Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
0
2009 건설기술 한마당2009 건설기술
한마당
Wind-Induced Vibration Control for High-rise Buildings
Ji-Seong Jo, Researcher, R&D Center, POSCO E&CHyun-Bae Kim, Senior Vice President, R&D Center, POSCO E&CJong-In Lee, Researcher, R&D Center, Group Leader
2009.07.10
1
2009 건설기술 한마당
R&D센터 비전 및 조직현황
2009년 주요연구과제 현황
Introduction
Wind Tunnel Test
Mitigation of Vibrations of Tall Buildings
Recent Applications
Comments
CONTENTS
2
2009 건설기술 한마당R&D센터 비전 및 조직현황
1. 비전
회사
성장
및
가치향상에
기여하는
Global Technology Leader회사
성장
및
가치향상에
기여하는
Global Technology Leader비 전
전 략전 략 미래성장사업핵심기술
선점
미래성장사업핵심기술
선점Global
연구역량
확충
Global연구역량
확충고효율
연구인프라
구축
고효율
연구인프라
구축
목 표 철강플랜트
기술
세계
1위, 건설기술
국내
1위
실현철강플랜트
기술
세계
1위, 건설기술
국내
1위
실현
-FINEX, 장대교량, 초고층,
신재생에너지
등
핵심기술
개발
-프로젝트
생산성
향상
및
원가절감
-
고급
기술인력
육성/확보
- 글로벌
Network 구축
- R&D 연구역량
강화
-
사업전략을
선도하는
기술발전
추진
- 연구, 기술정보, 현장지원의
고도화
- 첨단
연구시설의
체계적
구축
R&D센터
기술기획그룹
기술연구소
토목연구그룹 건축연구그룹 플랜트연구그룹 녹색환경연구그룹
구분 기술기획기술연구소
소계 합계토목 건축 플랜트 녹색환경
인원 11명 9명 9명 9명 12명 39명 50명
2. 조직현황
3
2009 건설기술 한마당
2009년
주요연구과제 현황
구 분 기술
명 비 고
플랜트
• 고로
Vent Gas Compressor 대체기술
개발
• FINEX 환원로
Scale-Up 설계기술
• 터빈
계통설계
계산서
전산화
• 수재설비
증기응축시스템
기술개발
• FINEX 환원로 환원반응 및 열 특성 해석모델
개발
• 태양광발전의
계통연계
최적
운전기준
정립
• 풍력발전
단지개발을
위한
풍황분석
및
발전량
산출
토목
• 경전철시스템
종합
시뮬레이션
개발
• 경량전철
건설공정
및
시공절차
표준화
• 교량의
스마트
제진시스템
기술개발
• 일체
긴장시스템을
이용한
PSC교량
구조개발
건축
• 초고층
냉방에너지
절감형
외피/평면
개발
• SMART Security System
• 초고층
건물
풍진동
모니터링
시스템
구축
• 공동주택
세대간
고차음
건식벽체
개발
• 초고강도
콘크리트용
자기수축저감
기술개발
• 해안구조물용
고내구성
콘크리트의
현장적용시스템
개발
4
2009 건설기술 한마당Introduction
Dynamic Load(1)
Dynamic Load(2)
Dynamic Loads ⇒ Induce Vibration of the Building
Wind & Structure
5
2009 건설기술 한마당Introduction
Across Wind Vibration Occurs칠레
Alejandro Selkirk Island(Robinson Crusoe Island) 위성
구름
사진(1998)
섬
지름: 1.5 km섬
높이: 1.6 km
Vortex Shedding은 일정한 주기로 발생
If Vortex frequency ≅Natural frequency of the Building
⇒ Resonance
Wind
Vortex Shedding & Building
6
2009 건설기술 한마당IntroductionProblems of Wind Induced Vibration
구토, 어지러움, 현기증 ?
