건축물에 가해지는 풍하중을 평가하는 방법은 과거로부터 많은 발전을 이루었다. 그 중 비교적 간단한 방법인 가스트하중계 수법이 있다. 정적풍하중에 동적계수를 곱하여 등가정적풍하중을 평가하는 방법으로 여러나라 기준에서 사용되고 있다. 동적계수는 가 스트영향계수(Gust Effect Factor:DGEF)와 가스트하중계수가(Gust Loading Factor:MGLF)가 사용된다. DGEF는 변위 기반으로서 이론 적인 가정을 통해 산출할 수 있는 반면 그 과정이 다소 복잡하고, MGLF는 모멘트를 기반으로 하며 풍동실험으로 전도모멘트를 측정 하여 산정할 수 있지만 기초자료를 구축하는 것에 많은 시간과 노력이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 MGLF 산정 시 필요한 풍방향 평균풍력계수C F, 평균전도모멘트계수C M, 변동전도모멘트계수 C M 가 다양한 형상비( ), 변장비(D/B), 지표면조도구분(α)에 따 라 변화하는 경향을 비교 분석하였다. 이를 통해 풍방향 평균풍력계수 C F, 평균전도모멘트 관련 계수 C g, 변동전도모멘트 관련 계수 C g 의 경험식을 제안하여 MGLF 산정에 대한 기초자료를 제시하였다.

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.

우리나라는 삼면이 바다이며 북쪽과 동쪽으로 산지가 위치하고 서쪽으로는 평탄한 지리적 특성을 가진다. 또한 계절풍, 태풍 등의 바람이 지리적 특성으로 인하여 지역마다 풍향별 풍속이 다르다. 그러나 건축구조기준(이하 KDS 41 12 00: 2019)은 전풍향에 대 해 동일한 풍속을 적용한다고 규정하였고, 이것은 상대적으로 약한 풍향에 대해 과다한 풍속을 적용할 수 있다. 이런 점을 고려하여 건 축구조기준(이하 KDS 41 12 00: 2022)에서는 합리적인 설계를 위해 풍향계수를 적용한다. 본 연구는 8개소를 대상으로 10년간의 자 료를 수집하여 사용성 평가를 위한 1년 재현기대풍속과 풍향계수를 산출하였다. 선행 연구된 논문에서 사용성 평가를 위한 1년 재현 기대풍속과 풍향계수를 산출하였으나, 이는 기상청에서 제공하는 일최대풍속으로 산출하였기 때문에 누락되는 풍속이 있을 수 있다고 판단되었다. 따라서 분풍속을 이용하여 모든 풍향의 일최대풍속을 구하였고, Weibull 분포를 통해 재현기대풍속을 산출하였다. 최종적 으로 기상청에서 제공하는 일최대풍속으로 구한 풍향계수와 분풍속으로 구한 일최대풍속의 풍향계수를 비교하여 지역별 풍향계수의 경향 및 두 방법의 차이점에 대해 분석하였다.

국내에서는 ‘태양광 발전 사업‘을 지원하여 태양광 발전소를 늘려나가고 있다. 태양광 발전기는 옥외에 있어 바람에 직접적 으로 노출되어있기 때문에 태풍과 같은 강풍에 큰 영향을 받게 된다. 최근 태풍의 강도와 빈도가 증가하면서 이에 따른 피해가 증가하 고 있다. 태양광 발전기는 유지 관리 및 보수 작업의 용이성 때문에 동서방향으로 배치한 태양광 어레이들 좌우 사이에 이격거리를 두 고 설치된다. 따라서 본 연구에서는 동서방향 이격거리를 변수로 특정하여 태양광 어레이에 작용하는 풍압분포와 피크순압력계수를 산출하였다. 이를 위해 이격거리를 0.3m, 0.5m, 1.0m로 선정하여 풍압실험을 진행하였다. 모든 변수에서 어레이의 양측 상부 모서리에 서는 상방향, 하부 모서리에서는 하방향의 피크순압력계수가 지배적이었다. 어레이 내단부에서는 상방향과 하방향의 피크순압력계수 가 이격거리 0.3m일 때 가장 크게 나왔으나, 외단부보다 전체적으로는 값이 작았다. 어레이 좌우 이격거리에 대한 내단부에서의 수속 효과보다 외단부에서 생긴 와로 인한 피크순압력계수가 크게 나타났기 때문에 외단부에 대한 안전성을 더 고려해야 할 것으로 판단된다.

