강철로 제작된 구조적 댐핑 시스템은 지진 시 고층 건물을 더 안전하게 만들고 귀중한 바닥 공간을 차지하지 않고도 바람의 흔들림을 줄일 수 있습니다.
전 세계적으로 확장되는 도시의 부동산 가격이 계속 상승함에 따라 개발자들은 더 크고 얇은 건물을 짓는 방식으로 대응했습니다.
센트럴 런던, 홍콩, 뉴욕, 토론토, 웰링턴, 마닐라; 모두 세계에서 가장 높은 가치의 부동산을 보유하고 있으며 이러한 비즈니스 허브의 중심에서 살고 일하려는 욕구가 여전히 높기 때문에 개발자들은 하늘을 바라보았습니다.
현대 건축 방법을 사용하면 점점 더 작은 부지에 그에 상응하는 날씬한 건물을 지을 수 있습니다. "VCD 모듈은 3M 점탄성 폴리머를 샌드위치에 끼운 표준 일본 SM490A 구조용 강철을 사용하여 제조되었습니다. 이는 초내구성 재료입니다. "이 효과는 상층부에서 더 눈에 띄며 안전에 미치는 영향은 없지만 거주자가 일종의 멀미를 경험할 수 있습니다. 흔들림을 방지하기 위해 개발자는 엔지니어와 설계자에게 이러한 움직임을 줄이는 데 도움이 되는 댐핑 시스템을 개발하도록 요청했습니다.
건물 상단을 향해 설치되는 선호되는 두 가지 유형의 댐퍼가 있습니다. 모든 움직임을 흡수하는 기계 시스템인 튜닝 매스 댐퍼와 물이 채워진 탱크를 사용하여 무게를 추가하고 흔들림을 방지하는 댐퍼입니다.
둘 다 부피가 커서 2층에 걸쳐 100제곱미터의 공간이 필요하며, 도시에서는 1제곱센티미터의 바닥이 비쌀 수 있는 높은 가치를 갖고 있습니다.
기존 감쇠 시스템의 높은 비용은 토론토에 본사를 둔 회사인 Kinetica Dynamics가 재료 생산업체 3M, 철강 전문업체인 Nippon Steel 및 Sumikin Engineering과 협력하여 귀중한 바닥 공간을 차지하지 않고도 바람의 흔들림이나 지진 움직임을 감쇠시킬 수 있는 시스템을 개발해 온 이유 중 하나였습니다.
점탄성 커플링 댐퍼(VCD)는 3M 팀이 개발한 점탄성 폴리머에 결합된 점성 재료의 전단 및 변형 저항과 탄성의 스트레치 메모리의 조합을 활용합니다.
제조업체인 Nippon Steel과 Sumikin Engineering은 이 점탄성 재료의 여러 층을 고강도 강철 층 사이에 끼워 VCD 모듈 중 하나를 만듭니다.
이 모듈은 작업 현장으로 옮겨져 초고층 빌딩의 구조용 콘크리트에 주조된 강철 단면에 고정됩니다. 이러한 '임베드'는 나중에 고장력 강철 볼트를 사용하여 VCD를 고정할 수 있도록 허용 오차 보존 장치 역할을 하는 '템플릿'을 사용하여 철강 제조업체에서 현지에서 제조됩니다. 이를 통해 프로세스가 건설 주기의 중요한 경로에서 벗어나 건설 중에 시간을 절약하고 효율성을 높일 수 있습니다.
"이는 일반 건설업자가 전문가 팀을 고용하지 않고도 작업을 수행할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 현지 생산업체의 표준 구조용 강철 단면인 내장재를 타설할 수 있을 만큼 간단합니다."라고 Kinetica의 최고 기술 책임자이자 관리 책임자인 Michael Montgomery는 설명합니다.
그는 토론토 대학에서 8년간의 개발 및 테스트 프로세스를 통해 3M, Nippon Steel 및 Sumikin 엔지니어링과 함께 높은 강화 구조물에 VCD를 사용하는 작업을 진행해 왔으며 현재 이 기술이 배포되는 것을 보고 있습니다.
해당 테스트 체제에는 강철 및 점탄성 기술을 검증하기 위한 전체 규모 댐퍼 테스트가 포함되어 댐핑의 효율성과 견고성을 확인했습니다. 그들은 허리케인 수준의 바람과 극단적인 지진 시나리오에 대한 엄격한 테스트뿐만 아니라 빈번한 바람과 지진 수준에 대한 기존 구조 설정에 비해 상당한 성능 개선을 나타냈습니다.
"우리는 이 VCD에 대한 작업을 진행했으며 수년 동안 완전한 테스트를 거쳤는지 확인했습니다. VCD 모듈은 3M 점탄성 폴리머를 샌드위치에 끼운 표준 일본 SM490A 구조용 강철을 사용하여 제조됩니다. 이는 내구성이 매우 뛰어난 재료입니다."라고 Montgomery는 설명합니다.
"테스트 중에 강철과 폴리머 사이에 추가 접착층을 추가하지 않고도 댐퍼가 더 잘 작동한다는 사실을 발견했습니다. 조임력을 제공하는 강철 볼트는 일본에서 생산된 표준 A490 육각 강철 볼트입니다."
타워 프레임 주변의 댐퍼 분포와 위치는 구조 및 지진 엔지니어의 설계에 따라 달라집니다. 지진 활동이 심한 지역에서는 지진 진동의 수준과 강도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 지진 후 수리 작업의 양도 줄일 수 있습니다.
"우리는 테스트 중에 강철과 폴리머 사이에 추가 접착층을 추가하지 않고도 댐퍼가 더 잘 작동한다는 것을 발견했습니다."
용량이 사전 정의된 부하에 맞게 설계된 경우 VCD 연결 요소는 '구조적 퓨즈' 역할을 하여 인접한 구조 요소의 손상을 방지합니다. 극심한 지진이 발생한 후에는 이러한 퓨즈를 검사하고 필요한 경우에만 교체하거나 수리하면 됩니다.
Kinetica, 3M, Nippon Steel 및 Sumikin Engineering VCD는 높은 풍하중과 지진 활동에 노출된 지역의 유명 개발지에 이미 설치되었습니다.
마닐라의 Park Central Towers 개발에는 높이 267m와 217m의 두 개의 타워가 있습니다. 그들은 심한 태풍 지역에 위치하고 있으며 주요 단층선에서 불과 몇 킬로미터 떨어져 있습니다. 각 타워에는 각 구조물의 바람 및 지진 하중을 줄이는 32개의 VCD가 있습니다. 그리고 토론토의 62층짜리 Y+C 콘도미니엄 개발에는 타워 중앙 부분의 강철 연결 빔을 대체한 42개의 VCD가 있습니다.
대도시의 숙박 시설과 사무실 공간이 점점 더 고층 빌딩에 눈을 돌리게 되면서, 바닥 공간을 최대화하는 동시에 안전성과 편안함을 향상시키는 이 강철 건축 기술의 잠재력은 매우 귀중할 수 있습니다.