7
2009 건설기술 한마당
Wind Tunnel Test Wind Tunnel Test
To Estimate Wind Induced VibrationScaled Model Using Similarity Principle(≈
1/400 for 40 ~ 70 story)
Rotating Model Tables from 0O to 360O
Considering Construction Stage
Configuration1 : 2010 Configuration2 : 2014
8
2009 건설기술 한마당
Criteria for Habitability : Top Story Acceleration
ISO6897 Guideline (1984)
Wind Tunnel Test
9
2009 건설기술 한마당
국내외
사용성
평가
기준
적용
사례
요약
프로젝트 NO 규 모 용 도 구조
시스템 사용성
평가기준
송도
아시아
타워 1 지하4층, 지상65층 업무시설 RC core + Outrigger + Mega Column NBCC
Lotte
Super Tower 2 지하4층, 지상112층 업무시설 RC core + Steel Diagrid ISO 6897
SK 을지로
빌딩 3 지하6층, 지상33층 업무시설 RC core NBCC
동부
금융센터 4 지하7층, 지상35층 업무시설 철골연성
모멘트
골조
+ 가새골조 ISO 6897
I-PARK 삼성동 5 지하3층, 지상46층 주거시설 RC core ISO 6897
타워팰리스
I 6 지상66층 주거시설 Outrigger Belt Truss NBCC
타워팰리스
II 7 지하6층, 지상57층 주거시설 Outrigger Belt Truss NBCC & ISO 6897
메리츠
화재
강남사옥 8 지하6층, 지상30층 업무시설 가새골조 ISO6897
부산
해운대
하이페리온 9 지상42층 주거시설 RC core NBCC
여의도
메리어트 10 지하5층, 지상34층 호텔 RC core ISO6897
Land Mark Building in DMC 11 지하7층, 지상120층 업무시설 RC core + Outrigger NBCC
IT Complex 13 지상22층 업무시설 RC core ISO 6897
부산해운대
센텀오피스텔 - 지상38층 업무시설 RC core ISO 6897
마포구
주상복합(오피스) - 지상40층 업무시설 RC core ISO 6897
남산트라펠리스(오피스) 12 지상28층 업무시설 RC core ISO 6897
서울
동자동
주상복합(오피스) - 지상30층 업무시설 RC core ISO 6897
송도국제
업무단지 - 지상35층 업무시설 RC core ISO 6897
Burj
Dubai 14 지상160층 업무,호텔,주거 RC core + Outrigger + Mega Brace ISO 6897
Taipei 101 15 지하5층, 지상106층 업무시설 Mega Column + Outrigger ISO6 897
Jin Mao Building 16 지상88층 업무시설, 호텔 Mega Column + Outrigger NBCC
Cheung Kong Center 17 지상62층 업무시설 RC core + Outrigger Belt Truss NBCC
North East Tower 18 지상90층 업무시설 Mega Column + Outrigger Belt Truss NBCC & ISO 6897
송도
125BL 주상복합 19 지상64층 주거시설 RC Core + RC Outrigger Belt Truss AIJ
Wind Tunnel Test
10
2009 건설기술 한마당Mitigation of Vibrations of Tall Buildings
[B.J. Vickery, N. Isyumove & A.G. Davenport, “The Role of Damping, Mass and Stiffness in the Reduction of Wind Effects on Structures”, 5th Colloquium, Germany, Jun 14-16, 1982]
Acceleration v.s. Mass(M), Stiffness(K) and Damping(ζ)
11
2009 건설기술 한마당Mitigation of Vibrations of Tall Buildings
Reducing Wind Effects : Aero Dynamic Shape
Tapered, Twisted, Tilted
12
2009 건설기술 한마당
degree 230
1.E-05
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-02 1.E-01 1.E+00uB/UH
nSf(n)/(qHBH)2
upwind buildings
no upwind buildings
R=5
진동수(f)증가
풍하중감
소
<Tower Palace 1><Tower Palace 1> <Taipei 101, Taiwan><Taipei 101, Taiwan>
Mitigation of Vibrations of Tall Buildings
Increasing Stiffness : Structural Systems
13
2009 건설기술 한마당
Direct damping increaseDirect damping increaseViscoelasticViscoelastic DamperDamperViscous Fluid DamperViscous Fluid DamperYield Device (Metallic Damper)Yield Device (Metallic Damper)Friction DamperFriction Damper 등등
Indirect damping increaseIndirect damping increase동조질량감쇠기동조질량감쇠기 (Tuned Mass Damper)(Tuned Mass Damper)동조액체감쇠기동조액체감쇠기 (Tuned Liquid Damper)(Tuned Liquid Damper)
Mitigation of Vibrations of Tall BuildingsIncreasing Damping
14
2009 건설기술 한마당
