공력천칭법은 고층건물의 구조풍공학 분야에서 널리 활용되는 수단으로, 풍력실험과 풍하중 해석단계를 명확히 분리 및 연 계하는 체계적인 틀을 제공한다. 기존 방법은 주로 변위응답에 중점을 두었으나, 고층구조물 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하는 공력모 멘트의 거동을 간과하는 경향이 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 개선된 모멘트 기반 공력천칭법을 소개한다. 제안 된 방법론은 정교하게 도출된 모드형상 보정계수를 반영하고, 모달스펙트럼해석과 확률론적 진동이론을 연계함으로써 측정된 공력모 멘트응답과 확률적 풍하중 효과 간의 세밀한 관계를 정립한다. 더 나아가, 본 연구에서는 건물 높이에 따라 평균, 비공진 및 공진성분 의 공력모멘트응답을 등가정적풍하중 및 풍응답으로 효과적으로 분배하기 위한 유효참여계수의 도출과정을 개념적·수학적으로 상세 히 다룬다. 이런 포괄적 접근법은 풍하중 산정의 정확도를 향상할 뿐만 아니라, 사용성 설계에 중요한 요소인 변위 및 가속도응답의 예측 개선에도 기여한다. 궁극적으로, 풍공학전문가와 구조설계자에게 더욱 안전하고 회복력 있는 고층건물설계를 위한 고도의 평가 수단을 제공할 것이다.

공력천칭기법 또는 풍압적분법에서 얻은 공력모멘트의 파워스펙트럼밀도는 종종 톱니 형상을 나타내며 의도 하지 않은 잡음원의 영향을 받을 수 있다. 이런 잡음은 고층건물의 실제 동적풍응답을 왜곡하여 부정확한 평가를 초래 할 수 있다. 따라서 고층건물의 바람으로 인한 응답을 정확하게 예측하기 위한 동적해석을 수행하기 전에 잡음을 걸러 내고 모달풍하중 스펙트럼을 평활화하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 잡음 및 스펙트럼 자료의 변동성을 최소화하 여 모달풍하중 스펙트럼의 정확성과 신뢰성을 높이기 위해 SSA(Singular Spectrum Analysis)를 활용한다. 모달풍하중 스펙트럼에 특화되고 수정된 SSA을 간략히 서술하고 쌍둥이 고층건물에 대해 구현해 보았다. 결과는 SSA가 효과적으 로 잡음을 줄이고 평활성을 향상하여 더 정밀하고 일관된 모달풍하중 스펙트럼을 활용할 수 있다. 이 방법은 다양한 풍 공학 분야에서 실험 및 해석의 성능을 향상하는데 유용할 것으로 판단된다.

지표면조도는 건축구조물에 작용하는 풍속과 난류강도의 연직분포에 중대한 영향을 미칠 수 있다. KDS 2022에서 지표면조 도구분은 목안측정법으로 판정되고 두 가지 이상의 지표면조도가 혼재되어 있는 경우 중간상태의 지표면조도구분을 적용해야 한다. 이런 접근법은 엔지니어의 주관적인 판단에 의존하여 풍하중 산정의 불확실성을 유발할 수 있다. 이런 문제들을 해결하기 위해 본 연 구에서는 환경부가 제공한 토지피복지도를 활용하였으며, 지표면상태가 혼재되어 있는 경우 ESDU의 경계층 이론에 따라 유효한 바 람의 연직분포를 생성하였다. 토지피복지도를 활용하여 대표적인 10개 지역의 지표면상태를 구분하였으며, KDS, ISO 그리고 ESDU 에 따른 판정법에 의해 결정된 지표면조도구분을 비교하였다.

스카이브릿지로 연결된 쌍둥이 초고층건물은 두 가지 종류의 연동성-스카이브릿지로 인해 두 건물의 거동 동기화를 유발하는 구조적 연동성과 작용하는 풍하중의 높은 상관성으로 인한 공기역학적 연동성-이 나타난다. 단일 건물에 널리 적용되는 전통적인 풍력실험 방법으로는 이런 연동성과 영향들을 완벽히 파악할 수 없는 실정이다. 그런 이유로 보다 발전된 동적 풍응답 해석법이 요구된다. 이 논문은 스카이브릿지로 연결된 쌍둥이 건물에서 발생하는 구조적 및 공기역학적인 연동성을 다룰 수 있는 듀얼 풍력실험 방법을 자세히 다루었다. 제안된 방법을 적용하여 건물의 풍가속도에 대한 구조적 및 공기역학적 연동성의 영향을 평가하였다. 건물의 풍응답 산정에 스펙트럼 적분법과 백색 소음 근사법을 적용하였다. 실험 및 결과로 볼 때 동적 풍응답에 상당한 영향이 있음을 확인할 수 있었다. 여러 개의 풍력 측정센서를 활용한 풍력실험 기술은 구조적으로 연결된 초고층건물에 대한 풍동실험에 유용하게 사용될 것으로 판단된다.