아웃리거 댐퍼의 강성과 감쇠에 따른 풍응답제어 성능 평가 :Performance analysis of wind response control of outrigger damper with variation of stiffness and damping

김수진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김수진 (영남대학교, 영남대학교 대학원)

지도교수: 강주원

발행연도: 2018

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

아웃리거 댐퍼의 강성과 감쇠에 따른 풍응답제어 성능 평가

김수진 건축학과 2018.01 학위논문

풍하중에 대한 아웃리거 댐퍼시스템의 응답 제어 성능 평가

김수진 , 김민주 , 김준일 외 1명 한국공간구조학회지 2018.01 학술저널

2017

편심하중을 가한 고층건물의 아웃리거 댐퍼 시스템 제어성능평가

김수진 , 김수근 , 강호근 외 2명 한국공간구조학회지 2017.01 학술저널

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대도시 개발과 인구 증가로 고층 빌딩이 출현하였고, 한국에서도 고층 건물이 많이 계획되고 건설되었다. 이러한 고층 건물은 1:5 이상의 세장비로 정의되며 지진 및 풍하중과 같은 수평 하중에 민감하여 안정성과 경제성에 지대한 영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 횡력 저항 시스템이 개발되었다. 그 중 아웃리거 댐퍼 시스템은 최근 가장 효과적인 횡력 저항 구조시스템이다. 아웃리거 댐퍼 시스템은 중앙부 코어와 외부 기둥이 휨모멘트를 분산하며, 댐퍼를 통해 부등축소를 줄여 휨 변형을 억제하는 구조 시스템이다. 그러나 이러한 효율적인 시스템의 개발에도 불구하고, 최적의 위치 검색을 포함한 연구의 범위와 실제 적용은 제한적이다.

본 연구에서는 고층 건물에 풍하중이 가해지는 경우의 아우 트리거 댐퍼 시스템의 동적 응답 제어 성능을 검토하기 위해 상용 프로그램인 MIDAS Gen Ver 830을 사용하여 아웃리거 댐퍼 시스템이 적용된 50층 규모의 3차원 고층 구조물을 모델링 하였다. 인공풍하중은 KBC2016 건축 구조 기준에 따라 노풍도 C, 0.1 초 간격 및 종료 시간 1,000 초로 설정하였다. Kaimal Spectrum에 따른 인공 풍하중은 건물의 전체 규모 50층을 고려하여 작성하였다. 아웃리거의 위치는 이전 연구에서 제안된 최적의 위치를 참조하여 16층과 35층에 설치하였다. 댐퍼의 특성은 점탄성 댐퍼이며, 아웃리거의 상단 및 하단에 설치되어 댐퍼 모델을 구성하였다. 댐퍼의 강성값과 감쇠값을 변수로 사용하여 최상층의 최대 수평 변위 응답과 최상층의 최대 수평 가속도 응답을 X 방향과 Y 방향으로 나누어 다음과 같은 결론을 얻었다 .

(1) 강성값에 따른 변위 응답 제어에서, 강성값의 영향이 작은 초기 구간에서 변위 응답이 감소되었다. 그러나 일정한 강성값 이후에 X 방향 모델에서 OR 모델 변위보다 변위 응답이 증가한다는 것이 확인되었다.

(2) 감쇠값이 증가할수록 강성값에 비해 감쇠값에 의한 변위 응답의 감소가 지배적이다. OR모델에 비해 ORD-D모델에서 응답은 X 방향으로 25.3 %, Y 방향으로 30.12 % 감소했습니다.

(3) OR모델에 비해 ORD-C모델의 경우, 강성값에 따른 가속도 응답 제어에서 응답 감소가 X 방향으로 41.18 %, Y 방향으로 49 %로 확인되었으며, 응답은 강성값이 증가함에 따라 증가했다. 장가율은 높지 않은 것으로 판단된다.

(4) 감쇠값을 이용한 가속도 응답 제어의 경우, 가속 응답 응답은 변위 응답과 유사하고 OR모델과 ORD-D모델은 각각 41.7 % X 방향, Y 방향으로 50.19 %이다.

(5) 댐퍼의 최대 수평 변위 응답 및 가속 응답 제어에 대해 낮은 강성값과 높은 감쇠값을 선택하는 것이 효과적입니다. 댐퍼의 강성과 감쇠값의 비율이 1:2 인 경우, 변위 및 가속 응답이 20 % 이상 감소합니다.

