하부 모듈은 축력힌지로 연결되어 상-하 전달층만의 수직하중을 부담하게 되어, 전층에 걸쳐 비교적 균일하고 작은 단면으로 설계가 가능할 뿐만 아니라 전달층(transfer floor)과 전달층 사이의 공간을 독립적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
초대형 기둥에 의하여 횡력에 대응하는 구조체로써 고층부 및 중층부의 하부층에 전달층을 두어 저층부와 지상에서의 시원함을 제공함과 동시에 활용도를 극대화하는 장점이 있다.
(5)구조체의 조립방식에 의한 분류
1)튜브 시스템(tube system)
1.튜브 시스템
①프레임 튜브:세계 무역센터(미국)
②프레임 튜브+brace truss:존 행콕 센터(미국)
③프레임 튜브+코어:센트럴 플라자(홍콩)
④프레임 튜브+코어튜브(tube in tube):랜드마크 타워(일본)
⑤묶음 튜브(bundle tube):시어스타워(미국)
2)슈퍼구조 시스템(maga column system)
①메가 칼럼(mega column)+메가 코어(mega core):진 마오 빌딩
②메가 칼럼(mega column)+메가 브래이스(mega brace):대만 국제 금융센터
(6)재료의 조합에 의한 분류
①RC 튜브+RC코어(브레이스 코어)+아웃리거보
②스틸 튜브+RC코어(브레이스 코어)+아웃리거보/트러스
③SRC(합성) mega column+RC코어(브레이스 코어)+아웃리거보/트러스
④SRC(합성) mega column+RC코어(브레이스 코어)+steel mega brace
튜브구조 형식은 RC, SRC, S조 등 대부분 구조형식에 적용되어지고 있으나, SRC, RC구조가 특히 많다. 또한 슈퍼구조(mega column) 형식에는 SRC, CFT 구조가 많이 적용되고 있으며, 브레이스를 이용한 형식은 철골구조에 대부분 적용하고 있다. 이 브레이스 형식은 최소한 골조부재를 사용하는 가장 경제적인 구조이다. 아웃 리거 보와 벽 그리고 벨트 트러스를 사용하는 형식은 횡강성을 증대시키는데 유리한 시스템으로서, RC, SRC, S조등 모든 구조에 적용되고 있다.
같은 구조라도 재료가 철근콘트리트와 철골조의 주거시설에 적용할 경우 풍력에 대하여 RC구조나 CFT구조가 구조적으로 흔들림에 대하여 장점이 있으며, 공사비 측면에서도 RC구조가 가장 경제적이다. 그러나 지진이 많이 발생하는 지역에서는 RC구조가 고유주기가 대략 2~3초로 짧기 때문에 9~15초의 고유주기를 가지는 S조가 지진에는 유리하다. 따라서 지진, 바람에 대한 고유주기, 강성 여부와 사용시설의 grade up을 위한 제어시설(damper)등을 고려한 최적 구조시스템 판단이 필요하다.
4.제진장치
최근 거주의 쾌적성에 대한 관심이 높아지고 있다.
이로써 건물의 지진동, 풍진동, 공해진동에 대한 제어시설이 요구되어지기도 한다. 특히, 초고층 건축의 경우 풍진에 의한 횡방향 가진력의 진동제어는 주거성과 관련하여 더욱 강조되고 있다.
일반적으로 탑상구조물의 최상부에 흔들림의 고유주기가 구조물의 고유주기와 일치하는 진자를 설치하면 건물이 바람등에 의해 흔들리기 시작함과 동시에 진자가 추가 진동하여 추의 수평반력이 설치바닥판의 움직임과 역방향으로 작용하여 건물의 진동을 저감하는 효과가 있다.
이러한 원리를 이용한 제진장치는 관관타워의 바람에 의한 흔들림 대책 등으로 적용한 사례를 시작으로 오늘날 대부분의 초고층 건축물에는 이와 비슷한 원리의 제진장치를 설치하고 있다 .
(1) 진동제어 시스템의 종류와 형식
1) TMD(tuned mass damper)
:진동감쇠장치를 이용하여 휨방향 비틀림 현상을 제어
2) HMD(hybrid mass damper)
:질량체를 이용하여 능동, 수동제어의 동시 사용
3) AMD(active mass damper)
:질량체를 이용한 능동제어 방식
4) TLD(turned liquid damper)
:단단한 집수통에 일정량의 액체를 삽입후 움직임으로 진동흡수)
5) ABS(active bracing damper)
:건(tendon)을 이용한 건물 자동제어
6) OIL DAMPER, VISCOUS-SHEAR DAMPER
(2) 초고층 건축물의 사용 사례
건물명
높이
구조
용도
제진장치
랜드마크타워
256
S(SRC)
사무실,호텔
TAD
링쿠게이트 타워
255
S
사무실,호텔
AMD
신주쿠 파크 타워
210
S
사무실,호텔
HMS
세계무역센터
417
S
사무실
VSD
klcc
452
SR(복합)
사무실
TMD
5.초고층 건물의 구조사례
(1)센트럴 플라자-홍콩
1.구조형식:RC(프레임 큐브)
2.층수:지하3층, 지상 78층-308M
3.구조내용:
전달층(transfer floor) 상부는 튜브구조, 하부는 기둥간격을 두배로 두어 오픈 스페이를 두었으며, 코어는 수평력, 기둥은 수직력을 부담하도록 하였다. 전단벽은 기초 부위에 1.3m, 콘크리트 강도 40~60Mpa로 타설 되었다.
(2)페트로나스타워-말레이시아
1.구조형식:RC(프레임 큐브)+RC(코어)
+RC(아웃리거)
2.층수:지하6층, 지상 92층-452M
3.구조내용:
코어월은 약 350mm로 일정하게 되어있으며, RC구조로서 강성이 크기 때문에 풍력에는 강하나 지진에 대해서는 약하며, 횡력저항 시스템으로는 아웃리거를 가진 전단구조벽으로 구성되어 있다.
콘크리트강도 80Mpa의 고강도콘크리트를 사용하여 시공되었다
(3)시어스타워-미국
1.구조형식:번들튜브,S조
2.층수:지하3층, 지상 110층-443M
3.구조내용:
번들 튜브를 적용한 유형으로 튜브의 성능을 증가하기 위하여 하부에서9개 구획으로 시작, 상부층을 2개 구획으로 묶음 튜브로 하여 기둥에 종방향으로 보 강판을 넣은 것과 같은 구조이다. 높아지면서 계단형태의 입면으로 좁아지면서 풍력에 대해 최적의 형태이다.
(4)중국은행 빌딩-홍콩
1.구조형식:SRC+철골(mega column)
+CFT(maga brace)
+STEEL(mega truss)
2.층수:지하2층, 지상 70층-367M
3.구조내용:
세장한 초고층 건물로서 횡력에 대한 경제적인 대응방법으로 중량을 4m의 거대한 기둥이 지지하는 시스템이다.
주부의 대각선 브레이스는 외주부 바닥하중을 지지하여 기둥에 전달한다.