튜브 시스템(Tube System) (출처 : 역학및하중시스템)

튜브 시스템(Tube System) (출처 : 역학및하중시스템)

 

1. 개요

건물의 모든 외측기둥이 횡하중에 저항하도록 시스템의 휨강성을 극대화한 구조시스템

튜브시스템

 

2. 튜브 시스템의 구조적인 방법

1) 외측기둥이 수펴하중에 모두 저항하기 때문에 구조적인 효율성이 높다.

2) 내부구조체의 배열이 자유롭다.

3) 바닥구조를 모든 층에서 동일하게 적용할 수 있다.

4) 시공성이 뛰어나다.


3. 튜브시스템의 종류 

1) 골조 튜브 시스템 (Framed Tube System)

1) 튜브 시스템 중 가장 먼저 사용된 구조시스템

2) 기둥을 1.2m~3.0m 정도로 촘촘히 배치

3) 기둥과 기둥사이를 춤이 90cm~150cm 정도의 보를 모멘트 접합방식으로 연결하는 시스템

4) 수평하중의 작용방향과 평행한 기둥의 웨브의 역할

5) 수직방향 기둥이 플랜지 역할

6) 보통 벽면적의 30%이하의 개구부를 가지고 있을 경우, 캔틸레버 거동을 하는 것으로 알려져 있으나 일반적으로 개구부의 면적이 30~50% 정도가 적용되고 있다.

따라서, 시스템의 거동은 캔틸레버와 골조거동의 중간 정도의 거동

7) Shear Lag 현상이 발생

8) 경제적인 시스템을 구성하기 위한 주의사항

(!) 바닥 슬래브는 다이어프램 역할를 할 수 있도록 충분히 두께와 강성을 가지고 있어야 한다.

(2) 외측기둥과 테두리보의 강성에 유의해야 한다.

(3) 고정하중에 의한 기둥의 부등축소현상을 미리 예측하여 시공 중 이를 보정해야 한다.

(4) Shear Lag 현상에 유의하여야 한다.


2) 브레이스 튜브시스템(Braced Tube)

1) 개요 :  웨브골조의 간격을 넓게 해야할 경우, 구조물은 캔틸레버와 같은 거동을 하지 않게 되고, 이러한 경우, 구조물의 캔탤레버 거동위해 외부 골조에 브레이스를 넣어 구조물의 강성을 증가시킨 시스템

2) 코너의 기둥은 캔틸레버 트러스의 상 하현재의 역할을 하므로 매우 큰 하중을 부담하게 된다.

3) 브레이스는 기울어진 기둥역할을 하기 때문에 일반적으로 하기 때문에 일반저으로 인장력은 발생하지 않는다.

4) 브레이스 튜브 시스템은 철골구조의 경우, 100층 정도 되는 규모에 경제적인 시스템 

5) 예) John Hancock Center, 제일국제 플라자

브레이스 튜브시스템

 

3) 이중 튜브시스템 (Double Tube System)

1) 개요 : 골조 튜브 시스템의 강성을 증가시키기 위해서 브레이스 골조시스템을 내부 코어에 배치하는 방법

2) 거동 

(!) 외부 골조튜브의 전단변형을 감소시키고, 외부 튜브와의 상호작용으로 회전에 대한 강성을 높인 시스템

(2) 강성골조+브레이스 시스템과 같은 방식으로 구조물이 거동하게 된다. 즉, 수평하중을 상층부에서는 외부 튜브가 지지하고, 하층부에서는 내부 튜브가 지지함으로써 효율적인 수평하중 지지 시스템이 된다.

이중튜브시스템 거동

 

4) 묶음 튜브시스템 (Bundled Tube System)

1)  개요 : Shear Lag현상은 건물의 높이가 증가될 수록 심각해진다. 이를 제어하기 위해 평면 중간부분에 횡력과 평행한 방향으로 튜브 구조체를 넣어 횡력을 지지하도록 한 시스템

 

2) 거동 

(1) 건물이 수평하중에 의해 휨을 받을 때 바닥 슬래브의 면내 강성으로 인해 내부 웨브 골조와 외부 웨브 골조의 변형이 동일하게 발생되므로 각각의 강성에 의해 전단력이 분배된다.

따라서, 필요한 웨브골조의 강성을 증가시켜 구조시스템의 효율성을 중가시킬 수 있다.

(2) 내부 튜브와 외부 튜브가 각각 다른 높이에서 끝나게 되어 축하중의 차이에 따른 기둥의 부등축소현상이 문제가 될 수 있다.