추후 풍직각방향 및 풍비틀림방향이 작용할 때 댐퍼의 제어 성능과 풍방향하중 모델에서의 댐퍼 제어 성능이 동일하게 나타나는지에 대한 연구 및 비정형 구조물에서의 댐퍼 성능 및 편심 코어를 갖는 구조물에서의 댐퍼 성능 등 다양한 변수를 갖는 경우에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

High - rise buildings appeared due to the development of large cities and population increase, and many high - rise buildings were planned and constructed in Korea. These high-rise buildings are defined as a slenderness ratio of 1: 5 or more and are sensitive to horizontal loads such as earthquakes and wind loads, thus affecting stability and economy. Various lateral force resisting systems have been developed to solve these problems. Outrigger damper system is the most effective lateral resistance system recently. Outrigger damper system is a structural system that suppresses warpage deformation by reducing the moment the core is subjected to through the outrigger damper with large bending stiffness of the core and outer column with a small amount of water. However, despite the development of such an efficient system, the scope and practical application of the research, including the search for the optimal location, is limited.

In this study, to investigate the dynamic response control performance of outrigger damper system when wind loads are applied to high - rise buildings, a 50 - story 3D high - rise structure using outrigger damper system was modeled using commercial program MIDAS Gen Ver 830.
The wind load was set to ground surface roughness C, 0.1 second interval, and end time 1,000 seconds according to the wind load calculation standard. The artificial wind load according to Kaimal Spectrum was created considering the 50 story area. Outrigger was installed on the 16th and 35th floors with reference to the optimum location suggested in the previous study. The characteristics of the damper are viscoelastic dampers, which are installed at the upper and lower ends of the outrigger to construct a damper model. The maximum horizontal displacement response of the uppermost floor and the maximum horizontal acceleration response of the uppermost floor are divided into the X direction and the Y direction by using the stiffness value and the attenuation value of the damper as variables, and the following conclusions are obtained.

(1) In the displacement response control according to the stiffness value, the displacement response was reduced in the initial section where the influence of the stiffness value was small. However, it was confirmed that the displacement response was increased rather than the OR model displacement in the X direction model after the constant stiffness value.

(2) As the attenuation value increases, the reduction of the displacement response by the attenuation value compared to the stiffness value is dominant. In the ORD-D model compared to the OR model, the response was reduced by 25.3% in the X direction and by 30.12% in the Y direction .

(3) In the case of the ORD-C model compared with the OR model, the response reduction was confirmed to be 41.18% in the X direction and 49% in the Y direction in the acceleration response control according to the stiffness value, and the response was increased as the stiffness value increased The growth rate is not high.

(4) In the case of the acceleration response control based on the attenuation value, the acceleration response response was similar to the displacement response, and the ORD-D model compared with the OR model showed a response reduction of up to 41.7% in the X direction and 50.19% in the Y direction.

(5) It is effective to select a low stiffness value and a high damping value for the damper''s maximum horizontal displacement response and acceleration response control, If the ratio of the stiffness and the damping value of the damper is 1:2, it is possible to achieve the displacement and acceleration response diminishing more than 20%.

In order to investigate whether the control performance of the damper and the damper control performance in the wind direction load model are the same when the wind direction and the wind direction deviation direction act in the future and the damper performance in the irregular structure and the damper performance in the structure having the eccentric core And the other variables are considered to be necessary.

제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 방법 및 범위 6
제 2 장 아웃리거 댐퍼 시스템의 이론적 고찰 9
2.1 풍하중 9
2.1.1 풍하중 9
2.1.2 풍하중을 받는 초고층 건물의 특성 12
2.1.3 풍하중에 대한 설계기준 및 수평 변위 제한 13
2.2 횡력 저항 구조시스템 16
2.2.1 아웃리거 구조시스템 16
2.2.2 아웃리거 댐퍼 구조시스템 20
2.3 국내외 연구 동향 25
제 3 장 해석모델의 설정 28
3.1 해석모델 일반사항 28
3.2 인공풍하중 38
3.3 점탄성 댐퍼 44
제 4 장 구조해석 결과 분석 및 고찰 50
4.1 기본모델 동적응답 50
4.2 댐퍼의 강성에 따른 최대 동적응답 52
4.2.1 아웃리거 댐퍼의 강성값에 따른 최상층 최대 수평 변위 응답 52
4.2.2 아웃리거 댐퍼의 강성값에 따른 최상층 최대 수평 가속도 응답 57
4.2.3 소결 62
4.3 댐퍼의 감쇠값에 따른 최대 동적응답 63
4.3.1 아웃리거 댐퍼의 감쇠값에 따른 최상층 최대 수평 변위 응답 63
4.3.2 아웃리거 댐퍼의 감쇠값에 따른 최상층 최대 수평 가속도 응답 68
4.3.3 소결 72
제 5 장 결 론 74
參考文獻 76
부 록 80
英文抄錄 82

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