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.

트윈 빌딩의 풍하중의 특성과 구조적 특성은 일반 고층건물보다 복잡하다. 이러한 특성을 조사하기 위해서 풍동실험을 통해서 트윈 빌딩의 풍압을 계측하였다. 계측된 데이터와 적합 직교 분해 기법을 이용하여 풍압의 패턴을 파악하였다. 1차 모드에서는 채널링 효과가 2차 모드에서는 와류 효과가 나타났다. 또한, 두 빌딩의 하중의 상관관계를 파악하였는데, 풍 방향 하중은 양의 상관관계를 가지며, 풍 직각 방향의 하중은 명확한 상관관계가 나타나지 않았다. 이러한 상관관계는 횡 방향 변위에도 영향을 미쳤다. 양의 상관관계를 가지면 트윈 빌딩을 연결하는 구조부재의 영향이 적게 작용한 반면에 음의 상관관계를 가지면 연결 구조부재의 영향이 횡 방향의 변위를 줄이는데 큰 영향을 미치게 되었다.

본 연구에서는 운전 정지 상태로 회전하지 않는 수평축 해상 풍력터빈 로터에서 발생하는 풍하중을 풍속, 요 각도, 방위각, 피치 각도를 달리하면서 대기경계층 내에서 작동하는 조건으로 평가하였다. 하중 예측 결과의 검증을 위해 단순화 한 블레이드 형상에 대한 블레이드 요소이론과 단순 계산치를 이용하여 얻어낸 공력 하중을 상호 비교하였으며, 코드와 비틀림 각도가 블레이드 스팬 방향에 따라 변하는 NREL 5 MW급 대형풍력터빈 로터에 대해서는 NREL에서 개발한 FAST 해석 결과와 본 연구의 해석 결과를 비교 함으로써 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 로터의 하중은 허브 중심을 원점으로 하는 고정된 3축 좌표계에 대해서 힘과 모멘트로 표현되는 6분력 하중으로 나타내었다. 따라서 이 결과는 풍력터빈 시스템의 동적 거동 해석과 로터에서 발생되는 전도 모멘트를 견디기 위해 필요한 지지 구조물의 기초하중 자료로 적용할 수 있다.

The biggest impact on the cladding design of buildings is wind loads. Wind tunnel tests were conducted to examine the applicability of current wind load standards about membrane retractable roof spatial structure. A dome model with a circular shape that is retractable to the center of the dome was made (Opening ratio = 0, 10, 30, 50). In addition, height adjustable turntables were made and tested with five patterns with H/D = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5. The maximum wind pressure coefficient and the minimum wind pressure coefficient for the cladding were analyzed and the experimental wind pressure coefficient were compared with the current wind load standards, KBC2016 and AIJ-RLB(2015). The experimental value and the reference value of the enclosed roof were very similar and showed possibility of application, but opened roof case was found that the reference value was underestimated.

The outrigger damper system is a structural system with excellent lateral resistance when a wind load occurs. However, research on outrigger dampers is still in its infancy. In this study, dynamic response control performance of damper is analyzed according to change of stiffness value and damping value of damper. To do this, a real-scale 3D model of 50 stories has been developed and the artificial wind load has been entered for dynamic analysis. Generally, the larger the damping value, the smaller the stiffness value is, the more effective it is to reduce the maximum displacement and acceleration response. However, the larger the attenuation value as the cost of construction increases, it is necessary to select appropriate stiffness and damping value when applying an outrigger damper.

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.

구조물의 감쇠비는 내풍성능을 평가하는 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 구조물의 실제 감쇠비는 대부분 계측된 응답을 기반으로 시스템 식별기술에 의하여 이루어진다. 그러나 예측된 감쇠비는 계측조건, 계측시간 및 시스템 식별기술에 따라 오차를 보이는 등 불확실성을 가지고 있다. 본 연구에서는 기 개발된 가상 동적진동기(Virtual Dynamic shaker)에 주요 개념으로 사용되었던 외부하중 스펙트럼의 전체 평탄성을 국부 평탄성으로 개념을 확대하여 감쇠비 추정을 보다 정교하게 하는 기법을 개발하였다. 국부 평탄성을 개념을 사용하여 감쇠비를 구하고자 하는 대상 모드의 고유진동수 부근에 적용함으로서 보다 정확하게 감쇠비 추정하는 기법을 다루었다. 본 개발된 기법을 검증하기 위하여 고층건물의 상시진동에 대하여 적용하였으며, 기존 시스템 식별법, 자유진동실험에 의한 결과와 비교 평가하였다. 그 결과 전체 평탄성을 가지는 개념에 비하여 국부평탄성을 가지는 VDS가 보다 정확하게 감쇠비를 추정하는 것을 보였다.

