전단벽(剪斷壁)을 가진 프레임의 구조해석(構造解析)에 관한 연구(?究)

이동근,강석봉,Lee, Dong Guen,Kang, Suk Bong 대한토목학회 1986 대한토목학회논문집 Vol.6 No.2

본 연구에는 전단벽을 가진 프레임의 구조해석을 위한 개선된 해석모델이 소개되었다. 새로이 개발된 12 자유도를 가진 plane stress 요소와 보 요소를 사용하는 컴퓨터 프로그램 SWAN을 이용하여 두 개의 2 차원 구조물의 예에 대한 정적 및 동적해석을 수행하고 그 결과를 널리 사용되고 있는 구조해적용 컴퓨터 프로그램 SAP IV를 사용해서 얻을 결과와 비교 검토한 결과 12 자유도 요소를 사용함으로써 전단벽 요소내의 전단응력의 분포와 전단벽에 연결된 보 요소의 휨 및 전단응력 등이 상당히 정확하게 얻어질 수가 있음이 밝혀졌다. In this paper, an accurate model for structural analysis of frames with shear walls is introduced. Static and dynamic analysis of two example structures has been performed using the computer program SWAN which employes the newly developed 12 degrees of freedom plane stress element and the results are compared to those obtained using SAP IV. The 12 degrees of freedom element resulted in improved shear stress distribution in wall elements and bending moment in beam elements.

스카이브릿지로 연결된 벨트월이 있는 고층건물의 효율적인 동적해석

이동근,김현수,양아람,고현,Lee, Dong-Guen,Kim, Hyun-Su,Yang, Ah-Ram,Ko, Hyun 한국전산구조공학회 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.3

스카이브릿지의 연결시스템은 일반적으로 매우 큰 비선형성을 가지고 있으므로 연결된 건물의 동적거동을 정확하게 예측하여 스카이브릿지를 설계하기 위해서는 경계비선형 시간이력해석이 필요하다. 그러나 일반적인 유한요소 해석모델을 사용하여 전체 고층건물을 모형화하고 설계를 위하여 반복적인 경계비선형 시간이력해석을 수행한다면 해석에 소요되는 노력과 시간이 매우 클 것이다. 따라서 본 연구에서는 스카이브릿지로 연결된 고층건물의 효율적인 동적해석 및 진동제어 성능 평가를 위하여 벨트월의 효과를 고려한 등가의 캔틸레버모델을 제안하였다. 제안된 등가모델의 효율성 및 정확성을 검토하기 위하여 스카이브릿지로 연결된 49층과 42층 건물을 예제구조물로 사용하였고 풍하중에 대한 경계비선형 시간이력해석을 수행하였다. 해석결과 제안된 등가모델을 사용하면 스카이브릿지로 연결된 고층건물의 동적응답을 매우 효율적으로 파악할 수 있다는 것을 확인하였다. In the design of a sky-bridge, repetitive boundary nonlinear time history analyses are required to accurately predict dynamic behaviors of the connected buildings because the connection systems of a sky-bridge usually have high nonlinearity. If a conventional finite element model for entire high-rise buildings is used for repetitive boundary nonlinear time history analyses, computational efforts could be significant. In this study, an equivalent cantilever model considering the belt-wall effect has been proposed for an efficient dynamic analysis and a performance evaluation of vibration control of high-rise buildings connected by a sky-bridge. To verify the accuracy and efficiency of the proposed equivalent model, boundary nonlinear time history analyses of 49- and 42-story example buildings connected by a sky-bridge have been performed for wind excitation. Based on the analytical results, it has been verified that the proposed equivalent model can provide accurate dynamic responses of building structures connected by a sky-bridge with significantly reduced computational efforts.

