초고층 아웃리거 시스템

아웃리거란

-중앙부 코어와 외부기둥을 매우 높은 강성을 갖는 캔틸레버 형태의 트러스나 벽체로 연결한 것.

-밑 그림과 같이 수평력 작용 시 아웃리거를 통해 코어벽체에 발생하는 모멘트의 일부를

 외부기둥의 인장력과 압축력으로 전달하게 된다.

-수평력 저항에 외주부 전체폭을 사용하여 구조적으로 매우 효율적이다. (구조물량 감소 효과)

 

 

아웃리거 시스템의 기본계획

건물이 높아질수록 코어벽체만으로 수평력을 저항하도록 계획하는것은 매우 비경제적이다.

아웃리거를 함께 적용함으로써 코어의 모멘트와 건물 수평변위를 상당량 저감시킬 수 있다.

아웃리거 시스템은 코어벽체와의 상호작용을 통해 그 기능을 발휘할 수 있으나,

이 경우에도 코어벽체는 건물에 발생하는 모든 전단력을 저항해야 한다.

*따라서 전단력에 비해 전도모멘트의 영향이 상대적으로 큰 세장한 고층 건물에서

 아웃리거 시스템의 효과는 극대화 될 수 있다.

 

아웃리거의 적용형태

Place Victoria Tower : 몬트리올, 아웃리거 초기 적용 시작.

First Wisconsin Center : 밀워키, 아웃리거 초기 적용 시작.

-철골트러스형태(이질재료에 의한 공종 간섭 배제)

-콘크리트아웃리거벽체

-포스트텐션 아웃리거 시스템(콘크리트벽체의 인장응력에 대한 성능 개선)

-콘크리트 트러스 아웃리거

-아웃리거벽체와 기둥 연결부위에 감쇠장치 설치(풍응답을 저감)

 

코어와 외부기동 연결하는 아웃리거를 즉시 체결할 경우 > 축소량의 차이 > 부가응력 발생

콘크리트아웃리거벽체를 적용할 경우 콘크리트 전단력의 5배 이내로 강도가 제한됨 > 큰 두깨 우려

후타설을 위한 지연스트립을 도입 > 전단마찰 철근이 과도하게 요구

 

아웃리거의 배치 및 기둥 계획

-개소와 위치, 경간-높이비로 표현한 아웃리거의 강성, 벨트시스템의 병용여부에 따른 분류

  25~35층마다 1개소의 아웃리거 적용(아웃리거는 기계실, 전기실, 피난층으로 이용)

  n개의 아웃리거인 경우 전체높이를 n+1등분한 위치에 아웃리거를 배치. (Taranath의 권장)

  아웃리거는 적절한 강성을 확보하기 위해 2~3개층에 걸쳐 설치됨.

  아웃리거는 절대적인 높이보다 경간-높이비와 직접적인 관련이 있음.

-아웃리거에 연결되는 외부기둥은 벨트트러스/벨트벽체로 열결하여 일체화 됨.

  아웃리거가 연결되는 부분으이 축강성을 높이기 위해 메가기동을 함께 적용.

    >수평하중과 중력하중을 동시에 저항함.(부등처짐과 구조적인 효율성을 가짐)

 

 

아웃리거 접합부

경제성과 시공성 향상을 위해서는 보다 용이한 접합부를 구현하는 것이 중요함.

 

아웃리거 트러스와 기둥 접합부

일반적으로 외부기둥은 코어벽체보다 작용응력이 크다. > 부등축소 발생.

아웃리거 트러스를 즉시체결하게 되면 부등축소로 인한 아웃리거에 과도한 응력 발생.

-지연접합: 구조물의 시공 중에 아웃리거 단부와 연결되는 기둥 접합부 분리 후, 이후 영구접합.

                 >시공중 발생하는 수평력에 의한 하중을 코어벽체가 모두 부담.(시공비 상승)

-조절접합: 부등축소 해소, 시공 중 수평하중에 저항. 심플레이트 공법이 주로 이용.

                아웃리거와 외부기둥 사이의 갭이 1~2mm정도 유지되도록 철판으로 보정.

-댐퍼를 이용한 기존의 조절접합을 개량.

 

아웃리거 트러스와 코어벽체의 접합부

(아웃리거의 시공에서 가장 복잡하고 어려운 부분)

코어벽체의 모멘트를 외부기둥으로 전달하는 과정에서 아웃리거트러스에 모멘트와 전단력 이동 발생.

이 힘은 아웃리거와 연결된 코어벽체에서 지지되어야 한다.

 

 

A에서 D로 갈수록 시공성이 저하되고 코어내부의 개구부 형성이 어려워진며, 구조물량이 증가함.

많은 건물에서 가장 복잡한 형태인 D형을 적용하고 있고, 나머지 B형과 C형 상세가 채택되고 있다.

  >구조계획시 아웃리거의 강성이 크게 요구된 것이 이유로 보인다. (안전측의 설계 수행 가능성)

 

접합 및 시공의 간소화를 위하여 상하현재가 코어를 완전히 관통하지 않는 형태의

코어 매립부 상세가 설계되고 적용되기도 한다.

 

 

기타 고려사항

초고층건물에서는 공기를 단축할 수 있는 설계기술이 매우 중요하다.

  >아웃리거 시공에서 1개소당 2~3개월의 공사기간이 소요된다.

좌굴이 단면의 형상 선정에 영향을 미치게 된다.

 

 

 

 

아웃리거 적용위치에 따른 최적 아웃리거 강성과 관련한 경간-높이비 및 아웃리거 부재의

단면 크기 상관관계에 대한 연구가 필요함.

코어 매립부의 상세를 간소화하여 경제성과 시공성을 확보하며, 철골과 콘크리트 공사간의

간섭을 최소화할 수 있는 공기단축형 아웃리거시스템의 개발이 필요하다.