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응용 요소법을 이용한 초고층 건물의 축소 모델링 연쇄붕괴 해석

Reduced Degree of Freedom Modeling for Progressive Collapse Analysis of Tall Buildings using Applied Element Method
콘크리트학회 논문집 제26권 제5호, 2014.10, 599-606 (8 pages)
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초록
Since progressive collapse of tall buildings can cause enormous damage, it should be considered during the design phase of tall buildings. The progressive collapse analysis of tall buildings using finite element methods is almost impossible due to the vast amount of computing time. In this paper, applied element method was evaluated as an alternative to the finite element method. Reduced DOFs modeling technique was proposed to enable the progressive collapse analysis of tall buildings. The reduced DOFs model include only the part which is subjected to direct damage from blast load and the structural properties such as mass, transferred load and stiffness of excluded parts are accumulated into the top story of the reduced DOFs model. The proposed modeling technique was applied to the progressive collapse analysis of 20-story RC building using three collapse scenarios. The reduced DOFs model showed similar collapse behavior to the whole model while the computing time was reduced by 30%. The proposed modeling technique can be utilized in the progressive collapse analysis of tall buildings due to abnormal loads.

초고층 건물의 연쇄붕괴는 큰 피해를 발생시키므로 초고층 건물의 설계 단계에서 반드시 고려해야할 사항이다. 유한요소법을 이용한 초고층 건물의 연쇄붕괴 해석은 해석 시간이 지나치게 많이 소요되어 사실상 불가능하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 유한 요소법의 대안으로 응용 요소법을 이용한 연쇄붕괴 해석의 유용성을 살펴보았다. 초고층 건물의 연쇄붕괴 해석을 위하여 규모 축소 모델링 방안을 제안하였다. 제안한 규모 축소 모델링 방안은 폭파하중의 직접적인 피해를 받는 부분만 해석모델에 포함하고 제외되는 나머지 부분의 질량과 전달하중 그리고 강성은 하나의 층에 집중시키는 방법이다. 20층 고층 철근콘크리트 건물에 대한 전체 모델과 축소된 모델을 세 가지 연쇄붕괴 시나리오에 대하여 연쇄붕괴 해석을 수행하고 그 결과를 비교하였다. 축소 모델은 전체 모델과 유사한 연쇄붕괴 양상을 보여 주지만 소요된 시간은 전체 모델의 약30%로 줄일 수 있었다. 본 논문에서 제안된 연쇄붕괴 해석 방안은 비정상 하중에 의한 초고층 건물의 연쇄붕괴 해석에 유용하게 사용될 수 있다.

목차
ABSTRACT
1. 서론
2. 응용 요소법(Applied Element Method, AEM) 이론 및 적용
3. 규모 축소 모델링 기준
4. 규모 축소 연쇄붕괴 해석의 검증
5. 결론
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