Spatial Structure has suffered from a lot of damage due to the use of lightweight roofs. Among them, the damage caused by strong winds was the greatest, and the failure of the calculation of the wind load was the most frequent cause. It provides that wind tunnel test is used to calculate the wind load. However, it is often the case that the wind load is calculated based on the standard of wind load in the development design stage. Therefore based on this, the structure type and structural system and member design are often determined. Spatial structure is usually open at a certain area. The retractable roof structure should be operated with the open roof in some cases, so the wind load for the open shape should be considered, but it is not clear on the basis of the wind load standard. In this paper, the design wind pressure of a closed and retractable roof structure is calculated by KBC2016, AIJ2004, ASCE7-10, EN2005, and the applicability of wind pressure coefficient is compared with wind tunnel test.

Recently, the trend is emerging a variety of irregular tall buildings. It is important to design the building for lateral load according to this trend. Fluid Structure Interaction(FSI) simulation can be performed to understand the vibrations of the structure against dynamic wind loads. In order to make the physical characteristics of the actual structure and the analytical model the same, we studied core inserting equivalent stiffness modeling method. As a result of this analysis, the stiffness of the structure can be set similar to that of the two axes of the structure, and turbulence can be reproduced through the acceleration tendency.

PURPOSES :The purpose of this study is to perform a reliability analysis of the proposed wind load combination which governs the design of support structures of subsidiary road facilities, and to evaluate whether the target reliability of the design is satisfied.METHODS :The statistical estimation method is applied and the design period of the support structure is used to obtain the statistical property of the wind load. In addition, the statistical properties of the strength of support structures are obtained from a literature review and simulation study. Actual support structures are designed by the proposed load combination and are used as the examples to examine if the target reliability is obtained.RESULTS :The result of the reliability analysis performed by using the statistical properties of load and resistance for the support structure in this study indicates that the proposed wind load combination satisfied the target reliability index of the design. Also, the convenience of the design is achieved by adopting the same design wind velocity given in the bridge design code by applying the wind velocity ratio defined for the design period of the support structure.CONCLUSIONS :It is presented that the design using the wind load combination proposed in this study achieved the target reliability index and the design wind load for different design periods can be conveniently defined by applying the velocity ratio proposed in this study.

본 연구에서는 Karman이 제시한 풍방향 변동풍속 스펙트럼 및 Liang이 제시한 풍직각방향 변동풍하중 스펙트럼을 이용하여 풍방향 및 풍직각방향 풍하중을 생성하고, 생성된 풍하중을 적용하여 고정기초 및 면진기초 구조물의 동적 거동을 해석하여 풍하중이 작용하는 고정기초 구조물과 면진기초 구조물의 동적거동을 해석하여 면진기초에 의한 풍응답 증가에 대하여 비교분석하였다.

The result of the previous work leads to the idea that the inner area of the hyperbolic shell generator should be minimized for the cooling tower with higher first natural frequency. In this study the inner area of the hyperbolic shell generator was graphically established under varying height of the throat and angle of the base lintel. From the graph, several shell geometries were selected and analysed in the aspect of the natural frequency. Three representative towers reinforced differently due to different first natural frequencies were analysed non-linearly and evaluated using a damage indicator based on the change of natural frequencies. The results demonstrated that the damage behaviour of the tower reinforced higher due to a lower first natural frequency was not necessarily advantageous than the others

