모 놀리 식 철근 콘크리트로 건축 된 주거용 건물의 층 수에 대한 실제 제한은 무엇입니까?

나는 최근에 25 층 건물에서 아파트를 샀습니다. 모 놀리 식 철근 콘크리트로 건축 된 대량 생산 주거용 건물의 층 수에 대한 실제 제한이 무엇인지 궁금합니다.

향후 몇 년 동안 이러한 유형의 일반 건물에있는 층의 수가 증가 할 것으로 기대할 수 있습니까? 아니면 이것이 기술의 합리적인 한계입니까? 모든 참고 자료에서 지금까지 본 기술은 건물 높이에 제한 이 없다고 주장했습니다 . 그러나 내가 아는 모든 고층 빌딩이 강철로 만들어 졌기 때문에 이것을 의심합니다.

모 놀리 식 철근 콘크리트에 제한이 없다면 왜이 기술로 초고층 건물을 건축하지 않았습니까?

civil-engineering structures concrete

— 애 닉스
소스

그 한계가 어디든지, ( "순수한") 강철 프레임의 경제적 인 손익분기 수준을 훨씬 뛰어 넘습니다. 50 점포 철근 콘크리트 건물을 지을 수는 있지만 강철 프레임으로 같은 크기의 건물을 짓는 데 절반의 비용이들 것입니다. 따라서 강철 프레임은 높은 시작 비용이 필요하므로 낮은 건물에서는 실용적이지 않지만 높이에 따라 비용이 훨씬 더 우수합니다.

— SF.

그들은 가지고있다. 실제로 세계에서 가장 높은 건물 인 버즈 칼리파 는 콘크리트로 만들어졌습니다. 그게 있습니다.

— Mr. P

답변:

모든 한계는 정량화하기 어려울 것입니다. 기본 재료 유형을 선택할 때 고려해야 할 요소가 많이 있습니다.

짧은 대답은 각 건물에 대해 이미 제한이 선택되었다는 것입니다. 이것은 건물에서 일한 건축가와 엔지니어가 디자인하는 동안 수행되었습니다. 이러한 결정 중 일부는 건물을 설계 할 당시 사용 가능한 기술에 따라 결정되었을 수 있습니다.

고려해야 할 몇 가지 요소 :

철강 비용과 콘크리트 비용 -재료의 상대적 가격은 역사적으로 변했습니다.
사용 가능한 콘크리트의 강도 -콘크리트는 압축 강도가 약 4,000psi (27.6MPa)로 제한되어있었습니다. 현대의 고강도 콘크리트는 10,000psi (69MPa)보다 높을 수 있습니다.
사용 가능한 강철의 강도-강철 강도가 36 ksi (248 MPa)에서 50 ksi (345 Mpa)로, 심지어 100 ksi (689 MPa)로 증가했습니다.
위층을 지탱하는 데 필요한 벽과 기둥 공간 -건물은 무겁습니다. 건물이 커질수록 바닥에 더 많은 무게가 가해집니다. 이 증가 된 힘은 더 많은 재료 영역을 요구합니다. 어떤 시점에서, 바닥의 사용 가능한 공간이 허용 가능한 것보다 많이 줄어 듭니다. 면적당 강철은 콘크리트보다 강하므로 동일한 하중을지지하는 데 필요한 면적이 줄어 듭니다.
건물의 강성 -바람이 불면 매우 높은 건물이 흔들립니다. 그들이 얼마나 이동하는지는 건물의 무게와 강성에 의해 제어됩니다.
건물의 미래 크리프 (단축) -철골 및 콘크리트 크리프. 즉 일정한 힘이 가해지면 시간이 지남에 따라 압축됩니다. 크리프의 양은 나이, 강도 또는 재료 및 재료에 작용하는 힘의 영향을받습니다. 초고층 빌딩에서는이 단축이 설계에서 고려되어야합니다. 더 가벼운 건물은 더 적은 크리프를 수용해야합니다.
내진 (지진) 설계 -강철은 연성 재질입니다. 콘크리트는 취성 재료입니다. 높은 지진이 예상되는 지역에서는 강철이 필요할 수 있습니다. 그것은 완전한 실패없이 극도의 편향을 겪을 수 있습니다.
품질 관리 -콘크리트는 현장에 부어지며, 철강은 일반적으로 통제 된 조건에서 현장 외부에서 제작됩니다. 최종 제품의 예상 품질 또는 품질 제품을 보장하는 데 필요한 감독의 양은 모두 비용 고려 사항입니다.

고층 빌딩의 디자인에는 많은 요소가 있습니다. 위의 각 항목에는 관련 비용이 있습니다. 최종 결과는 예상 가격에 의해 적어도 부분적으로 제어됩니다.

현대적인 초고층 건물에는 때때로 맨 위까지가는 콘크리트 코어가 포함되어 있습니다. 이것은 사용 가능한 볼륨이 줄어든다면 콘크리트 구조에 대한 높이 제한이 많지 않다는 것을 보여줍니다.

— 헷지
소스

모든 참고 자료에서 지금까지 본 기술은 건물 높이에 제한이 없다고 주장했습니다.

이 진술은 다소 사실입니다.

hazzey의 답변 은 이미 건물 높이 의 실제 한계, 즉 실제 응용 프로그램에서 건물을 건축 할 층 수를 결정하는 요소를 요약하는 데 도움이되었습니다. 그러나 이러한 다른 모든 요소를 무시할 수 있다고 가정하면 구조 가 얼마나 높은지에 대한 의문이 여전히 남아 있습니다 .

