800MPa급 고성능 강재 적용한 초고층 메가 부재 대안설계

조소훈,김도환,김진원,이승은,김진호,Cho, So Hoon,Kim, Do Hwan,Kim, Jin Won,Lee, Seung Eun,Kim, Jin Ho 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.4

HSA800 is a new high strength steel (HSS) plate for building structures developed by POSCO and RIST in 2011. It has upper and lower bounds for yield ($F_y$) and tensile ($F_u$) strength as of 650-770MPa and 800-950MPa, respectively, with yield ratio ($F_y/F_u$) limit as of 0.85 which make steel quality more reliable and enhance the seismic resistance of structures. As made by TMCP, it has a good weldability without increasing carbon percentage. The objective of this study is to provide alternative design of mega-structural members of the Lotte World Tower (555m, 123 story), a first super-tall building in Korea, using HSS considering structural safety, constructability, and cost-effectiveness. Steel outrigger trusses, belt-trusses and steel exterior columns were selected and analyzed to evaluate the structural performance between original and alternative designs using HSS. The results show that HSS can be applied to the members which do not affect lateral stiffness of a building and, in this study, approximately 1100tons of steel were saved. It implies that HSS can save overall construction costs - manufacturing, delivery, and erection costs - by reducing mega structural member size. HSA800 was very first applied to the Lotte World Tower based on the results of this study. HSA800은 건축구조용 고성능 강재로서 KS규격에 항복강도 650MPa-770MPa, 인장강도 800MPa-950MPa를 가지며 항복비(항복강도/인장강도) 또한 0.85이하로 제한되어있으며 TMCP 기법으로 제조되어 뛰어난 용접성을 나타내는 특징이 있다. 본 연구에서는 국내 최초의 초고층 빌딩인 롯데월드타워의 메가 구조부재를 대상으로 고강도 강재 적용시 구조물 안전성의 변동사항 및 시공성 개선 등을 검토하여 경제적 설계를 위한 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 대상 부재로는 아웃리거 코어월 매립부 상/하현재, 벨트트러스, 외곽 철골기둥이 선정되었다. 원설계 단면을 등가 도강도 강재 단면으로 환산하여 두께를 결정한 후 중력저항모델, 횡력저항모델, 연쇄붕괴 모델을 구조해 석시뮬레이션을 통하여 성능을 비교 평가하였다. 그 결과 횡강성에 영향을 주지 않는 부재는 고강도 강재 적용이 가능하며 원설계 대비 약 1100톤의 물량 절감 효과가 있었다. 따라서, 고강도 강재를 사용하면 부재 두께를 줄일 수 있으므로 부재 제작성 및 시공성이 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

구조용 집성재를 적용한 다층 목조 구조물 설계

조소훈,김종호,김태진 대한건축학회 2017 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.37 No.1

지구의 기후변화에 대응하기 위하여 세계 각국은 온실가스를 감축시키기 위한 다양한 시도를 하고 있다. 국내에서도 저탄소 녹색성장을 정책적으로 지원하고 있고 탄소배출량을 줄일 수 있는 친환경 분야에 대한 중요성이 여러 분야에서 대두되고 있다. 건축 구조분야에서 사용할 수 있는 대표적인 친환경 재료로 목재를 꼽을 수 있다. 목재는 흡음, 흡습 능력이 우수하고 의장적인 면에서도 우수할 뿐만 아니라 중량에 비하여 허용강도가 크기 때문에 지진에 대해서도 우수한 내력을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 목재의 많은 장점에도 불구하고 가연성 재료이고 부식이나 충해에 취약한 단점으로 인하여 국내에서는 목재의 보급률이 다른 선진국에 비하여 떨어지고 있다. 국립산림과학원에서는 목조 구조물의 우수성을 알리고 연구환경을 보다 개선시키기 위하여 국내산 목재를 이용하여 지상 4층의 국립산림과학원 산림유전자원부 종합연구동을 건물을 건축하였다. 산림유전자원부 종합연구동 구조물을 목조로 구조설계 하는 과정에서 내화기준 등 일부 분야에서는 목조 구조물에 대한 기준이 미비되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 내진성능에 대한 목조 구조물의 연구가 부족하여 경골목조전단벽체를 제외한 목조 구조시스템에 대해서는 반응수정계수를 기준에서 정의하지 않고 있었다. 그러므로 국내에서 목조 구조물의 보급을 보다 활성화하기 위해서는 구조설계에 필요한 기준들이 먼저 체계적으로 정립될 필요성이 있는 것으로 파악되었다.

