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초고층건축물의 구조설계
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* 초고층 건축물의 정의
-횡력저항을 위한 구조시스템이 있는 건축물
초고층건축물은 높이 200미터 이상 또는 50층 이상인 건축물을 말한다. 초고층건축물에는 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단과 직접 연결되는 피난안전구역을 설치해야 하며, 피난안전구역이란 지상층으로 부터 30개 층마다 설치하는 대피공간을 말한다. 초고층건축물은 마천루라 일컬으며 세계 도시들은 도시경쟁력 강화, 도시이미지 향상, 관광 및 경제활성화를 위해 랜드마크로 초고층건축을 활발히 진행중이다. 대표적인 것이 아랍에미리트의 부르즈 할리파(Burj Khalifa, 162층), 대만의 타이페이 101(Taipei 101, 101층), 말레이시아의 페트로나스 트윈 타워(Petronas Twin Tower, 88층) 등이 있다. 서울특별시에서는 전망층, 방재대책, 피난안전구역, 피난용승강기, 소화설비 등에 대한 초고층 건축물 가이드라인을 마련하여 건축위원회 심의기준으로 활용하고 있다.
*내진설계란
내진 설계란 지진에 견딜 수 있는 구조물의 내구성을 말한다. 지진이 일어나면 상하진동보다 좌우진동이 일어나므로 이런 수평진동을 견디게 건축물 내부의 가로축을 튼튼하게 만들어 건축물을 강화하는 것이다. 건물 내부구조를 「ㄴ」자형이나 「T」자형으로 설계하거나 벽면에 각종 보강 설비를 갖추는 것은 지진에 대한 저항력을 높이기 위한 과정이다. 우리나라는 86년 이전까지 지진 발생 횟수가 적다는 것과 시공비가 많이 든다는 이유로 내진 설계를 하지 않았다. 내진 설계를 하더라도 일본 고베 지진처럼 상하 진동에 의한 지진은 현대건축 공법으로 대비하기 어렵다는 것이 학계의 의견이다.
* 세계 초고층 건축물 및 추진중인 건물들
1. 마일하이 타워
높이 : 1620m
층수 : 375층
준공 : 2020년 예정
소재 : 사우디아라비아
건축 : 피카드칠튼사(미국)
특징 : 강풍방지를 위한 흡진기 설치
2. 두바이 알버즈
높이 : 1050m
3. 무바락 타워
높이 : 1001m
4. 버즈 두바이
높이 : 808m
층수 : 162층 이상, 상부 첨탑
준공 : 2009년 예정
소재 : 두바이(아랍에미리트 연방)
설계 : SOM
시공 : 한국삼성건설
구조형식 : RC Core + Wing wall + Mega Column + Outrigger
특징 : 콘크리트 강도- 최고 80, 진도 6.0에 대한 내진 설계
* 완공된 초고층 건축물
1. Taipei 101 (Taipei Financial Center)
- 60m 첨탑 속의 댐퍼 설치
- 원구형댐퍼(TMD)를 항풍용으로 설치
2. Petronas Tower
- 구조형식 : 16개 concrete 기둥을 가진 원형 시린더 Tube + 8개의 Outrigger wall
3. Sears Tower
- 구조형식 : 묶음 튜브구조
- 높이 : 442m
4. Jin Mao Tower
- 구조형식 : Core + Outrigger system. Outrigger ; 3차원 구조 트러스 시스템
- 높이 : 421m
* 초고층 선호 이유
-위의 초고층 건축물이 세워진 나라들을 예로 초고층 건축물은 곧 그 나라의 경제발전, 시공기술입증, 통치자의 업적 중 하나가 될 수 있고 문화, 해외관광 유입의 효과의 토대가 된다.
* 초고층 설계시 고려사항
-안전성
-시공성
-경제성
-사용성
- Column shorting 해석 및 보정
=> Column shorting 현상 분석 후 해결방안 제시.
고강도 콘크리트 및 매스콘크리트의 수화열 해석 수행.
- SHM 시스템구성
=> 내진/ 내풍에 대응 할 수 있는 원격시스템인 SHM 시스템 도입.
풍동실험 및 풍 시뮬레이션을 통한 내풍 성능 확보.
* 초고층 건축물의 구조시스템
-Flat slab
-Braced Frames
-Tubular system
이하 앞으로의 초고층 구조시스템은 복합화 구조시스템이라 할 수 있다.
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