다음은 중달컨설팅이 고층 건물의 구조적 특징과 그 체계에 대한 관련 내용을 참고할 수 있도록 가져다 드리겠습니다.
우리나라 개혁개방 이후 건설업은 비약적인 발전을 이루었고, 최근 10 여 년 동안 우리나라는 이미 고층건물 만동을 건설하여 건축 면적이 2 억 평방미터에 달하는데, 그중에서도 대표적인 건물은 선전 지왕빌딩 81 층, 높이 325 미터와 같다. 광저우 중천 광장 80 층, 높이 322 미터; 상하이 김마오 빌딩 88 층, 높이 420.5 미터. 또 남녕시에도 1 층 빌딩을 지었다. 지왕국제상회센터, 즉 지왕빌딩 ***54 층, 높이 206.3 미터. 도시화 과정이 가속화됨에 따라 전국 각지의 고층 건물들이 끊임없이 출현하고 있으며, 토건작업 디자이너로서 고층 건물 구조 설계 특징과 그 구조 체계를 충분히 이해해야 설계를 기술적으로 선진적이고, 경제적이고, 안전하고, 안전하게 적용하고, 품질을 보장하는 기본 원칙에 도달할 수 있다.
첫째, 고층 건물 구조 설계의 특성
고층 건물 구조 설계는 저층, 다층 건물 구조와 비교해 볼 때, 구조전공은 각 전공에서 더 중요한 위치를 차지하고 있으며, 다른 구조체계의 선택은 건축 평면도의 배치, 입면도 체형, 바닥 높이, 기계관의 설정, 시공 기술의 요구 사항, 공사 기간 길이, 투자 비용의 높낮이 등과 직결된다. 주요 특징은 다음과 같습니다.
(a) 수평력이 설계의 주요 요인이다
저층 및 다층 주택 구조에서 중력으로 표현되는 수직 하중이 구조 설계를 제어하는 경우가 많습니다. 고층 건물에서는 수직 하중이 여전히 구조 설계에 중요한 영향을 미치지만 수평 하중은 결정적인 역할을 합니다. 건물의 자중 및 바닥 사용 하중이 수직 부재에서 발생하는 축 힘 및 굽힘 모멘트의 수치로 인해 건물 높이의 한 방향에만 비례합니다. 수평 하중이 구조에 미치는 전복 모멘트 및 수직 부재에서 발생하는 축 힘은 건물 높이의 두 제곱에 비례합니다. 반면, 일정 높이 건물의 경우 수직 하중은 대체로 고정 값이며, 수평 하중의 풍하중 및 지진 작용으로서 그 값은 구조 동력에 따라 크게 달라집니다.
(b) 통제 지표로 옆으로 이동
저층 또는 다층 건물과 달리 구조 측면 이동은 고층 구조 설계의 핵심 요소가 되었습니다. 건물 높이가 증가함에 따라 수평 하중 하에서 구조의 측면 변형이 빠르게 증가하여 건물 높이 H 의 4 차 정사각형에 비례합니다 (△ = QH4/8EI).
또한 고층 건물은 높이 증가, 경량 고강도 재료의 응용, 새로운 건물 형태 및 구조 시스템의 출현, 측면 변위의 급속한 증가에 따라 구조에서 충분한 강도를 요구할 뿐만 아니라, 수평 하중 하에서 구조의 측면 이동이 일정 한도 내에서 제어되도록 충분한 밀기 강성을 요구합니다. 그렇지 않으면 다음과 같은 상황이 발생합니다.
1. 측면 이동으로 인해 더 큰 추가 내부 힘, 특히 수직 부재가 발생합니다. 측면 변위가 증가하면 편심이 심해지고, 결과 추가 내부 힘 값이 특정 값을 초과하면 집 측면이 무너질 수 있습니다.
거주자를 불편하거나 당황하게하십시오.
3. 충전벽이나 건물 장식을 균열시키거나 손상시켜 기계설비관을 손상시켜 엘리베이터 레일을 변형시켜 제대로 작동하지 못하게 합니다.
4. 주요 구조 부재에 큰 균열이 생기거나 심지어 손상을 입힙니다.
(c) 내진 설계 요구 사항이 더 높음
지진에 대비한 고층 건물 구조 설계는 정상 사용 시 수직 하중, 풍하중을 고려해야 할 뿐만 아니라, 작은 지진이 나쁘지 않고 큰 진동이 떨어지지 않도록 구조에 좋은 내진 성능을 제공해야 합니다.
(d) 고층 건물의 무게를 줄이는 것이 다층 건물보다 더 중요하다
고층 건물의 자중 경감은 다층 건물보다 더 의미가 있다.
기초 지탱 능력 또는 말뚝 기초 지탱 능력을 고려할 때, 동일한 기초 또는 말뚝 기초의 경우, 집의 자중감을 줄이고 기초 비용 및 처리 조치를 증가시키지 않으면, 층수를 더 많이 만들 수 있는데, 이는 약한 토층에서 두드러진 경제적 이득이 된다.
