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.

이 연구는 위성사진을 활용하여 건설지점의 기대풍속을 예측하기 위한 인공신경망 방법론을 제안한다. 제안된 방법은 기존 의 엔지니어의 판단을 대체하여, Auto-Encoder를 사용해 지형적 특성을 정량화하고, 이를 바탕으로 대상지점과 유사한 지역의 관측소 풍속 데이터를 선형 조합해 기대 풍속을 예측한다. 또한, 머신러닝과 인공신경망을 활용한 종단간 풍속 예측 모델을 제안하고, 성능을 비교 분석하였다. 그 결과 관측소의 풍속 데이터의 선형 조합보다는 종단간 모델을 구성하는 방법이 더 높은 정확도를 보였으며, 특히 Graph Neural Network (GNN)이 Multi-Layer Perceptron (MLP)에 비해 상당히 우수한 예측 성능을 나타내었다.

A new clamped mechanical splice system was proposed to develop structural performance and constructability for precast concrete connections. The proposed mechanical splice resists external loading immediately after the engagement. The mechanical splices applicable for both large-scale rebars for plants and small-scale rebars for buildings were developed with the same design concept. Quasi-static lateral cyclic loading tests were conducted with reinforced and precast concrete members to verify the seismic performance. Also, shaking table tests with three types of seismic wave excitation, 1) random wave with white noise, 2) the 2016 Gyeongju earthquake, and 3) the 1999 Chi-Chi earthquake, were conducted to confirm the dynamic performance. All tests were performed with real-scale concrete specimens. Sensors measured the lateral load, acceleration, displacement, crack pattern, and secant system stiffness, and energy dissipation was determined by lateral load-displacement relation. As a result, the precast specimen provided the emulative performance with RC. In the shaking table tests, PC frames’ maximum acceleration and displacement response were amplified 1.57 - 2.85 and 2.20 - 2.92 times compared to the ground motions. The precast specimens utilizing clamped mechanical splice showed ductile behavior with energy dissipation capacity against strong motion earthquakes.

이 연구에서는 단자유도 모델을 활용하여 비탄성 내풍설계를 수행하고, 다양한 이력거동 형태에 따른 풍방향 및 풍직각방향 비탄성 응답을 비교하였다. 풍방향 비탄성 거동은 풍방향 풍하중의 평균성분으로 인해 한 방향으로 손상이 누적되는 현상이 발생할 수 있으며, 잔류변형 역시 크게 발생할 수 있다. 비선형 시간이력 해석 결과 구조물의 항복강도를 증가시키거나 자기회복 이력거동을 적 용 시 이를 효과적으로 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 풍직각방향의 응답은 이력거동에 따른 에너지소산에 큰 영향을 받았으며, 철 골구조와 이력거동이 우수한 콘크리트 구조물에서는 탄성응답보다도 더 작은 최대 응답이 나타났다.

이 연구에서는 철근콘크리트 고층건물의 사례연구를 통해 성능기반 내풍설계를 수행하였고 그 적용성을 평가하였다. 초기 설계 시 비탄성 거동 도입을 위해 공진성분을 절반으로 줄여 설계하고, 이에 대한 비탄성 성능을 검증하였다. 비탄성 해석을 위한 해석 모델링 방법을 제시하고, 잦은 설계 변경에서도 적용할 수 있도록 시간이력 풍하중은 설계기준에서 제시하는 파워스펙트럼밀도 함수로부터 재생하였다. 이 때 비선형 해석을 위한 시간이력 하중 재생 시 고려해야 할 사항들을 함께 제시하였다. 해석 결과 공진성분을 줄여 설계했음에도 비탄성 거동은 수평부재에서만 발생하였고, 소성회전각은 즉시거주 성능 수준을 충족하였다.