• Outside : twelve 50-story buildings• Inside : eight 42-story buildings • Structural system : shear wall + outrigger + belt wall
View from the Southwest View from the North
Recent Applications
the # Centum Park : Busan 2005
15
2009 건설기술 한마당
H
tM
xM
yM
zM
xn
yn
zn
ξ
Item ValueMax. height(m) 121.7Total mass(tonf) 3,565Generalized mass in x dir.(tonf) 1045Generalized mass in y dir.(tonf) 1055Generalized mass in z dir.(tonf-m) 159 720Frequency in x dir.(Hz) 0.516Frequency in y dir. (Hz) 0.471Frequency in z dir. (Hz) 0.802Damping ratio(%) 2
Recent Applications
TMD Design & Installation
μγ
tξmaxd
eqξΔ
Parameter symbol valueMass ratio 0.0098
Frequency ratio 0.99Damping ratio 0.0596
Max. stroke(mm) 300Total damping ratio 0.035
Dynamic properties of the TMD
Dynamic properties of the BuildingParameter Specification
Mass 100 tonTotal mass 120 ton
Natural frequency
99% of the building’s natural frequency(0.516Hz) (tuninog range -20%~+10%)
Stroke +/- 300 mmDimension 5.9m x 5.3m x 2.6m(H)TMD Room 8.0m x 7.0m x 3.5m(H)
TMD Specifications
⇒ About 40% reduction
16
2009 건설기술 한마당Recent Applications
the#1st
World (125BL)
구조·층수 : RC (무량판구조), 64층
입주 시기 : 2009년 2월 (2,654세대)
적용 기술 : 코어 선행공법, ACS FORM 적용기둥 축소량 관리 기술최적배관 조인트 시스템고강도 콘크리트 : 80Mpa (벨트월)
the # 1st World : Song-Do
17
2009 건설기술 한마당
Tower 동별 AIJ 2004 규준과의비교 (MotioneeringCommissioning, ’09.01.29)
: 풍진동제어기필요동/ 성분
⇒
실제구조물의강성증가에의한
풍진동예
측치감소
Recent Applications
18
2009 건설기술 한마당
Total Floor Area HeightConstructionArchitectural DesignStructural DesignSlenderness Ratio
: 141,900 m2
: B4F ~ 37F (185.6m ): ’07.01 ~ ’10.03: Nikken Sekkei (Japan): MIDAS IT (Korea): 4.68
Office TowerRent Tower
Recent Applications
POSCO E&C Headquarter Building, Song-Do, Incheon
19
2009 건설기술 한마당
Preliminary Design Results (TMD)
6,000
6,000
4,000
5,000
5,000
2,500
• RENT TOWER
TOWER TMD Mass(ton)
Size (cm)W B H
RENT X – Dir. 150 600 600 400Y – Dir. 150OFFICE X – Dir. 40 500 500 250Y – Dir. 80
• OFFICE TOWER
Recent Applications
μγ
+=
11
optμ
μξ31
2/321
, +=optt 2/1
2/21
μμξ+
=Δ eq
optγ
optt ,ξ
μeqξΔ
= ratio of natural frequency(TMD/1st mode) = damping ratio of TMD= increased equivalent damping ratio of building= ratio of the mass (TMD/1st modal mass)
20
2009 건설기술 한마당
1tanh
2TLD
g hf
L Lπ π
π⎛ ⎞
= ⎜ ⎟⎝ ⎠
▶ Natural Freq. of Rectangular TLD :
12,000
9,000
4,000
13,000
9,000
4,000
8,000
4,000
4,000
9,000
7,000
4,000
Preliminary Design Results (TLD, Tuned Liquid Damper)
TOWER Water Mass(ton)
Size (cm)L B H Water
LevelRENT X – Dir. 224 900 1,300 400 216
Y – Dir. 219 900 1,200 400 215OFFICE X – Dir. 61 800 400 400 222
Y – Dir. 118 900 700 400 220
• OFFICE (X)
• OFFICE (Y)
• RENT (X)
• RENT (Y)
Recent Applications
21
2009 건설기술 한마당
4,0004,000
2,500
3,000
3,000
2,000
Preliminary Design Results (AMD)
TOWER AMD Mass(ton)
Size (cm)
L B H
RENTX – Dir. 97
400 400 250Y – Dir. 100
OFFICEX – Dir. 39
300 300 200Y – Dir. 64
• RENT TOWER • OFFICE TOWER
Recent Applications
22
2009 건설기술 한마당
8,500 10,500
7,000
6,300
6,500
6,000
XX--Dir.Dir.YY--Dir.Dir.
