본 연구에서는 공기역학적 형상변화의 풍하중 저감 측면에서의 효율성을 평가하기 위해 평면의 모서리 부분이 개선된 고층 건물에 대해 사례연구 기반의 비탄성 내풍설계를 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 통해 다양한 설계풍속 및 항복 후 강성에 대한 구조물의 응답을 산정하였으며, 최근 국내 설계기준(KDS 41)에 도입된 성능기반내풍설계 개념을 토대로 구조물의 성능을 평가하였다. 해석 결과 공기역학적 형상변화를 갖는 구조물의 경우나 성능기반내풍설계를 적용했을 경우(또는 모두에 해당할 경우) 공진성분을 줄 여 구조물의 응답이 크게 감소함을 확인하였다.

PURPOSES : Safety Evaluation of Wind Loads of Renewable Energy and Photovoltaic Power Structures. METHODS : Structural safety evaluation was conducted on the wind load of 3kW Photovoltaic Power Structures using ABAQUS. Wind speed was reviewed for 36m/s and 60m/s. Effective Mass and Mass Contribution of Photovoltaic Power Structures was utilized up to 90%. 7 steps were set and applied to structural analysis. RESULTS : As a result of the structural analysis, it was confirmed that the long-term blowing load was affected rather than the size of the wind load. Weak areas were identified at the point of the horizontal beam rather than the modules of the Photovoltaic Power Structures. In particular, it was confirmed that stress exceeding the allowable stress was generated at the junction. In order to secure the safety of Photovoltaic Power Structures, it is judged that reinforcement of the branch is necessary. CONCLUSIONS : The safety of Photovoltaic Power Structures structures for wind load is influenced by persistence rather than the size of the wind load. Therefore, in order to prevent this, it is judged that reinforcement of the branch is necessary.

KDS 41 12 00의 풍하중 관련 식은 정형적인 건축물에 대한 수많은 연구를 통해 만든 경험식이다. 따라서 비정형 건축물에 대하여 KDS 41 12 00에 따라 풍하중을 산출하면 건축물의 형상이 반영되지 않아 실제 풍하중과 상이할 수 있다. 이에 Y자형 건축물 에 대하여 풍동실험에 따른 풍하중과 KDS 41 12 00에 따른 풍하중을 산출하고 비교하고자 하였다. 이를 위해 풍력실험을 수행하였고 최종적으로 두 가지 방법에 따른 풍하중의 비율을 산출하고 이를 풍하중 증감계수로 도출하고자 하였다. 본 연구에서 제시하는 풍하 중 증감계수를 KDS 41 12 00에 따라 풍하중 산출 과정에 적용한다면 보다 합리적으로 Y자형 건축물에 대한 풍하중을 산출할 수 있 을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 풍동실험을 통해 345kV급 송전철탑에 작용하는 공기력계수를 측정하고 IEC-60826 기준과 비교하였다. 이를 위하여 본체와 크로스암을 포함한 총 6개 세그먼트로 분리될 수 있는 축척 1:25인 강체 모형을 제작하였다. 그리고 다양한 바람 수평 입사각에 대하여 철탑 전체 및 각 세그먼트에 작용하는 공기력을 측정하였다. 풍동실험 결과를 보면, 전체 철탑에 작용하는 공기력계 수가 IEC 기준치와 비교하여 수평입사각의 변화에 따른 경향이 잘 일치한다. 그리고 IEC 기준치가 풍동시험치보다 전반적으로 약간 커서 안전측의 결과를 제공하고 있다. 송전철탑을 구성하는 세그먼트 중에서 철탑본체에 작용하는 공기력계수는 풍동실험치가 설계기 준치보다 작았다. 하지만 철탑 크로스암에서는 풍동실험치가 설계치를 약간 넘는 경우가 일부 나타났다. 이를 볼 때 기존 설계기준은 철탑본체에 대해서는 안전측의 결과를 제시하나, 일부 바람 입사각에서 크로스암에 작용하는 공기력은 과소평가할 가능성이 있는 것 으로 판단된다.