최근 고층건물 설계 시 내진설계와 내풍설계의 부조화 문제를 해결하기 위해 성능기반 내풍설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구에서는 개정 예정인 국내 설계기준(KDS 41)을 기반으로 성능기반 내풍설계를 위한 풍하중 재해도와 비탄성 거동을 허용하는 성능목표를 제시하였다. 비탄성 내풍설계를 위한 반응수정계수 R WR 산정 시 여러 제한 사항들을 고려하여 그 범위를 제안하였으며, 비선형 풍하중 시간이력해석 시 고려해야 할 사항들을 고찰하였다.

최근 일본의 건축구조기준(AIJ 2015)에서는 CFD 해석을 통한 풍하중 산정을 허용한 바 있다. 이는 컴퓨터의 연산 능력 향상 및 CFD 해석 이론의 발전으로 인해 해석의 결과가 풍동실험의 결과와 유사한 수준에 도달하였음을 뜻한다. 본 연구에서는 먼저 CFD 해석의 이론적 배경을 살펴보고, 일본의 건축구조기준 및 유럽의 과학기술연구 프로그램인 COST에서 권장한 CFD 해석 절차를 토대 로 해석을 진행하였다. 해석 결과의 신뢰성을 검증하기 위해 Tokyo Polytechnic University에서 제공하는 풍동실험 데이터를 사용하였 고, 해석과 실험의 유사성을 평가하기 위하여 형상비가 3, 4, 5일 때의 풍방향하중을 비교하였다.

현재 건축구조기준(KBC 2016)에서는 형상비 3이하의 건물의 풍직각방향 풍하중을 풍방향 풍하중에 계수를 곱하여 약산식으로 산정하고 있다. 하지만 풍직각방향 풍하중 수직분포 형태가 풍방향 풍하중과 다르며, 형상비가 3이하이지만 유연구조물에 속해 공진 성분을 고려해야 되는 경우 풍방향 풍하중과 다른 파워스펙트럼 밀도 함수로 인해 차이가 발생할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 Tokyo Polytechnic University에서 제공하는 풍동실험 데이터베이스로부터 형상비 1에서 3사이 중층건물에 작용하는 풍직각방향 풍하중을 KBC 2016과 비교하였고, 이에 기반하여 중층건물의 풍직각방향 풍하중 산정식을 제시하였다.

이 연구에서는 국내 설계기준인 KBC 2016, 미국 기준 ASCE 7-16, 국제 표준 ISO 4354:2012의 풍직각방향 및 비틀림 풍하중을 비교 분석하였다. 고층건물 설계를 위한 상세 산정식과 그 적용 기준, 풍하중 하중조합 등을 비교하였다. KBC는 ISO와 유사한 유도과정을 가지지만, 풍직각방향 풍하중 산정 시 사용된 풍동실험 데이터의 차이로 인해, 변장비가 큰 경우 와류 재부착에 의한 파워 스펙트럼의 2차 피크를 ISO가 약간 크게 산정하고 구조물과의 공진으로 인해 ISO가 하중을 60% 정도 크게 산정한다. KBC와 ISO의 고층건물에서의 비틀림 풍하중은 동일하다. ASCE는 고층건물을 위한 상세식을 제시하지 않지만, 중저층 건물에서는 풍방향 하중에 비례하는 하중조합 형태로 반영한다. KBC와 ISO에서도 ASCE 처럼 중저층 건물에서 편심에 의한 비틀림 풍하중을 반영할 필요가 있다.

이 연구에서는 국내 설계기준인 KBC 2016, 미국 기준 ASCE 7-16, 국제 표준 ISO 4354:2012의 고층건물 설계를 위한 풍방향 풍하중을 비교 분석하였다. 각 기준에서 사용하는 기본풍속, 풍방향 풍하중의 가스트영향계수 산정 과정과 이를 구성하는 평균 성분, 비공진 성분, 공진 성분의 차이를 비교 분석하였다. ISO에서는 10분 평균 풍속과 3초 가스트 풍속에 의한 두 가지 하중 산정법을 사용하며, 고층건물에서는 10분 평균 풍속에 의한 산정법이 하중을 6% 더 크게 산정한다. 10분 평균 풍속을 사용하는 KBC 풍하중은 ISO 평균과 거의 일치하였으며. 3초 가스트 풍속을 사용하는 ASCE 7-16은 ISO 피크보다 6% 작게 나타났다. 이 연구에서는 이러한 차이를 줄이기 위한 개선사항들을 제시하였다.