목조 구조물 접합부의 강성에 대한 근사평가를 위한 해석모델

조소훈,이헌우,박문재,김태진,김종호,Cho, So-Hoon,Lee, Heon-Woo,Park, Moon-Jae,Kim, Taejin,Kim, Jong-Ho 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.1

Modern wooden structures usually are connected with steel fastener type connectors. And joints using multiple connectors in wooden structures will form semi-rigid connection. If connection in wooden structure would be designed to be pinned joint, the underestimate for loads transmitted through connection, would result in the deficient capacity of resistance in connection. And if joints in wooden structures would be assumed to be fully-rigid joint, amount of fasteners needed at the connection could be excessively increased. It will give a bad effect in the view of beauty, constructability and economy. Estimate for the reasonable stiffness of connection might be essential in design of reasonable connection in wooden structure. This paper will suggest analysis modelling technique that can represent approximate stiffness of connections using a common analysis program for double shear connection in order to give help in performing easily the design of wooden structure. It is verified that the suggested approximate analysis modelling technique could represent the behavior in connection by comparing the analysis results with test results for tensile, bending moment. 현대 목조 구조물은 일반적으로 접합철물인 연결재를 이용하여 접합된다. 그리고 목조 구조물에서 다수의 연결재를 사용한 접합부는 반강접 접합부를 만든다. 목조 구조물에 접합부가 핀접합으로 설계될 경우에 접합부를 통해 전달되는 하중이 과소 평가되고 이것은 접합부의 저항능력 부족을 초래한다. 목조 구조물의 접합부를 완전 강접합으로 고려할 경우에 접합에 필요한 접합철물의 양이 과도하게 증가 할 수 있다. 이것은 미적인 요소 뿐만 아니라 시공성과 경제성을 저하시킨다. 접합부의 합리적인 강성에 대한 추정은 목조 구조물의 합리적인 접합부의 설계에 필수적인 요소이다. 이 논문은 목조 구조물의 구조설계를 쉽게 수행할 수 있도록 도움을 주기 위하여 2면 전단접합에 대하여 구조설계에서 널리 이용되는 상용 프로그램을 사용하여 접합부의 근사적인 강성을 나타낼 수 있는 해석 모델링 기법을 제안한다. 제안된 근사해석 모델링 기법은 휨 모멘트, 인장에 대한 실험 결과와 해석결과를 비교하여 접합부의 거동을 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다.

비틀림 거동을 하는 구조물의 등가 정적 지진 하중 ( The Equivalent Static Seismic Load for Torsionally Unbalanced Structure )

조소훈 대한건축학회 2001 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.17 No.9

비틀림 거동을 하는 구조물의 설계 편심

조소훈,이명규 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.5

본 논문에서는 구조물의 안전성과 경제성을 함께 도모하도록 하기 위하여 모드 해석법을 이용하여 비틀림 거동을 하는 구조물의 동적 거동을 정적 하중으로 치환할 경우에 대한 횡하중 중심점을 가정하고, 횡하중 중심점과 구조물의 강도 중심을 일치시키도록 구조물의 설계 편심을 조절하는 방법을 제안한다. 그리고 제안된 방법에 의해 구조물을 설계하였을 경우, 다른 내진 기준에 의해 설계된 구조물과 비교하여 지나친 추가 연성도를 요구하지 않는다는 것을 보여준다. In this paper, to satisfy the safety and economy immediately, we assume the center of lateral load in case the dynamic motion of the torsionally unbalanced structure is transformed into the static lateral load using modal analysis and proposes a method to control the design eccentricity in order to make the center of lateral load coincide with the center of strength. And when the structure is designed by proposed method, it is shown that the structure designed by proposed method does not demand excessive additional ductility in comparison with the structure designed by provisions of other seismic building code.