지진 효과는 건물의 무게에 비례하며, 집의 자중을 줄이는 것은 구조의 내진능력을 높이는 효과적인 방법이다. 고층 건물의 무게가 크면 구조상 지진 전단력이 클 뿐만 아니라, 무게 중심의 지진 작용 전복 모멘트가 커서 수직 구성요소에 큰 추가 축 힘이 생겨 추가 굽힘 모멘트가 더 커집니다.
(e) 축 방향 변형은 무시할 수 없다
프레임 시스템과 프레임인 전단벽 시스템을 사용하는 고층 건물에서 프레임 내 기둥의 축 압력 응력은 종종 측면 기둥의 축 압축 응력보다 크고, 중간 기둥의 축 압축 변형은 측면 기둥의 축 압축 변형보다 큽니다. 집이 높을 때 이러한 축 변형의 차이는 더 큰 수치에 도달합니다. 그 결과는 연속 빔 중간 지지 침하와 같습니다. 따라서 연속 빔 중간 지지에서 음의 굽힘 모멘트 값이 감소하고 양의 굽힘 모멘트 값과 끝 지지의 음의 굽힘 모멘트 값이 증가합니다.
(6) 개념 설계는 이론적 계산만큼 중요하다
내진 설계는 계산 설계와 개념 설계의 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 고층 건물 구조의 내진 설계 계산은 일정한 가상조건 하에서 이루어진다. 분석 수단이 끊임없이 향상되고 분석의 원칙이 끊임없이 개선되고 있지만 지진 작용의 복잡성과 불확실성 때문에 기초토영향의 복잡성과 구조체계 자체의 복잡성으로 인해 이론 분석 계산과 실제 상황의 차이가 몇 배로 커질 수 있다. 특히 구조가 탄성 플라스틱 단계에 들어서면 구성요소 부분 균열이나 파괴가 발생할 경우 구조는 이미 일반적인 계산 원리를 사용하기가 어렵다. 실천은 설계에서 고층 건물의 개념 설계를 잘 파악하는 것도 중요하다는 것을 보여준다.
둘째, 고층 건물 구조 시스템
(a) 고층 건물 구조 설계 원칙
1. 철근 콘크리트 고층 건물 구조 설계는 건축, 설비 및 시공과 긴밀하게 협력하여 안전 적용, 기술 선진화, 경제성, 신기술, 신공예 및 신소재를 적극 채택해야 한다.
2. 고층 건물 구조 설계는 구조 선택형 및 구조에 중점을 두고, 지진 및 항풍 성능이 우수하고 경제적인 구조 체계와 평면, 입면 배치 방안을 우선적으로 선택하며, 구조 연결 강화에 주의를 기울여야 합니다. 내진 설계에서는 전체 구조에 충분한 하중력, 강성 및 연성이 있도록 구조의 전체 내진 성능을 보장해야 합니다.
(b) 고층 건물 구조 시스템 및 적용 범위
현재 국내 고층건물은 기본적으로 철근 콘크리트 구조를 채택하고 있다. 그 구조체계는 프레임 구조, 전단벽 구조, 프레임-전단벽 구조, 배럴 구조 등이다.
1. 프레임워크 구조 시스템 프레임 구조 체계는 바닥, 보, 기둥 및 기초의 네 가지 내력벽 구성요소로 구성됩니다. 보, 기둥, 기초로 구성된 평면 프레임은 주요 하중지지 구조이며, 각 평면 프레임은 연결된 빔으로 다시 연결되어 있습니다. 즉, 고층 건물에서 일반적으로 사용되는 구조 형태 중 하나인 공간 구조 체계를 형성합니다.
프레임 구조 체계의 장점은 건축 배치가 유연하고, 큰 공간을 얻을 수 있으며, 건물 입면도도 쉽게 처리할 수 있고, 구조가 자중하고, 계산 이론도 비교적 성숙하며, 일정 높이 범위 내에서 가격이 낮다는 것이다.
프레임 구조의 단점은 프레임 구조 자체가 유연성이 높고, 저항력이 약하며, 풍하중 작용에 큰 수평 변위가 발생하고, 지진 하중 작용에 비구조 부재 파괴가 심각하다는 점이다.
프레임 구조의 적용 범위: 프레임 구조의 합리적인 층 수는 일반적으로 6 ~ 15 층이고 가장 경제적인 층 수는 10 층 정도입니다. 프레임 구조는 더 큰 건축 공간을 제공할 수 있고, 평면도가 유연하여 다양한 공정과 사용에 적합한 요구 사항으로 사무실, 주택, 상점, 병원, 호텔, 학교 및 다층 산업 공장 및 창고에 광범위하게 적용되었습니다.
전단벽 구조 시스템.