[시니어 컬럼] 약진지역에 대한 내진설계

이동근(Lee, Dong-Guen) 대한건축학회 2014 建築 Vol.59 No.1

이차원 T형강체를 이용한 중심코어를 가진 전단벽-골조 구조물의 효율적인 지진해석모델 개발

박용구,이동근,김현수,Park, Yong-Koo,Lee, Dong-Guen,Kim, Hyun-Su 한국전산구조공학회 2013 한국전산구조공학회논문집 Vol.26 No.1

본 연구에서는 고층 전단벽-골조 구조시스템의 효율적인 해석모델을 제안하였다. 전단벽-골조구조시스템은 휨거동하는 전단벽과 전단거동하는 골조로 구성된다. 그리고 전단벽-골조구조시스템의 변형형상은 골조와 전단벽의 상호작용으로 결정된다. 효율적인 해석모델에서는 이러한 거동특성을 반영되어야 하므로 골조와 전단벽을 분리하여 동적인 거동특성을 반영할 필요가 있다. 본 연구에서는 벽체부와 골조부를 분리하기 위하여 T형 강체를 전단벽의 위치에 대체하는 방법을 사용하였다. 분리한 벽체부와 골조부 각각의 등가모델을 구성한 후 결합시키는 방법으로 고층 전단벽-골조구조시스템의 등가모델을 완성하였다. 제안한 등가모델의 정확성과 효율성을 검증하기 위하여 고층의 전단벽-골조 구조물의 시간이력해석을 수행하였고, 그 결과 제안한 등가모델이 해석시간과 컴퓨터 메모리를 현저하게 줄이면서도 정확한 결과를 도출하였다. In this study, an efficient analytical model for the dynamic analysis of tall buildings with a shear wall-frame structural system has been proposed. A shear wall-frame structural system usually consists of a core wall showing flexural behavior and a frame presenting shear behavior. Therefore, the deformed shape of the shear wall-frame structural system is shown by the combination of flexural mode and shear mode. These characteristics should be considered when an efficient analytical model is developed. To this end, the effect of shear wall and frame on the dynamic behavior of a tall building with a dual system has been separately investigated. In this study, the structural characteristics of a separated individual shear wall model and the frame model without shear wall has been evaluated. In order to consider the effect of the shear wall in the frame model without shear wall, a rigid body was used instead of the shear wall. Each equivalent model for the separated shear wall part and frame part has been independently developed and two equivalent models were then combined to create an efficient analytical model for tall buildings with a shear wall-frame structural system. In order to verify the efficiency and accuracy of the proposed method, time history analyses of tall buildings with a shear wall-frame system were performed. Based on analytical results, it has been confirmed that the proposed method can provide accurate results, requiring significantly reduced computational time and memory.

격자항(格子桁) 구조물(構造物)의 경제적(經濟的)인 동적(動的) 해석(解析)에 관한 연구(?究)

최길현,이동근,정영식,Choi, Gil Hyun,Lee, Dong Guen,Chung, Young Shik 대한토목학회 1987 대한토목학회논문집 Vol.7 No.1

교양(橋梁)이나 건물(建物)의 바닥구조에 많이 사용(使用)되는 격자항(格子桁) 구조물(構造物)의 강도(剛度), 질량, 감쇄매트릭스의 크기가 매우 큰 경우에 고유진동수(固有振動數) mode shape을 구(求)하는 것은 복잡하고 해석(解析)에 소요되는 시간(時間)이 상당히 많이 요구된다. 이런 이유 때문에 동적해석에 필요(必要)한 많은 수(數)의 자유도(自由度)를 줄이기 위한 여러가지 방법(方法)이 개발되어 왔다. 본(本) 연구에서는 static dynamic-condensation 기법을 이용한 격자형 구조물의 경제적인 동적해석 방법을 제시하고자 한다. 이 방법의 정확도와 경제성은 전체자유도계(全體自由度系)를 사용(使用)한 경우와 condenced된 자유도계(自由度系)를 사용(使用)한 경우의 결과비교로써 이루어져 있으며 이결과비교에 의하여 이 방법은 경제적이면서도 정확성을 크게 해치지 않는다는 것이 입증되었다. Grid structures are extensively used in bridge and slab strucures. When the elements are assembled for the entire structure the number of degree of freedom may be very large and thus, the stiffness, mass, and damping matrices become of large dimension. Undoubtedly, determining natural frequencies and mode shapes of such structures are complicated and require large computer costs. For these reasons various eigenvalue economizer procedures have been developed, which serve to reduce the number of degree of freedom. This paper proposes an economic method of dynamic analysis of grid stuctures using static and dynamic condensation techniques. The accuracy and economy of this method are investigated by comparing some results of model analysis of N-degree of freedom. It has been shown that the method achieves remarkable economy at only a little cost of accuracy.

