고층 모듈러 건축물의 접합부 강성 및 배치에 따른 다이어프램 거동 분석
Analysis of Diaphragm Behavior in High-Rise Modular Buildings According to Connection Stiffness and Arrangement
- 주제(키워드) 모듈러 건축 , 고층 , 접합부 , 다이어프램 , 해석적 연구 , 단순화 해석
- 주제(DDC) 720
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 조봉호
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 스마트융합건축학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035825
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
최근 건설 산업의 공업화 및 표준화 추세에 따라 모듈러 건축의 고층화가 진행되고 있으나, 바닥 슬래브가 연속적인 전통적 구조와 달리 독립된 유닛이 적층되는 모듈러 건축의 특성상 횡하중 작용 시 일체화된 다이어프램 거동을 확보하는 데 구조적 한계가 존재한다. 이에 본 연구는 25층 규모의 고층 모듈러 건축물을 대상으로 유닛 간 접합부의 강성 및 배치 계획이 전체 건물의 다이어프램 거동에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 구조적 안전성과 효율성을 동시에 확보할 수 있는 합리적인 설계 방향을 제시하는 것을 목적으로 한다. 연구 방법으로는 기둥 접합부에 대한 유한요소해석을 선행하여 도출된 강성 값을 25층 전체 건물 모델에 적용하였으며, 기둥 및 천장 접합부의 강성, 천장 면내 강성(브레이스), 그리고 평면 및 수직적 배치 전략을 주요 변수로 설정하여 구조해석을 수행하였다. 연구 결과, 기둥 접합부만 적용된 기본 모델은 횡변위 기준을 초과하여 추가적인 보강이 필수적인 것으로 나타났다. 다이어프램 성능 개선을 위한 변수 해석 결과, 접합부의 위치에 따라 지배적인 강성 성분이 상이함이 확인되었다. 모듈 외곽부(기둥 및 인접부)는 축 방향 강성이, 모듈 내부(천장 보)는 전단 방향 강성이 변위 제어에 주된 영향을 미쳤으며, 특히 천장 접합부를 활용할 경우 브레이스 보강을 통한 면내 강성 확보가 선행되어야만 접합부의 하중 전달 효율이 유효하게 발현됨을 규명하였다. 특히 건물의 횡변위 제어를 위한 평면 배치 전략과 관련하여, 횡력 저항 시스템인 코어 인접 구역이 전체 거동 제어에 가장 크게 기여한다는 점을 확인하였다. 해석 결과, 코어와 인접한 모듈에서 강성 증가 대비 변위 감소 효과가 가장 탁월하였으며, 코어에서 멀어질수록 그 기여도가 낮아지는 경향을 보였다. 따라서 하중 전달 효율이 극대화되는 코어 주변부를 중심으로 접합 성능을 우선적으로 확보하고, 각 위치별 기여도를 반영하여 배치를 차등화하는 전략이 구조적 성능과 경제성을 동시에 달성하는 최적의 설계 방향이다. 또한, 수직적으로는 상부층에 접합부를 일부만 배치하는 것이 하부층의 횡력 전달로 인한 코어에서의 회전각을 감소시켜 전체 변위 제어에 유리한 것으로 나타났으며, 시공성이 허용된다면 최상층에 콘크리트 슬래브를 타설하여 강성 다이어프램을 형성하는 방안이 접합부 물량을 절감하면서도 구조 성능을 극대화할 수 있는 실질적인 대안임을 입증하였다. 본 연구는 이러한 분석을 통해 고층 모듈러 건축물의 다이어프램 거동 특성을 명확히 하고, 경제적이고 안전한 구조설계를 위한 기초 자료를 제공하는 데 의의가 있다.