이 연구에서는 KBC 2016 풍하중의 산정 배경을 구체적으로 설명하고, 콘크리트 이중골조 고층건물에서의 풍하중과 지진하중을 비교하였다. 풍하중은 평균성분, 비공진성분, 공진성분으로 구성되며, 건물이 고층화될수록 공진성분이 우세해진다. 구조물의 형 상비가 3보다 큰 경우 풍직각방향 및 비틀림 하중을 고려하며, 풍방향하중과 설계지진하중보다 풍직각방향 풍하중이 지배적이게 된다.

목적: 중등도 근시의 초기성인에서 자각적 굴검검사와 개방형, 내부형 자동굴절력계에 의한 측정값을 비교하여 자동굴절력계의 성능과 정확도를 평가하고자 하였다. 방법: 대상자는 만 18세 이상 ~ 20세 이하(평균 18.94±0.54세)로 중등도 근시(–3.00D≤ S.E.<-7.00D) 이상의 초기성인 36안(남자 12명, 여자 6명)을 검사하였다. 자각식 굴절검사는 수동포롭터 BR-7(Shin-nippon)으로 측정하였고, 자동굴절검사는 개방형 자동굴절력계 Nvision K-5001(Shin-nippon)과 내부형 자동굴절력계 KR-800(Topcon)으로 3회 반복 측정하여 평균 값을 사용하였다. 측정값은 구면굴절력과 실린더굴절력, 축으로 표기하고 다시 Power vector 성분으로 SE(=Shp+Cyl/2), J0(=-Cyl/2․cos(2․Ax)), J45(=-Cyl/2․sin(2․Ax))로 나타내어 Paired T-tset와 Pearson 상관계수를 산출하였다. 통계처리는 SPSS 13.0을 사용하였고, p<0.05인 경 우를 통계적으로 유의하다고 판단하였다. 결과: 자각적 굴절검사와 개방형, 내부형 자동굴절력계에 의한 SE는 –4.37±1.04D, -4.50±1.28D, -4.67±1.40D이고 J0는 –0.32±0.51D, 0.01±0.52D, -0.02±0.62D 그리고 J45 는 0.11±0.37D, 0.24±0.62D, 0.09±0.54D로 나타났다. 자각적 굴절검사와 개방형 자동굴절력계에 의한 상관관계는 SE 성분에서 관계식(상관계수) y=-1.01x+0.75(r=0.92, p=0.00), J0 성분은 y=-0.32x+0.13(r=0.14, p=0.43), J45 성분은 y=0.09x+0.07(r=0.12, p=0.47)이고 내부형 자동굴절력계는 SE 성분이 y=-0.95x+0.73(r=0.98, p=0.00), J0 성분은 y=-0.32x+0.17(r=0.21, p=0.22) 그리고 J45 성분은 y=0.10x+0.05(r=0.08, p=0.65)였다. 연속 변수 비교는 자각적 굴절검사값을 기준으로 개방형 자동굴절력계와 차이값에서 SE, J0, J45 성분이 각각 0.13±0.53(p=0.17), -0.33±0.68(p=0.01), -0.13±0.68(p=0.26)로 J0 성분은 유의한 차이를 보였지만 SE, J45 성분은 차이가 없었다. 내부형 자동굴절력계는 SE, J0, J45 성분이 각각 0.30±0.42(p=0.00), -0.30±0.71(p=0.02), 0.02±0.63(p=0.88)로 J45 성분은 차이가 없지만 SE, J0, 성분은 유의한 차이를 나타났다. 결론: 제시된 분석자료는 임상에서 자동굴절력계를 이용하여 굴절이상을 교정하는 안경사에게 기기의 특성을 이해하는데 도움이 될 것으로 사료된다.