적층(積層)고무받침의 정적(靜的) 및 동적(動的) 특성실험(特性實驗)

김남식,이동근,Kim, Nam Sik,Lee, Dong Guen 대한토목학회 1993 대한토목학회논문집 Vol.13 No.2

구조물의 진동을 제어하기 위하여 널리 활용되고 있는 기초분리시스템(base isolation system)는 대상구조물에 경제적이며 효율적으로 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 가장 널리 쓰이고 있는 적층(積層)고무받침(laminated rubber bearing) 방식의 기초분리장치(base isolator)를 제작하여 이에 대한 정적 및 동적 특성실험을 수행하였다. 실험으로부터 얻어진 결과를 통하여 제작된 기초분리 장치의 정적 및 동적특성을 분석하였으며 실제 구조물에 대한 기초분리장치로서의 적용가능성을 고찰하였다. 최종적으로 기초분리장치에서 나타나는 비선형 힘-변위 이력곡선을 수치적으로 이상화하여 실험결과와 비교하였다. Base isolation systems are economic and efficient for the control of structural vibration. In this study, the base isolators of LRB(laminated rubber bearing) type which have been generally used are fabricated and tested. From the static and dynamic tests, the characteristics of the base isolators, considering strain-hardening, hysteretic damping and horizontal stiffnesses, etc., are verified and particularly the feasibility as base isolation devices is discussed. Consequently, the test results are compared with the analytical ones that are derived from idealization as a bilinear model.

삼차원 T형강체를 이용한 편심코어를 가진 전단벽-골조 구조물의 효율적인 지진해석모델 개발

박용구,이동근,김현수,Park, Yong-Koo,Lee, Dong-Guen,Kim, Hyun-Su 한국전산구조공학회 2013 한국전산구조공학회논문집 Vol.26 No.1

전단벽-골조 구조시스템의 구조적인 거동은 휨거동하는 전단벽과 전단거동하는 골조의 상호작용에 의하여 결정된다. 이러한 전단벽-골조 구조물의 거동특성을 효과적으로 고려하기 위하여 선행 연구에서는 2차원 T형 강체를 사용한 단순 해석모델을 제안하였다. 본 논문에서는 이를 바탕으로 편심코어를 가진 전단벽-골조 구조물에 대한 효율적인 해석모델을 제안한다. 2차원 등가모델을 3차원으로 확장하여 비틀림 거동을 고려할 수 있도록 하였고, 그 결과 제안하는 등가모델이 편심코어를 가지는 전단벽-골조 구조물에도 적용가능 하도록 하였다. In a shear wall-frame structural system, the structural response is determined by the interaction between the shear wall in bending mode and the frame in shear mode. In order to effectively consider these characteristics of a shear wall-frame structure, the simplified numerical model using the T-shape rigid body was suggested in the previous study. Based on the previously proposed model, an efficient numerical model for a wall-frame structure with an eccentric core has been proposed in this study. To this end, the previously proposed 2D model is extended to the 3D model and it is enhanced by considering torsion effects. As a result, the enhanced model can be applied to the analysis of a wall-frame structure with an eccentric core as well as a centric core.

초대형 골조시스템 전용 전후처리 및 해석프로그램의 개발

김현수,이동근,Kim Hyun-Su,Lee Dong-Guen 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.3

근래에 들어서 사회적 및 경제적인 요구에 의하여 건축구조물이 점차 고층화 및 대형화됨에 따라서 다양한 형식의 구조시스템이 연구 및 개발되고 있다. 비교적 최근에 개발된 초대형 골조시스템은 초대형부재의 조합으로 횡방향 강성을 충분히 발휘함으로써 초고층건물에 적합한 구조시스템으로 인식되고 있다. 그러나 이러한 초대형 골조시스템을 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 초대형 골조시스템 전용 해석프로그램을 개발하여 초대형 골조구조물의 해석과 설계에 소요되는 시간과 노력을 줄이고자 한다. 이를 위하여 초대형 골조구조물의 특징을 활용한 효율적인 모형화기법과 행렬응축기법을 사용하여 해석에 사용되는 자유도수를 최소화도록 만든 해석모델이 개발되었다. 예제구조물의 해석을 수행하여 본 연구에서 개발된 프로그램을 사용한 결과와 일반적인 해석방법에 의한 결과와 비교함으로써 개발된 프로그램의 효율성과 정확성을 검증하였다. Recently, various types of structural systems for skyscrapers are studied as the height and size of the building structures rapidly increase due to social and economical needs. The mega frame system among them, which is the structural system developed recently, is known as a suitable structural system for skyscrapers because this structural system has sufficient stiffness against the lateral forces by combination of mega members which consist of many columns and girders. Since the mega frame structure has significant numbers of elements and nodes, it takes tremendous times and computer memories to analyze and design the structures. Therefore, the exclusive structural analysis program for mega frame system is developed to reduce the efforts and time required for the analysis and design of mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of mega frame structures and an efficient analytical model, which uses a few DOFs selected by the user using the matrix condensation method, are developed in this study. Static and dynamic analyses are conducted using an example structure. The effectiveness and accuracy of the developed program we verified by the comparison between the results of the proposed method and the conventional method.