고층 건물에서 주택 구조의 내측력 강성을 높이기 위해 여기에 설정된 철근 콘크리트 벽을 "전단벽" 이라고 합니다. 전단벽의 주요 역할은 전체 집의 전단 강도와 강성을 높이는 것입니다. 벽은 유지 관리 및 룸 분할 구성요소로도 사용됩니다. 전단벽 구조에서 철근 콘크리트 벽은 전체 수평 및 수직 하중을 견딜 수 있으며, 전단벽은 가로 세로 직교 배치 또는 다중 축을 따라 비스듬히 배치됩니다. 강성이 크고 공간 무결성이 우수하며 강량으로 절약됩니다. 역사적인 지진에서 전단벽 구조는 좋은 내진 성능을 보여 주고, 지진 피해가 적고, 정도도 경미하며, 주택과 호텔 객실에서 전단벽 구조를 사용하면 벽이 많고, 방 면적이 크지 않은 특징에 더 잘 적응할 수 있으며, 방을 들르지 않고 가지런하고 아름답게 만들 수 있다.
전단벽 구조 벽이 많아 면적이 큰 방을 배치하기가 쉽지 않다. 호텔 배치 로비, 식당, 회의실 등 대면적 공공 * * * 주택 요구 사항, 주거용 건물 바닥에 상점 및 공공 * * * * 시설 배치 요구 사항을 충족하기 위해 일부 바닥 또는 일부 층을 전단벽 대신 프레임하여 프레임지지 전단벽 구조를 형성할 수 있습니다.
프레임지지 전단벽에서는 하단 기둥의 강성이 작아 상하 강성 돌연변이가 형성되며, 지진 작용에 따라 하단 기둥은 큰 내부 힘 및 소성 변형을 생성하므로 지진 지역에서는 이러한 프레임지지 전단벽 구조를 사용할 수 없습니다.
프레임-전단벽 구조 시스템. 프레임 구조에 일정 수의 전단벽을 배치하여 프레임-전단벽 구조를 구성할 수 있습니다. 이 구조는 프레임 구조 배치가 유연하고 사용이 편리하며 강성이 크고 내진력이 강하기 때문에 고층 건물의 사무실 건물과 호텔에 광범위하게 적용됩니다.
실린더 구조 시스템. 건물의 층수, 높이의 증가, 내진방비 요구 사항이 높아짐에 따라 평면 작업 상태의 프레임과 전단벽으로 고층 건물 구조 체계를 구성하는 것은 종종 요구 사항을 충족시키지 못하는 경우가 많습니다. 이때 전단벽으로 구성된 공간의 얇은 벽 배럴은 수직 캔틸레버 상자 빔이 되고 기둥을 암호화하여 보의 강성을 높이거나 하나 이상의 배럴이 수평력에 저항하는 구조를 배럴 구조라고 합니다. 일반적으로 배럴 구조는
입니다(1) 프레임-실린더 구조. 대부분의 수평력, 주변으로 큰 기둥거리를 배치한 일반 프레임인 전단벽 구조를 중앙으로 배치한 전단벽 벽통은 현재 남닝시의 지왕빌딩도 이 구조를 사용하고 있다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언)
(2) 배럴 중간 튜브 구조. 배럴의 배럴 구조는 내부 및 외부 두 개의 배럴이 결합되어 있으며, 내부 배럴은 전단벽 박막 배럴이고, 외부 배럴은 밀기둥 (일반적으로 기둥 거리가 3 미터보다 크지 않음) 으로 구성된 상자통입니다. 외부 기둥은 매우 촘촘하고, 보 강성이 크고, 문 밀폐 개구부 면적이 작기 때문에 (일반적으로 벽 면적 50 보다 크지 않음), 상자통 작업은 일반 평면 프레임과 다르며, 공간 전체가 잘 작동합니다. 다공성 수직 상자형 빔처럼 바람 저항과 내진성이 우수합니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure 현재 국내에서 가장 높은 철근 콘크리트 구조는 상하이 김모빌딩 (88 층, 420.5 미터), 광저우 중천광장빌딩 (80 층, 320 미터) 과 같은 모두 통중관 구조를 채택하고 있다.
(3) 빔 튜브 구조. 평면 내에 여러 전단벽 얇은 벽 배럴을 설정합니다. 각 배럴은 비교적 작으며, 평면 모양이 복잡한 건물에 많이 사용됩니다.
(4) 거대한 구조 체계. 거대한 구조는 몇 개의 거대한 기둥 (일반적으로 엘리베이터 우물이나 넓은 면적의 물리적 기둥으로 구성됨) 과 거대한 빔 (몇 층이나 10 여 층마다 하나, 보 단면은 일반적으로 1 ~ 2 층 높이를 차지함) 으로 구성된 거대한 프레임으로, 주요 수평력과 수직 하중을 견디고, 나머지 바닥 보, 기둥은 2 차 구조를 구성하며, 단지 바닥 하중을 1 차 프레임 구조로 전달하는 것입니다. 이 구조의 2 차 구조 보 기둥 단면이 작기 때문에 건물 배치에 더 큰 유연성과 평면 공간이 있습니다.
위에서 설명한 몇 가지 구조 체계 외에도 쉘, 서스펜션, 멤브레인 구조, 그리드 등과 같은 다른 구조 형태도 적용될 수 있지만 현재 가장 널리 사용되는 구조는 프레임, 전단벽, 프레임-전단벽 및 배럴과 같은 네 가지 구조입니다.
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