초고층건물

목차

1. 초고층 건축물이란?
2. 건물 사례조사
3. 초고층 건물 구조 시스템의 종류

본문내용

oncrete diaphragm
(6) 구조형식은 서로 높이가 다른 4개의 삼각형이 합쳐진 형태를 가지고 있다. 구조시스템은 삼각 형의 변(즉 평면에서 대각선)방향으로 위치한 평면 내부의 대형 브레이스가 건물에 작용하는 횡하중과 연직하중을 모서리에 위치한 4개의 큰 기둥으로 전달해 주는 Space Truss 형태를 가지고 있다. 즉 브레이스가 횡하중과 연직하중에 동시에 저항함으로서 합리적이고 경제적인 구조시스템이 되도록 하였다. 모서리에 위치한 4개의 큰 기둥과 내부의 대형 브레이스는 콘크 리트로 채워진 박스형의 철골부재이다.
3. 초고층 건물 구조 시스템의 종류
(1) 골조 구조 시스템
접합부의 상태에 따라 강접합과 반강접합으로 나누어진다. 반강접합 골조에서 건물의 바닥과 골조는 리벳이나 볼트로 접합되어 있다. 이러한 형태의 반강접합 조인트는 건물을 유연하게 한다. 이는 높이가 증가함에 따라 문제가 될 것이고 추가적인 바람은 건물을 비틀리게 할 것이다. 이러한 형태의 구조물은 19세기 말에 시카고에서 지어진 초기의 구조물에 이용되었고 오늘날 저층의 건물에 여전히 이용되고 있다. 그림은 Reliance Building(Chicago, 1895)이며, 이와 같은 초기의 고층건물은 리벳접합에 의존하는 반강접합 골조로 설계되었다.
반강접골조와 비슷한 강접골조는 외부와 내부기둥 그리고 바닥 보사이에 좀 더 강한 접합을 할 수 있게 된 후 고층건물에 이용되었다. 1930년에 개발된 이후 여전히 고층에 이용되고 있다. 그림은 Lever House(New York, 1952)이며, 이 건물의 강도는 구조물의 내부와 외부기둥을 바닥보와 기초에 연결하는 강한 접합부에서 발휘된다.
(2) 골조 & 가새 구조 시스템
외부골조만으로는 과대한 변위를 유발하는 바람의 하중에 저항하기는 충분하지 않다. 강성을 증가시키기 위해서는 수직 전단 트러스가 건물의 외부 양면과 코어에 설치되어야 한다. 트러스는 경량이지만 보강된 사다리와 함께 강한 보강 프레임 역할을 한다. 이러한 설계는 유명한 Woolworth, Chrysler 그리고 Empire State Building과 같은 초고층 건물에 이용되었으며, 그 당시에는 현재의 설계보다 30% 많은 물량을 사용했다. 그림은 Chicago Civic Center(Chicago, 1965)이며, 이 구조시스템은 유리와 철골건물을 지지하고 있고 외부에서도 골조를 볼 수 있다.
(3) 골조 & 전단벽 구조
콘크리트 전단코어의 발전된 형태인 이 구조는 바람에 대한 저항력을 극대화하기 위하여 코어와 외부골조 그리고 바닥이 일체로 거동하도록 설계되었다. 이는 추가적인 건설비용 없이 건물의 높이를 10층 더 올릴 수 있다. Natwest Bank Tower(London, 1980)가 좋은 사례이다.
(4) 골조 & 아웃리거 구조 시스템
골조&아웃리거는, 골조&가새, 골조&전단벽 구조에서 횡하중을 부담하는 코어(골조&가새의 경우는 Braced core, 골조&전단벽의 경우에는 전단벽)에 그림과 같은 Outrigger와 Belt Truss를 설치하여 외곽기둥과 연결시킨 구조를 말한다. Belt truss는 건물의 외곽을 따라 설치되어 있는 트러스 층을 말하고 Outrigger란 내부코어와 Belt Truss를 연결시켜 주는 벽 혹은 트러스 층을 말하는데 주로 Belt Truss와 Outrigger는 같이 사용된다.
이러한 Belt Truss와 Outrigger는 코어의 응력을 외곽기둥에 전달시킴으로서 코어의 변형을 억제시키는 tie-down 작용을 한다. Belt Truss와 Outrigger를 설치한 후 코어의 변형의 모습을 보면 설치 전 코어의 변형은 그림(a)와 같이 캔틸레버와 같은 변형을 나타내나, Belt Truss와 Outrigger설치 후에는 그림(b)와 같이 Outrigger가 지지 점과 같은 역할을 하여 코어의 변형에 변곡점이 생기고 전체적인 변형이 줄어든다.
(5) 튜브 구조
이전의 구조형식에서 횡하중을 부담하는 부분이 건물내부에 있는 코어인 것에 반해 튜브구조는 횡하중을 부담하는 부분을 건물의 외곽부분으로 확장시킨 형식이다. 그 기본개념은 그림1과 같이 횡하중에 대해 실제 튜브와 같은 거동을 유도하기 위해 외곽기둥을 조밀하게 배치하고 기둥사이를 춤이 큰 보로 강접한 구조로서 구조물의 외부에 구멍을 뚫은 정도의 개구부만을 가지게 한다. 이상적인 튜브구조의 횡하중에 대한 거동은 그림2와 같다.
[그림 1] 튜브구조의 구성
[그림 2] 이상적 응력발생
(6) 묶음 튜브 구조시스템
Bundled Tube는 몇 개의 튜브를 서로 연결하여 개별튜브간의 상호작용을 통해 전단지연작용(Shear lag effect)을 줄임으로서 큰 횡강성을 얻도록 한 구조형식이다. 전단지연작용(Shear lag effect)란, 그림(a)와 같이 튜브구조에서 횡하중에 저항하는 각 부분의 응력이 이상적인 경우와 같이 일정하지 않고 코너부에서는 크고 중앙부에서는 작아지면서 곡선과 같은 응력분포를 나타내면서 전체적인 횡변위가 증가하는 현상을 말한다.
(a) 튜브구조
(b) 묶음튜브 구조
전단지연작용의 원인은 튜브를 구성하는 기둥과 보의 전단강성의 부족에서 기인하는데, 그림과 같이 여러 개의 튜브를 연결하여 Bundled Tube로 할 경우 평면 내부에서 전단력이 전달될 수 있는 통로가 생기므로 전단지연현상을 크게 개선할 수 있다.
(7) 슈퍼 프레임 구조
Super Structure는 아직까지 연구가 이루어지고 있는 구조형식으로서 Mega-structure, High-efficiency structure 또는 Hybrid structure 등의 이름으로 불리고 있다. Super Structure 정확한 개념이 정의되지는 않았으나, 막대한 크기의 Super Column과 Transfer Truss Floor를 사용하며, 횡하중과 연직하중에 모두 저항하는 3차원 트러스 형태로 모듈 화된 구조 체를 반복적으로 사용하는 형식을 가지고 있다. 그림은 Super Structure를 사용한 하나의 설계 예로서 Le Messurier의 Southeast Tower 설계안이다.

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건축과 리포트,   초고층건물,   초고층,   세계 10대 초고층