초고층 구조시스템

정의

초고층 구조시스템은 횡력에 저항하도록 코어, 외곽 기둥, 보, 가새를 3차원으로 결합한 체계다.

건물이 높아질수록 바람과 지진에 의한 수평력과 옆 흔들림이 커진다.

그래서 건물 전체가 함께 버티는 3차원 구조 방식이 필요하다.

전도모멘트와 아웃리거

수평력이 작용하면 건물 하부에 큰 전도모멘트가 생긴다.

아웃리거는 코어와 외곽 기둥을 강성 있는 보로 연결하는 부재다.

코어가 휘려 하면 외곽 기둥에 인장과 압축 축력 쌍이 생겨 휨을 줄인다.

골조튜브와 전단지연

골조튜브는 외곽 기둥과 스팬드럴보가 강접해 건물 외피 전체가 하나의 상자로 거동하는 구조다.

이때 모서리 기둥에는 축력이 몰리고 중앙 기둥은 상대적으로 작게 받는다.

이 차이가 전단지연 현상이며, 튜브 계열 설계의 핵심 검토 항목이다.

세 시스템 비교

세 시스템은 모두 외곽 부재를 쓰지만 횡력을 받는 주체가 다르다.

아웃리거는 코어를, 튜브는 외곽 골조를, 가새튜브는 외곽 가새를 주된 저항 요소로 삼는다.

전단지연 대응도 다르다. 골조튜브는 기둥과 보 강성을, 가새튜브는 전단을 축력으로 바꾼다.

계산 예제

이번에는 간단한 계산 예제로 튜브의 전단지연 영향을 본다.

강성 비 α는 보 춤 h를 기둥 간격 s로 나눈 값이다.

주어진 s는 3.0m, h는 1.0m이므로 α는 약 0.33이다. α가 클수록 전단지연이 줄어든다.

헷갈리는 점

앞 문제의 정답은 0.5다. 1.0을 2.0으로 나눈 값이다.

시험에서는 시스템 이름과 특징을 섞어 쓰는 실수가 가장 흔하다.

튜브의 장점만 강조하고 층고 증가라는 단점을 빠뜨리면 점수를 얻기 어렵다.

정리

정리하면 초고층 구조의 핵심은 횡력 저항이다.

아웃리거는 코어와 외곽 기둥을, 튜브는 외곽 골조를 주된 저항 요소로 쓴다.

골조튜브는 전단지연을, 가새튜브는 가새 축력 저항을 함께 검토해야 한다.

층수와 평면 형태를 먼저 정해야 적합한 구조 유형을 고를 수 있다.