more목차
제 1장 서론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.1.1 연구 배경 1
1.1.2 국내 모듈러 건축의 발전과 고층화 추세 2
1.1.3 고층 모듈러 건축과 다이어프램 2
1.1.4 모듈 접합과 다이어프램 3
1.2 연구의 범위 및 방법 4
1.2.1 연구의 범위 4
1.2.2 연구 진행 방법 4
제 2장 이론적 고찰 6
2.1 모듈러 건축의 다이어프램 거동 6
2.1.1 다이어프램의 개념과 역할 6
2.1.2 모듈러 건축에서의 다이어프램 7
(1) 전통적인 건축물과 모듈러 건축물의 다이어프램 거동 차이 7
(2) 모듈 간 접합부 강성에 따른 변형 형상 7
2.2 모듈러 건축의 고층 사례 8
2.2.1 국내 중고층 모듈러 건축물 사례 8
(1) 용인 영덕 경기행복주택 8
(2) 광양 기가타운 8
2.2.2 해외 중고층 모듈러 건축물 사례 9
(1) 461 Dean 9
(2) 101 George Street 10
2.2.3 요약 및 정리 11
2.3 모듈러 건축물 다이어프램 관련 선행 연구 고찰 12
제 3장 기본 모델 구조해석 14
3.1 모듈러 접합부 유한요소 해석 14
3.1.1 해석모델 개요 14
3.1.2 유한요소 해석 결과 16
(1) 전단 방향 16
(2) 축 방향 17
(3) 해석 결과 정리 18
3.2 기본 모델 건물 단위 구조해석 19
3.2.1 일반사항 19
(1) 건축물 개요 19
(2) 적용 기준 및 하중 조건 21
(3) 모델링 23
3.2.2 기본 모델 구조 해석 결과 24
(1) 지진하중 검토 24
(2) 풍하중 검토 25
(3) 강도 검토 26
3.3 소결 28
제 4장 해석 변수에 따른 구조해석 29
4.1 변수 해석 개요 29
4.1.1 해석 변수 설정 29
4.1.2 구조해석 개요 30
(1) 해석 모델 단순화 30
(2) 해석 형상 및 하중 31
4.2 변수 적용 구조해석 및 결과 : 기둥 접합부 강성 32
(1) 해석 개요 32
(2) 해석 결과 33
4.3 변수 적용 구조해석 및 결과 : 천장 보 접합 강성 35
(1) 해석 개요 35
(2) 해석 결과 – 기둥 근처에서의 천장 접합 37
(3) 해석 결과 – 1/4 지점에서의 천장 접합 38
(4) 해석 결과 – 1/2 지점에서의 천장 접합 39
(5) 해석 결과 – 천장 보 접합 전체 40
4.4 변수 적용 구조해석 및 결과 : 천장 면내 강성 41
(1) 해석 개요 41
(2) 해석 결과 – 기둥 근처 천장 접합(브레이스 추가) 42
(3) 해석 결과 – 1/4 지점에서의 천장 보 접합(브레이스 추가) 44
(4) 해석 결과 – 1/2 지점에서의 천장 보 접합(브레이스 추가) 46
(5) 해석 결과 – 천장 보 접합 전체(브레이스 추가) 48
4.5 변수 적용 구조해석 및 결과 : 층 내 접합부 적용 위치 50
(1) 해석 개요 51
(2) 해석 결과 52
4.6 소결 53
제 5장 성능 개선 모델 구조해석 54
5.1 개선방안 선정 54
5.1.1 목표 다이어프램 성능 설정 54
5.1.2 성능 개선 모델 선정 56
(1) 천장 접합 위치 선정 56
(2) 천장 면내 강성 선정 56
(3) 접합부 강성 및 플레이트 단면 선정 57
(4) 층 내 접합 위치 고려 62
(5) 최종 선정 개선방안 64
5.2 성능 개선 모델 구조해석 66
5.2.1 지진하중 검토 66
5.2.2 풍하중 검토 68
5.2.3 강도 검토 69
5.2.4 다이어프램 성능 확인 69
5.2.5 추가 개선방안 적용 70
(1) 일부 층 적용 해석 70
(2) 최상층 천장 콘크리트 타설 72
5.3 소결 74
제 6장 다이어프램 성능 종합 고찰 및 설계 제언 75
6.1 접합부 유형에 따른 거동 특성 및 비교 75
6.1.1 기둥 접합 75
6.1.2 천장 접합 76
6.2 천장 면내 강성과 접합부 효율의 관계 78
6.3 구조적 효율성을 위한 고려사항 79
6.3.1 평면적 배치 효율성 : 코어 인접부 집중 79
6.3.2 수직적 배치 효율성 : 상부층 집중 적용 80
(1) 변형 누적 및 하중 분포를 고려한 상부층 제어 80
(2) 기둥 단면 변화구간의 층간변위비 제어 80
6.3.3 최상층 슬래브 타설 81
6.4 소결 82
(1) 접합부 상세와 면내 강성의 연계성 82
(2) 평면적 배치 효율화 82
(3) 수직적 배치 최적화 82
(4) 최상층 슬래브의 구조적 활용 83
제 7장 결론 84
참 고 문 헌 86