구조용 목조 면재료(CLT panel)를 적용한 2시간 내화성능을 가진 목조 구조물 설계

조소훈(Cho, So-Hoon),김종호(Kim, Jong-Ho),김태진(Kim, Tae-Jin) 대한건축학회 2017 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.37 No.2

해외 선진국에서는 기후변화에 대처하기 위하여 목재의 사용량을 계속 증가시켜 왔지만 국내에서는 ‘건축물의 구조기준 등에 관한 규칙’에서 목조 건축물의 높이를 18미터 이하로 제한하고 있기 때문에 5층 이상의 목조건물은 사실상 불가능한 상태였다. 그러나 최근에는 다층 목재 건물의 필요성이 대두되면서 현재 18미터로 제한되어 있는 부분을 완화하도록 개정작업을 진행하고 있다. 국립산림과학원에서는 최근 영주에 “국립산림과학원 기술실연 고층 목조건축” 프로젝트로서 5층의 연구소를 목조 구조물로 설계하였고 현재는 올해 착공을 하기 위한 절차를 진행 중에 있다. 본 논문에서는 국립산림과학원 기술실연 고층 목조건축물의 구조설계에 대한 절차 및 주요 특징들을 소개하고 목조 건축물의 보다 널리 보급하기 위하여 추가적으로 요구되는 요소들을 살펴보고자 한다.

한옥 구조물의 성능향상을 위한 접합방법 개선

조소훈 ( Cho So-hoon ),김종호 ( Kim Jonog-ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.1

본 논문에서는 철물을 사용하여 축력으로 대부분의 하중을 전달할 수 있도록 3량과 5량 구조물을 통하여 전통한옥양식의 접합방법을 개선하였을 때 요구되는 구조부재의 크기를 비교함으로써 효율적인 구조물의 설계방법에 대하여 살펴보고 유지관리측면에서 전통접합방법과 철물사용접합방법의 특징을 살펴 봄으로써 유지관리측면에서 한옥 구조물의 개선 방향을 찾아보고자 한다.

CLT구조를 적용한 공동주택 수직증축

조소훈 ( Cho So-hoon ),김종호 ( Kim Jong-ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

본 연구에서는 현행 기준에서 아파트 리모델링에서 허용하고 있는 3개층 수직증축을 목조 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체를 적용한 경우에 기존 구조부재에 미치는 영향을 비교검토 하였다. 3차원 구조해석은 midas Gen을 이용하였으며 수직증축으로 인하여 주로 영향을 받는 기초와 벽체에 작용하는 하중을 위주로 비교하여 기존 아파트를 수직증축할 때 CLT 구조를 적용하면 현재 수직증축에서 가장 문제로 대두되고 있는 기초 구조물에 추가되는 하중변화를 살펴봄으로써 수직증축에 CLT 구조 적용의 장점을 살펴보고자 한다. 또한 증축부에 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체 구조를 적용한 구조물의 고유치 특성 등을 살펴봄으로써 지진과 같은 동적하중에서의 장점을 살펴보고자 한다.

CLT구조를 적용한 공동주택 수직증축

조소훈 ( Cho So-hoon ),김종호 ( Kim Jong-ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

본 연구에서는 현행 기준에서 아파트 리모델링에서 허용하고 있는 3개층 수직증축을 목조 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체를 적용한 경우에 기존 구조부재에 미치는 영향을 비교검토 하였다. 3차원 구조해석은 midas Gen을 이용하였으며 수직증축으로 인하여 주로 영향을 받는 기초와 벽체에 작용하는 하중을 위주로 비교하여 기존 아파트를 수직증축할 때 CLT 구조를 적용하면 현재 수직증축에서 가장 문제로 대두되고 있는 기초 구조물에 추가되는 하중변화를 살펴봄으로써 수직증축에 CLT 구조 적용의 장점을 살펴보고자 한다. 또한 증축부에 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체 구조를 적용한 구조물의 고유치 특성 등을 살펴봄으로써 지진과 같은 동적하중에서의 장점을 살펴보고자 한다.

CLT구조를 적용한 공동주택 수직증축

조소훈 ( Cho So-hoon ),김종호 ( Kim Jong-ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

본 연구에서는 현행 기준에서 아파트 리모델링에서 허용하고 있는 3개층 수직증축을 목조 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체를 적용한 경우에 기존 구조부재에 미치는 영향을 비교검토 하였다. 3차원 구조해석은 midas Gen을 이용하였으며 수직증축으로 인하여 주로 영향을 받는 기초와 벽체에 작용하는 하중을 위주로 비교하여 기존 아파트를 수직증축할 때 CLT 구조를 적용하면 현재 수직증축에서 가장 문제로 대두되고 있는 기초 구조물에 추가되는 하중변화를 살펴봄으로써 수직증축에 CLT 구조 적용의 장점을 살펴보고자 한다. 또한 증축부에 CLT 구조를 적용한 경우와 콘크리트 벽체 구조를 적용한 구조물의 고유치 특성 등을 살펴봄으로써 지진과 같은 동적하중에서의 장점을 살펴보고자 한다.