구조물 높이의 유일한 제한은 콘크리트 자체의 압축 강도이며 콘크리트에 의해 운반되는 유일한 하중은 콘크리트의 무게로 인한 하중이라는 단순화와 매우 순진한 가정을한다면 위의 수직 모 놀리 식 콘크리트 기둥 (생 하중 또는 하중 전달이 없으며 건물은 본질적으로 철근 콘크리트의 거대한 블록입니다), 계산은 매우 간단합니다.

콘크리트의 단위 중량 : $γ_{c} = 150 \frac{lbf}{{ft}^{3}}$ $\gamma_c=150\frac{\text{lbf}}{\text{ft}^3}$
콘크리트의 압축 강도 (고성능 콘크리트) : $f_{c}^{'} = 20, 000 \frac{lbf}{{in}^{2}}$ $f'_c=20,000\frac{\text{lbf}}{{\text{in}}^2}$
바닥에 콘크리트로 운반 된 응력 : $f = H_{c} γ_{c}$ $f=H_{c}\gamma_c$
설정 하고 최대 높이를 구하십시오. $f=f'_c$ $H_{m a x} = \frac{f ‘_{c}}{γ_{c}} = \frac{20, 000 psi}{150 pcf} = 19, 200 ft$ $H_{max}=\frac{f`_c}{\gamma_c}=\frac{20,000\text{psi}}{150\text{pcf}}=19,200\text{ft}$

이것은 중력으로 인한 가속도가 구조물의 상단에서 눈에 띄게 다를 정도로 너무 높습니다 (3.64 마일 또는 5.85km). 상단에 콘크리트의 단위 중량은 하단에있는 콘크리트의 약 99.82 %, 즉 약 149.73 pcf입니다.

또한 콘크리트에 가해지는 엄청난 응력으로 인해 상당한 변형이 발생합니다. 고강도 콘크리트의 탄성 계수 (ACI에서)에 대한 한 가지 방정식은 다음과 같습니다.

$E_c=40,000\sqrt{f'_c}+1\times 10^6 \text{psi}=6,657\text{ksi}=45.9\text{GPa}$

Hooke 's Law에 따르면 구조물 바닥의 최대 변형률은 약 0.3 %입니다.

$\varepsilon_{max}=\frac{f'_c}{E_c}=0.3\%$

전체 구조물 높이에서 변형을 찾으려면 간단히 다음을 통합하십시오.

\int_{0}^{H_{c}} \frac{f (z)}{E_{c}} d z = 28.8 ft

$\int_{0}^{H_c}\frac{f(z)}{E_c}\text{d}z=28.8\text{ft}$ 여기서 (중력, 는 높이 의 함수입니다 ).

f (z) = γ_{c} z \cdot g (z)

$f(z)=\gamma_cz\cdot g(z)$

g

$g$

z

$z$

즉, 콘크리트 변형을 고려한 후 구조물의 높이가 감소하면 약 3.63 마일 또는 5.84km가됩니다.

Contruction Week Online 의이 기사 에 따르면 , 트럼프 인터내셔널 호텔 앤 타워는 현재 92 층 (423m, 1388 피트)에있는 세계에서 가장 높은 콘크리트 건물이며, 세계에서 9 번째로 높은 건물입니다. 이는 가능한 높이의 약 7 %입니다 (위의 단순화 된 분석에 정의 된대로). 단순화 된 분석은 모든 종류의 실제 고려 사항을 무시하고 안전 계수를 포함하지 않지만, 고성능 철근 콘크리트를 사용하여 가능한 것이 무엇인지에 대해 적어도 다소 유익합니다.

— Rick은 Monica를 지원합니다
소스

나는 이것이 높이의 상한을 계산한다고 말하고 싶다. 우리는 그렇게 높은 것을 구축 할 수 있다고 기대하지 않는다 (따라서 "가장 높은 것"은 아니다). 이런 종류의 문제를 이해하는 데 유용한 정보입니다. (+1)

— Volker Siegel

이것은 주장 할 수있는 일정한 섹션이 매우 제한적인 선택이라고 가정합니다. 구조가 상단보다베이스에서 더 넓어지고 좀 더 실제적인 문제가 없다면 무한대에 접근하게됩니다. 우리는 확실히 우주에 도달 할 수 있지만, 실제 질문은 얼마입니까? ;)

— Mr. P

@ Mr.P 정말 무한대가 될까요? 원뿔 또는 피라미드 모양의 바닥에 가해지는 응력이 결국 콘크리트를 분쇄하는 것처럼 보입니다. 그러나 당신은 이것이 이것보다 훨씬 높을 수 있다는 것이 맞습니다. 그 아이디어를 사용하여 대답을 업데이트해야합니다.

— Rick은 Monica를 지원합니다.

@Rcik Teachey : 음, 우리가 압축 한계에 다다를 때마다베이스를 조금 더 플레어 링하여 더 넓은 영역에 힘을 분산시킬 수 있다고 생각합니다. 그러나 만약 우리가 아주 작은 현실조차도 소개한다면, 주요 문제는 실제로 우리가 정지 층을 통과하면 모든 것을 우주로 날려 버리려는 각 운동량을 저항하는 데 필요한 인장력 일 것입니다. 그러나 그 전에 우리는 아마도 시멘트를 생산하여 방출 된 이산화탄소로 인류를 질식시키는 것과 같은 다른 문제에 부딪쳤을 것입니다 :)

— Mr. P

또한 세계에서 가장 높은 콘크리트 건물은 Burj Khalifa 이며, 2007 년 이래 가장 높은 인공 건축물이었습니다 (완성되지 않았을 때).

— Mr. P