화석연료의 사용은 대기가 오염되어 지구온난화와 이상기후 등의 문제를 야기하고 있다. 우리나라는 탄소 배출량을 줄이기 위하여 신재생에너지 개발에 관심이 집중되었고, 신재생에너지에 관한 정책 중 ‘그린 홈 100만호 보급사업’을 통해 일반 주택에 태양 광 발전기 보급이 확대되었다. 태양광 발전기는 외부에 노출되어 있어 직접적으로 태풍과 같은 강풍에 영향을 받게 된다. 따라서 보급 이 확대된 만큼 피해사례도 증가하고 있다. 본 연구에서는 태양광 발전기의 안전한 내풍설계를 위하여 주택설치 용량에 부합하는 태양광 발전기 형태를 특정하여 풍동실험을 진행하였다. 태양광 발전기의 모듈을 동일 면적의 정사각형(3 by 5 어레이), 직사각형(5 by 3 어레이)으로 배열하고 설치 각도를 30°, 35°, 40°로 하여 변수에 따른 풍압분포와 피크순압력계수를 산출하였다. 전체적으로 설치 각도가 증가할수록 값은 줄어들었으며 어레이 상부 모서리에서 상방향, 하부 모서리에서 하방향의 피크순압력계수가 지배적이었다. 또한 대체로 정사각형(3 by 5 어레이)보다 직사각형(5 by 3 어레이)의 배열이 바람에 더 불리한 것으로 나타났다.

필로티는 현대건축에서 주차공간의 활용, 보행자의 통로 등 여러 가지 이점을 가지고 있기 때문에 아파트와 오피스텔과 같은 고층건축물에 많이 사용되고 있다. 이러한 고층건축물의 필로티 형태 특성상 강풍이 불 때 바람이 집중되기 때문에 필로티 천장과 벽 면에 위치하고 있는 외장재 및 주골조가 파손되기 쉽다. 그리고 이러한 외장재 및 주골조의 탈락으로 인해 2차 피해가 발생할 우려가 있다. 하지만 건축구조기준(KBC-2016)에서는 고층건축물에 대한 천장 및 벽면의 풍압계수만을 제시할 뿐 필로티에 대한 기준이 명시 되어 있지 않다. 본 논문은 고층건축물에서 사용되는 필로티의 종류로서 관통형, 개방형 필로티를 선정하였고, 필로티의 폭과 깊이를 변수로 하여 풍동실험을 진행하였다. 그리고 변수에 따른 풍압계수의 특성을 파악하였고 비교 및 분석하였고 본 논문의 실험결과를 통 하여 필로티 설계 시 활용할 수 있는 주골조 및 외장재 설계용 풍압계수를 제시하였다.

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.

최근 필로티는 공간의 활용도나 미관상의 이유로 많이 사용되고 있다. 필로티는 외벽보다는 안쪽에 위치하나 외기에 접하는 형태로 강한 바람이 불 때, 바람길이 형성되고 강한 압력을 받아 필로티의 천장 및 벽면 부분의 외장재가 탈락하는 피해가 발생한다. 현재 건축구조기준(KBC-2016)에서는 필로티 건축물에 대한 천장 및 벽면의 풍압계수가 제시되어있지 않아 필로티 부분의 주골조 및 외장재에 대한 구조설계에 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 저층구조물의 관통형 필로티에 대한 풍압실험을 진행하여 풍압계수를 산출하였다. 실험 모형의 변수는 필로티의 높이와 폭으로 두었으며 변수에 따라 풍압계수를 산정하고 풍압분포의 변화를 비교·분석하 였다. 따라서, 필로티의 여러 변수 중 가장 불리한 풍압계수를 제시하여 이를 주골조와 외장재 설계 시 기초자료로 제공하고자 한다.

우리나라의 바람은 계절풍, 태풍, 저기압 전선풍으로 나눌 수 있다. 또한 우리나라는 산지가 많고 삼면이 바다로 둘러싸인 지 리적인 특성도 갖고 있다. 이로 인해 각 지역의 풍향마다 풍속이 균일하게 불어오지 않는다. 내풍설계 시 사용하는 풍속은 건축구조기 준에 규정된 100년 재현기대풍속을 전풍향에 대해 동일하게 사용한다. 이 값은 풍향을 고려하지 않기 때문에 다소 보수적인 설계가 될 수 있다. 이 연구에서는 10개 지역을 대상으로 16풍향에 대한 분풍속을 수집하여 풍향별 100년 재현기대풍속을 산출하였다. 기상청에 서 수집한 자료를 균질하게 하기 위해 풍향별로 유효높이를 고려하였고, 지표면조도구분을 하는 방법으로 가스트계수방법과 목측방법을 사용하였다. 풍향별 100년 재현기대풍속을 산정하기 위한 확률분포는 Gumbel분포를 사용하였고, 경험적 초과확률로는 Hazen방법 을 이용하였으며, Gumbel분포와 Hazen방법의 적합성은 적합성평가함수에 의해 판단하였다. 이것을 토대로 각 지역의 풍향계수를 산출하였고, 풍향계수의 비교를 통해 지역별, 풍향별 풍속의 특성을 파악하였다.