스카이브릿지로 연결된 구조물의 진동에 관한 연구

이의현(Lee Ui-Hyun),이동근(Lee Dong-Guen),박용구(Park Yong-Koo),김민균(Kim Min-Gyun) 대한건축학회 2009 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 계획계/구조계 Vol.29 No.1(구조계)

Since vibration problems in high-rise structures are increased, a sky-bridge is used not only for emergency services but also as a vibration control device. The purpose of this study is to investigate the possibility of vibration control of structures using the sky-bridge connecting two high-rise buildings and to propose the optimum conditions for the sky-bridge. Time history analyses of example structures, 40-story and 50-story structures connected by sky-bridge were performed to investigate the dynamic response of structures with various locations of the sky-bridge and the natural frequency ratio of two structures.

주파수영역에서의 가속도 기록 보정

박창호,이동근,Park, Chang Ho,Lee, Dong Guen 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.4

지진에 관한 지반가속도 기록이나 동적실험에서 계측된 가속도 기록에는, 가속도계의 응답특성, A/D변환기의 성능 및 수치화 과정, 그리고 기록계의 특성 등으로 여러 가지 오차가 포함된다. 이들 오차들은 데이터 해석이나 동적해석시 왜곡된 결과를 유발시킨다. 본 연구에서는 가속도 기록에 포함된 오차를 효율적으로 보정하는 방법을 제안하였다. 제안된 오차보정방법은 다음과 같이 4단계로 나뉘어 진행된다; 1) 보간법을 이용하여 보정에 적절한 데이터를 만든다, 2) 저주파와 고주파 성분이 주를 이루는 수치화 오차를 band-pass필터를 이용하여 제거한다, 3) 가속도계의 특성으로 인한 오차들을 보정한다, 4) 보정된 기록을 적분하여 속도와 변위를 얻는다. 현재 band-pass 필터로는 FIR필터나 IIR필터가 주로 이용되고 있는 데 초기데이터의 왜곡, 위상의 변화, 계산량의 과다와 같은 문제점들을 가지고 있다. 제안된 오차보정방법은 이들 필터의 여러 문제점을 개선하였으며, Fourier 변환의 특성을 이용하여 미분과 적분을 수행함으로써 가속도계의 특성으로 인한 오차의 보정과 속도 및 변위 계산의 정확성을 높였다. In general, the accelerogram of earthquake ground motion or the accelerogram obtained from dynamic tests contain various errors. In these errors of the accelerograms, there are instrumental errors(magnitude and phase distortion) due to the response characteristics of accelerometer and the digitizing error concentrated in low and high frequency components and random errors. Then, these errors may be detrimental to the results of data processing and dynamic analysis. An efficient method which can correct the errors of the accelerogram is proposed in this study. The correction of errors can be accomplished through four steps as followes ; 1) using an interpolation method a data form appropriate to the error correction is prepared, 2) low and high frequency errors of the accelerogram are removed by band-pass filter between prescribed frequency limits, 3) instrumental errors are corrected using dynamic equilibrium equation of the accelerometer, 4) velocity and displacement are obtained by integrating corrected accelerogram. Presently, infinite impulse response(IIR) filter and finite impulse response (FIR) filter are generally used as band-pass filter. In the proposed error correction procedure, the deficiencies of FIR filter and IIR filter are reduced and, using the properties of the differentiation and the integration of Fourier transform, the accuracy of instrument correction and integration is improved.