최근 발생되는 재난의 추이를 살펴보면 기후변화에 따른 자연재해 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해 규모 추세가 대형화로 변화되고 있다. 대규모로 진행되고 있는 도시화와 고도의 산업화로 인해 도시개발 지역의 확대와 중첩 영향으로 대형 자연 재난이 발생하여 도시시설물에 직접적인 손실이 발생하고 있다. 옥외광고물의 무분별한 설치로 도시의 미관훼손은 몰론 강풍으로 인 한 파손 및 추락 등의 사고가 빈번히 발생하는 실정이다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되는데 풍하중 반영한 옥외광고물 설치는 전문지식이 필요한 분야로 중소규모의 옥외광고사업자가 대부분인 국내 현실 과는 괴리가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 전국에서 이용할 수 있는 풍하중을 안전성 관점에서 산정하였고, 이를 바탕으로 옥 외광고물 설치 고정자재 수 등을 산정할 수 있는 내풍표준 가이드라인을 제시하였다.

본 연구에서는 KBC2022의 풍직각방향 변동풍하중 스펙트럼을 이용하여 풍직각방향 풍하중을 생성하고 생성된 풍직각방향 풍하 중이 작용하는 구조물의 비탄성 동적거동을 해석하는 프로그램을 개발하고자 한다. 풍응답은 일차 모드가 탁월하고 소성화에 의한 진동의 변화는 작고, 풍방향 진동과 풍직각방향 진동은 독립적이며, 비틀림 진동의 영향은 작다고 가정한다. 적용 구조물을 수평방향 의 단자유도 모델로 가정하고, 구조물의 질량을 집중질량으로 치환하여 상부에 작용시킨다. 비탄성 해석을 위한 이력모델은 이선형 모델을 적용한다. 강성비()와 항복점비()를 변수로 비탄성 동적응답을 분석한 결과 강성비가 일정한 경우에 항복점비가 증가할수 록 최대변위비는 감소하다가 최소값을 나타내고 증가하는 것으로 나타났다. 강성비가 0.5이상인 경우 최대변위비가 1이하가 되는 항 복점비가 존재하며, 이는 비탄성 내풍설계시 비탄성 거동을 허용하더라도 탄성설계된 건물보다 최대 변형이 감소함을 나타낸다.

This paper proposes a method to evaluate the structural safety of a large wide-width greenhouse structure against wind load caused by a typhoon through a fluid structure interaction analysis technique. The conventional method consisted of roughly estimating the wind load based on the relevant laws and regulations, and determining safety through structural analysis. However, since the wind load changes nonlinearly according to the wind speed distribution and wind direction around the greenhouse and the external shape of the structure, there are many uncertainties in the existing structural safety evaluation method, and it is difficult to accurately determine the design margin. In this study, a systematic method was developed to accurately calculate the wind load acting on a greenhouse structure and evaluate structural safety by considering the characteristics of wind through a fluid structure interaction analysis using coupled computational fluid dynamics and computational structural mechanics. Using the proposed method, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost because it is possible to obtain an optimal design that reduces the over-conservative design margin while securing the structural strength of the greenhouse.

In this paper, the effect of the turbulence intensity in across-wind direction on the wind load in CFD(Computational fluid dynamics) simulation was analyzed. ‘Ansys fluent’ software was used for CFD simulation. And the fluctuating wind speed applied to the simulation was generated according to Korean Design Standard and Von Karman wind turbulence model. The turbulence intensity in across-wind direction for simulation was applied from 0 to 100% of the turbulence intensity in along-wind direction. The analysis results showed that the turbulence intensity in across-wind direction had a particularly great effect on the wind load in across-wind direction.