KBC-2016에서는 건축물 구조안전성 검토를 위한 100년 재현기대풍속은 지역별로 명시하고 있다. 하지만 사용성 평가를 위 한 재현기대풍속은 지역별로 명확히 제시하고 있지 않다. 보다 합리적인 사용성 평가를 위해서는 1년 재현기대풍속을 규정할 필요가 있다. 또한 한반도의 지리적 특성상 풍속은 풍향과 지역의 영향을 강하게 받기 때문에 풍향을 고려할 필요가 있다. 이 연구는 최근 10 년간의 일최대풍속을 이용하여 75개 지역 풍향별 1년 재현기대풍속 및 풍향계수를 추정하였다. 일최대풍속의 확률분포는 Weibull분포 를 사용하였다. 최종적으로, 이 연구의 풍향별 1년 재현기대풍속과 선행연구결과를 비교하여 한반도의 풍향별 풍속의 변화 경향도 파 악하였다.

본 연구에서는 기존외장재로 사용되고 있는 알루미늄 커튼월시스템을 대신할 수 있는 공법으로, 유리를 지지하는 케이블에 초기장력을 도입하여 건축외장재에 작용되는 풍하중을 효과적으로 지지할 수 있는 케이블월 시스템을 제안하였다. 고층건축물 기준층 에 적용할 수 있는 상하로 연결된 수직 일방향 케이블시스템에 케이블의 초기장력과 설계하중에 대한 변위를 예측할 수 있도록 구조 해석과 실물크기의 실험을 통해 케이블월 시스템의 구조성능을 평가하였다. 구조설계 프로그램인 MIDAS-Gen을 이용하여 케이블의 초기장력 및 구조거동을 해석하였고, 구조실험에 나타난 최대 처짐 값은 케이블구조 국제허용 처짐인 AAMA 조건에도 만족한 것으로 나타났다. 또한 구조해석을 통해 나타난 결과 값이 실제 외장재 크기에 동일한 하중조건으로 작용한 구조실험 결과 값과 거의 유사한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 얻어진 결과로, 제안된 케이블월 시스템을 건축외장재에 사용할 경우 구조성능은 충분히 확보될 뿐 만 아니라 개방성이 확보되고 시공이 간편하여 공사비용을 절감시킬 것으로 예상된다.

강풍으로 인한 구조물의 파괴는 한계상태 이상의 풍하중으로 인한 파괴와 한계상태 보다 레벨은 낮지만 반복적인 풍하중에 의한 피로파괴로 나눌 수 있다. 한계상태설계 파괴에 대한 연구는 많이 이루어져 있으나, 강풍에 의한 피로파괴에 관한 연구는 드물다. 본 논문은 강풍에 의한 피로파괴 해석 시 사용할 수 있는 풍속의 계속시간에 관한 모델을 기상관측소로부터 획득한 자료를 사용하여 확률통계방법에 의하여 제시한 것이다. 강풍의 발생성인은 한국의 기상 특성에 따라 태풍, 전선풍, 계절풍으로 나누었고, 년최대풍 속자료에 대한 통계적인 처리는 극치Ⅰ형 누적분포함수를 사용하였다. 1회 강풍이 불었을 때 어떤 레벨에서 풍속의 계속시간은 풍속의 확률밀도함수와 최대풍속값에 의해 일반화된 누적신간의 곱으로 각 강풍의 발생성인에 따라 주어진다.

건축구조기준(KBC-2016)에서는 팔각기둥 형상을 가진 구조물의 풍력계수는 형상비 25이상에서 1.4로 일정한 값을 적용하도록 하고 있다. 하지만 팔각뿔 형상인 첨탑 구조물은 팔각기둥과는 그 형상이 다르기 때문에 첨탑 구조물에 적용할 풍력계수에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 풍동실험을 이용하여 첨탑 구조물의 형상비 변화에 따른 풍력계수 특성을 규명하였다. 일반적으로 구조물에 작용하는 풍력계수는 형상비가 증가할수록 커진다. 하지만 특정 형상비를 초과하면 풍력계수는 더 이상 증가하지 않고 일정하게 수렴한다. 이러한 특성을 반영하기 위해, 예비실험은 형상비가 10~19.2인 모델에 대해 수행하였고, 풍력계수가 수렴하기 시작하는 형상비를 검토하였다. 그 결과 15 이상의 형상비에서 풍력계수가 약 1.1로 수렴하는 것으로 나타났다. 형상비 변화에 따른 풍력계수 변화를 고찰하기 위해 형상비 3~8.5 까지의 모형을 추가 제작하여 풍동실험을 수행하였다. 연구의 결과를 이용하여 형상비 변화에 따른 풍력계수의 변화를 경험식으로 제안하였고, 추세한 값들이 실험값 보다 작지 않도록 보정하였다.