Tall Building Initiative(TBI).

As the occurrence rate of terror and hazard is increasing throughout the world, GSA, DoD, and FEMA are proceeding a study about mitigating the damage of terror. Korea is no more a safe place from the terrorist's threat, so we need to make measures against them. In this study we developed modified RVS System by revising some items to adjust the system to the domestic condition and conducted a risk assessment on several tall buildings in Korea. By using IRVS system which is developed by DHS, we also carried out the risk assessment. Comparing the results between RVS with IRVS, we performed terror risk evaluation of tall buildings. Through risk assessment of several tall buildings, we analyzed key factors of each scenarios and suggested the mean value of each items, so we would like to help the counter-terrorism in the design phase.

In this paper, a mass damper was proposed and the plan on its practical application for wind-induced vibration control of a super-tall building was introduced. The damper was developed to generate forces which were calculated by both linear and nonlinear control algorithms. A controller in which the control algorithms were embedded was developed and it was verified through experiments that the damper with the controller could show dynamic behavior as a designer had intended. A preliminary design of a super-tall building with the damper was conducted. As a nonlinear algorithm, decentralized control algorithm which only requires to measure damper-installed floor response in order to calculate the control force was proposed. Simulation results indicated that the proposed damper could provide better or at least equivalent control performance than the usual active/hybrid type damper controlled just by existing linear control algorithms.

구조물의 특성치를 결정하기 위하여 18층 규모의 사무용 건물 3동에 대하여 자연진동 조건하에서 동적계측실험을 수행하였다. 대상건물은 기본적으로 보-기둥 골조시스템에 횡하중을 보다 효율적으로 지지하기 위하여 추가적으로 코아가 배치된 혼합 구조형식을 나타낸다. 매층 마다 측정한 일련의 진동기록으로부터 고유진동수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같은 모달계수를 추출하기 위하여 최신주파수- 및 시간영역-기반 응답의존 시스템판별법인 FDD, pLSCF 및 SSI를 적용하였다. 3방법에 의하여 추출한 결과는 대체로 일치하였으나, 초기 FE 해석결과와 비교하여 저차 3개 고유진동수는 대략 1.2~1.7배나 되는 단단한 거동을 나타냈다. 진동응답으로부터 추출된값, 기준에서 제시하는 약산식 및 FE해석에 의하여 산정된 고유주기를 비교하여 보면, FE결과가 가장 유연한 거동을 예측하였으며, 높이를 변수로 하는 약산식이 추출된 값에 가장 근접한 결과를 나타냈다. 이러한 차이는 현재의 실험 추출치에는 콘크리트 균열 등과 같은강성저감 요인을 포함하고 있지 않으며, 또한 FE 해석치는 비구조체 및 사용된 재료의 실제성능 등과 관련된 강성증가 요소를 포함하고있지 않기 때문이다.