초고층 구조계획

초고층 구조계획의 정의

초고층 구조계획은 횡하중과 자중에 저항하도록 건물의 형태, 층수, 구조형식, 재료를 정하는 설계 단계다.

초고층 건물은 바람과 지진 같은 수평하중에 의한 변형이 설계를 지배한다.

Mark Fintel은 횡하중 저항을 위해 특별한 구조형식이 필요한 건물로 정의했다.

횡력 저항 구성

수평하중은 바닥 다이아프램을 거쳐 코어와 외곽 골조에 나뉘어 전달된다.

코어는 횡강성을 부담하고, 외곽 골조는 횡하중과 연직하중을 함께 지지한다.

마지막으로 기초가 전도에 저항하며 힘을 지반에 전달한다.

높이별 구조형식

구조형식은 높이에 따라 라멘, 전단벽, 아웃리거, 튜브 순으로 바뀌어 왔다.

표의 층수 구간은 자료마다 차이가 있으므로 대략의 범위로만 읽는다.

높이가 커질수록 횡력 저항 요소가 코어에서 외곽으로 이동하는 것이 핵심이다.

세장비 계산

세장비는 건물 높이와 평면 폭의 비다. 세장비가 커질수록 전도와 횡변위 문제가 커진다.

높이 300m, 폭 50m인 건물의 세장비는 300을 50으로 나눈 6.0이다.

6.0은 일반 범위 4~7 안에 있다. 세장비가 커지면 튜브나 아웃리거 채택을 검토한다.

P-Δ 효과와 흔한 실수

첫 번째 쟁점은 P-Δ 효과다. 건물 전체가 횡변위할 때 연직하중이 추가 전도모멘트를 만든다.

이를 부재 내부의 휨 문제로 설명하면 감점된다. P-δ와 구분해서 써야 한다.

사용성 검토도 빠뜨리지 않는다. 층간변위와 거주자 가속도 한계를 함께 본다.

직접 풀기

방금 배운 세장비를 직접 구해 보자.

답은 화면이 멈춘 뒤 확인한다.

정리

초고층 구조계획의 핵심은 횡강성 확보와 횡변위 제한이다.

구조형식은 높이에 따라 튜브와 아웃리거 계열로 발전해 왔다.

답안은 횡하중 저항을 기준으로 한 정의로 시작한다.