지난 10년간 복원력 상실에 의한 어선의 해양사고가 지속해서 증가하고 있으며, 갑작스러운 강풍이 주요 원인으로 지적되고 있다. 이러한 강풍에도 견딜 수 있는 어선의 운동·조종성능을 확보하기 위해서는 정밀한 풍하중 예측 기법이 우선되어야 한다. 따라 서 본 연구에서는 전산유체역학 기법을 이용한 어선의 풍하중 평가기법을 개발하고자 한다. 특히, 고도 변화에 따라 풍속이 변화하는 계산환경을 모사하여 그 결과를 균일한 속도분포를 가정한 수치해석 결과와 비교 분석하고자 한다. 본 연구에서는 0-180°까지 15° 간격 으로 13개의 방향에 대해 풍하중을 계산하였으며, 계산에 사용된 메쉬 모델은 메쉬 의존성 시험을 수행하여 개발하였다. 전산수치해석은 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 기반 상용 해석 Solver인 STAR-CCM+(Ver. 13.06)와 k-w 난류 모델을 이용하여 정상상태(Steady State) 유동해석을 수행하였다. 수치해석결과를 간략히 살펴보면 Surge, Sway 및 Heave에서 39.5 %, 41.6 % 및 46.1 % 풍하중이 감소하였으 며 Roll, Pitch 및 Yaw에서 48.2 %, 50.6 % 및 36.5 % 감소하였다. 결론적으로 본 연구에서는 고도에 따른 풍속 변화 모델을 통해 기존보 다 정밀한 수준의 풍하중 추정이 가능한 것을 확인하였으며, 그 결과가 선박의 풍하중 추정 평가기법 발전에 이바지하길 기대한다.

타워형 집광태양열발전의 핵심요소인 헬리오스타트는 경량화를 통한 설비비 저감이 매우 중요한다. 반사판 면적 16m2의 기 존 헬리오스타트 대비 샌드위치 패널을 사용하여 무게를 50% 경량화한 헬리오스타트의 풍하중 평가를 수행하였다. 반사판이 수직, 45 도 경사인 경우에 대해 전산유체역학 해석을 하여 반사판에 작용하는 풍압을 산정하고 구조해석을 수행하여 최대응력의 발생부위 및 반사판의 변위에 의한 반사각도의 이격을 계산하였다. 45도 경사진 반사판이 바람이 불어오는 반대편으로 향한 경우가 바람을 마주보 는 배치보다 최대 풍하중이 더 크게 나타났으며, 반사판 풍하측으로의 유동박리에 의한 후류의 발달도 반사판의 배치에 따라 매우 상 이한 형태를 보였다. 경량화 모델의 경우 반사판 구동을 위한 기어의 배치를 변경하여 핵심 지지체인 기둥의 강성을 확보할 필요가 있 음을 확인하였다.

비정형 형태의 건축물에서 발생하는 풍하중은 KBC-2016의 풍하중 산정식으로 산정할 수 없기 때문에 풍동실험을 통해 풍하 중을 평가할 수밖에 없다. KBC-2016으로 비정형건축물을 정형적인 건축물로 가정하여 풍하중을 평가한다면 과소평가될 우려가 있 다. 그러므로 보다 합리적인 평가를 위해 풍하중을 할증시켜줄 필요가 있다. 본 연구에서는 평면형태가 L자인 건축물을 대상으로 풍력 실험을 실시하여 풍하중을 산정하였으며, 이를 KBC-2016으로 산정한 풍하중과 비교하였다. 풍동실험을 통해 구한 L자형 건축물의 풍 하중과 KBC-2016으로 L자형 건축물과 동일한 폭과 깊이를 가진 사각형평면 건축물을 대상으로 구한 풍하중의 비로 풍하중 할증계수 를 도출하였다. 풍하중 할증계수는 1.6~2.2로 나타났다. KBC-2016에 의해 평가한 사각형 건축물의 풍하중에 풍하중 할증계수를 곱하 면 L자형 건축물의 풍하중이 된다.

본 연구의 목적은 개폐식 대공간 구조물의 풍하중 산정 및 구조해석의 과정을 자동으로 수행하는 컴포넌트를 개발하는 것이다. 설계한 파라메트릭 모델링을 StrAuto를 통해 구조해석 자동화단계를 거쳐 구조해석용 모델로 변환하는 과정을 실시간 으로 연동하여 구조해석 결과를 자동으로 도출하는 과정으로부터 본 연구에서는 추가로 구조물의 풍하중을 형상에 따라 상세히 할당하는 기능을 개발하였다. 이와 같은 과정을 통해 풍하중에 대한 최적화를 수행하여, 기존 설계된 구조의 물량을 줄이고, 구조적 안정성은 유지하는 방향으로 결론을 도출하였다. 추후에는 본 예제 모델을 통해 진동제어 최적화를 위한 제진 장치 설치위치의 자동탐색이 가능하게 되는 연구를 진행할 계획이다.