XX--Dir.Dir.YY--Dir.Dir.
Preliminary Design Results (TMLD)
TOWER TMD Mass(ton)
Size (cm)W B H
RENT Y – Dir. 62 650 630 600OFFICE X – Dir. 231 1,050 850 700
TOWER Water Mass(ton)
Size (cm)L B H Water
LevelRENT X – Dir. 62 650 630 600 150
OFFICE Y – Dir. 231 1,050 850 700 250
▶ TMD Direction
▶ TLCD Direction
• RENT TOWER • OFFICE TOWER
Patent No : 10-2008-0029419
Recent Applications
23
2009 건설기술 한마당
PerformancePerformance
SpaceSpace
ManufactureManufacture
Structure Structure reinforcementreinforcement
CostCost
MaintenanceMaintenance
Tuning RangeTuning Range
InstallationInstallation
ITEMITEM TMDTMD TLCDTLCD TMLDTMLD
TotalTotal
Comparisons
Recent Applications
24
2009 건설기술 한마당
BSG
5A
BSG
5A
BSG3A
BSB2 BSG
5A
BSG1A
BSG
6
BSB2
BSG1
BSG2
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSG
7A
BSG
4A
BSG
4
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSG
4A
BSG3A BSG3 BSG3A BSG3B
BSG1
BSG
7B
SG
6
BSG
5
BSG
5
BSG
7
BSG3
BSG2ABSG2
BSG
7B
SG
6
BSG
5
BSG
6
BSG
4B
SG
8 BSG
8
BSG8
BSG8
BSG2B
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSB
1
BSC
G1
BSB
5
BSC
B1
BSB
5A
BSB6B BSB6ABSB6
BSB
1B
SB
1
BSG3
BSB
5
BSG8
BSC
G1A
BSG
5A
BSB2
BSG3
BSG3
BSB3 BSB3
BSB3
BSG3A
BSB2BSB2
BSB5
BSB
5
BSB
1
BSB
1
BSG2A
BSB
5
BSB
5
ASB5
ASG
5A
ASG
5A
ASG3
ASG3AASG3ASG3A
ASB3ASB2
ASB2
ASG
5A
ASG1A
ASG
6
ASB2ASB2
ASG1
ASG2
ASB
1
ASB
1
ASB
1
ASB
1
ASB
1
ASG
7A
ASB
1
ASB
1
ASB
8
ASG3AASG3ASG3AASG3B
ASG1
ASG
7ASG
6
ASG
5
ASG
5
ASG
7
ASG3
ASG2A ASG2ASG
7ASG
6
ASG
5
ASG
6
ASG8ASG8
ASG2B
ASB
1
ASB
1
ASB
1
ASB2ASB3
ASC
G1
ASB
5
ASC
B1
ASB
5A
ASB6BASB6A ASB6
ASB
5
ASB8
ASB
1
ASG3
ASB
5
ASG8
ASB
8
ASB
8
ASB
8
ASB7ASB7 ASB7
ASG
4A
ASG
4
ASG
4A
ASG
4
ASB
1
ASB
1
ASG2A
ASC
G1A
ASB3
ASG
5A
ASB7
ASG
4
ASG
4
ASB
5
ASB
5
ASG8
BSG2B
ASG
5
ASB
8
ASB
8
ASB7 ASB7 ASB7
ASB
8
ASB
8
ASB7ASB7ASB7
ASB
8
ASB
8
ASB
8
ASB7ASB7 ASB7 ASB7
ASB
8
ASB
8
ASB7 ASB7 ASB7
ASB
8
ASB
8
ASB7ASB7ASB7
BSG
5ASB
8
ASB
8
ASB
8
BSB3
Control Room : 12.5m x 11.5m x 8m(H)
Control Room: 9m x 8m x 8m(H)
Layout of TMD• RENT TOWER • OFFICE TOWER
Recent Applications
25
2009 건설기술 한마당Comments
Natural frequency difference between model and completed building
High-rise steel buildings are more sensitive to dynamic wind loads. : Low Damping Ratio
RC core is more advantageous.: Increased Lateral Stiffness & Total Mass
DB on dynamic properties of high-rise buildings is needed