탑다운 공법을 적용한 초고층 건물의 기둥축소량 해석에 관한 연구

Abstract

초고층 건물은 수직부재 간 부등축소로 인하여 구조적, 사용성 측면에 영향을 받을 수 있어 기둥축소량이 고려되어야 한다. 최근 국내의 도심지에서 초고층 건물을 시공하면서 도심지의 부족한 부지 활용을 극대화하고 공사 기간을 단축하기 위하여 탑다운 공법을 적용하는 프로젝트가 증가하고 있다. 탑다운 공법은 순타 공법과 달리 슬래브를 건물의 흙막이 지보공으로 이용하면서 상층, 하층을 동시에 시공하는 방식으로 지하층에서 슬래브가 기둥보다 먼저 형성되므로 기둥축소량 해석에 이러한 점을 반영할 필요가 있다. 본 연구에서는 탑다운 공법을 적용하여 61층 초고층 건물을 MIDAS Gen의 시공단계해석 기능을 이용하여 기둥축소량 해석을 진행하였으며 순타 공법을 적용한 기둥축소량 해석과 비교하였고 PCA 알고리즘을 수정하여 Matlab 기반 CSA-Mat 프로그램을 구현하여 해석 비교검증을 한 결과는 다음과 같다.

1) 탑다운 공법을 적용하여 기둥축소량 해석을 수행하면 탑다운 공법 특성상 슬래브가 선 시공 된 후 재하 되기 때문에 지하층의 슬래브 타설 전 축소량이 발생하지 않으나 탑다운 공정이 끝날 때부터 탄성 축소, 크리프 축소, 건조수축 축소가 순타 공법과 거의 동일하게 발생하여 전체축소량으로 비교하였을 때 차이가 미미하였다. 슬래브 타설 전 축소량은 99.58%의 유사성을 보였고 슬래브 타설 후 축소량은 99.94%의 유사성, 전체 축소량은 99.61%의 유사성을 보였다.

2) 지하층 전체 축소량에 대하여 탑다운 공법을 적용한 해석 결과와 순타 공법을 적용한 해석 결과를 비교하면 탄성 축소량은 약 99%, 크리프 축소량은 약 98%로 유사하고 건조수축 축소량은 100% 유사하여 순타 공법에서 건조수축의 슬래브 타설 전 축소량이 탑다운 공법을 적용할 시에 슬래브 타설 후 모두 발현되는 것을 알 수 있었다.

3) PCA 알고리즘을 수정하여 Matlab 기반 전산프로그램 CSA-Mat를 구현하여 Midas Gen의 해석결과와 비교 검증한 결과 슬래브 타설 전 축소량이 약 112%, 슬래브 타설 후 축소량이 약 128%, 전체 축소량이 약 115% 차이를 보이는데 이는 지하층의 SRC 부재에 대한 계산 방식의 차이라고 사료 되며 추후 실제 계측 값과 비교를 통한 SRC 부재의 비탄성 변형에 대한 검토가 필요하다.

Tall buildings may be affected due to differential shortening between vertical members, so column shortening should be considered, in the structural and serviceability aspects. Recently, while constructing high-rise buildings in downtown areas in Korea, the top-down method is applied to maximize the use of land in the downtown area and shorten the construction period. Unlike the general method, the top-down method uses the slab as a retaining work for the building while constructing the upper and lower floors at the same time. Since the slab is installed before the column in the basement floor, it is necessary to consider this point in the column shortening analysis. In this study, the top-down method was applied and the column shortening analysis was performed for a 61-story tall building using the construction stage analysis function of MIDAS Gen, compared with the analysis of column shortening applied by the general method. By modifying the PCA(Portland Cement Association) algorithm, the Matlab-based CSA-Mat program was implemented and verified. The conclusion is as follows 1) When the column shortening analysis is performed by applying the top-down method, the up to slab installation shortening in the basement floor does not occur because the slab load is loaded after the slab installed due to the nature of the top-down method. From the end of the top-down process, elastic and inelastic shortening occurred almost the same as in the general method, and the difference was insignificant at about 99% compared to the total shortening. 2) Comparing the analysis results applying the top-down method to the total shrinkage of the basement floor and the analysis results applying the general method, the elastic shortening is about 99% and the creep is about 98%, which is similar, and the shrinkage is 100% similar, so it can be seen that the shrinkage up to slab installation shortening in the general method is all expressed subsequent to slab installation shortening when the top-down method was applied. 3) The PCA algorithm was modified and the Matlab-based program CSA-Mat was implemented and compared with the analysis results of Midas Gen. As a result, up to installation shortening was about 112%, sub to installation shortening was about 128%, and the total shortening was about 115% difference, which is considered to be a difference in the calculation method for the SRC elements in the basement. in the future, it is necessary to review the inelastic shortening of the SRC elements through coparison with the actual measured values.