본 연구에서는 초고층건축물의 풍진동 모니터링을 위한 시스템식별기법의 현장적용성을 평가하였다. 실제 아웃리거-벨트월 을 횡력저항 시스템으로 가지는 실제 63층 RC구조물을 대상으로 상시 및 강풍시 응답을 모니터링하였으며, 진동수영역분해(FDD), 랜덤감소(RDT)기법, 부분공간시스템식별(SSI)법을 사용하여 진동특성을 식별하였다. 건물의 평면이 정방형이고, 두 개의 횡방향 모드의 진동수는 매우 유사하였다. 모든 식별기법에서 태풍과 같이 강한 외력이 존재할 경우 뿐만 아니라 상시미진동 에서도 구조물의 모드 특성을 식별할 수 있었다. 현장에서의 적용성 평가결과, 계산속도는 FDD가 가장 빨랐으며, RDT가 가장 간단한 프로그래밍 절차를 가지고 있음을 확인하였다.

Determining of the shape in the process of design for natural draught cooling tower is very important, because the shape of hyperbolic shell is respond sensitively to dynamic behavior of the whole cooling tower against wind load. In engineering practice, the geometric parameters have been determining based on the natural frequency. This study analyses influence of the tower shell geometric parameters on the structural behavior. For three representative models were selected, they were analyzed based on evaluation of damage by means of nonlinear FE-method. As a result, a hyperbolic rotational shell with the small radius overall was the lowest damage index induced by sufficient capacity of the stress redistribution and thus a wind-insensitive structure.

현재 사용되고 있는 대부분의 풍진동해석법은 진동수영역의 스펙트럼 해석법에 기초하고 있다. 스펙트럼해석법은 하중 및 응답의 위상각을 무시하게 되며 그에 따라 병진방향 및 비틀림 방향의 모드 응답조합이 어려워질 수 있다. 본 연구에서는 일반화 밑면 모멘트 스펙트럼밀도함수로부터 재생된 풍하중 시간이력을 이용하여 병진, 비틀림 방향이 연계된 구조물의 응답을 해석하는 시간이력 해석법에 대해서 다룬다. 제시된 시간이력 해석법의 적용성을 검토하기 위하여 직사각형 평면을 가지는 40층 규모의 구조물을 대상으 로 해석을 수행하였다. 수치해석결과에 의하면, 시간이력해석법에 의하여 질량중심으로부터 멀리 떨어진 곳의 비틀림 모드에 의한 응답특성을 파악할 수 있었으며, 병진방향과 비틀림방향 모드 응답의 조합에 의하여 보다 정확한 응답예측이 가능한 것을 알 수 있었다. 또한 해석된 응답을 이용하여 사용성능 및 처짐 성능평가를 수행할 수 있기 때문에 예비설계 단계에서 보다 정밀한 내풍 성능평가가 가능한 것을 알 수 있었다.

풍력발전 타워는 높은 세장비를 갖는 형상으로 인해 바람에 의해 발생하는 횡하중에 취약한 구조를 가지고 있기 때문에 바람은 풍력발전 타워를 설계하는데 있어서 중요한 설계요소 중 하나라고 할 수 있다. 본 논문에서는 타워 운송 편의성 향상을 위해 설계된 8각 및 6각 단면형상을 가지는 조립식 강관 타워 및 일반 원형 강관 타워의 일정 높이 이상에서부터 4개의 작은 기둥으로 분리되는 형상을 가지는 멀티기둥 강관 타워에 대한 2차원 단면모형 풍동실험과 3차원 모형 풍동실험을 수행하여 각 형상별 풍력계수를 산정하여 그 특성을 비교하였다. 또한 풍동실험 축소모형에 대한 CFD 해석을 수행하여 산정된 풍력계수값의 신뢰성을 확인하였으며, 마지막으로 실제스케일 풍력타워에 대한 CFD 해석을 수행하여 각 형상별 특성을 분석하였다.

이 논문에서는 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 횡방향 휨거동 해석에 비선형 해석 모델 특성들이 미치는 영향을 검토하여 곡선 프리스트레스트 콘크리트 사장교의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 정당하게 예측할 수 있는 해석방법을 제시하였다. 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 시공단계별 풍하중에 의한 횡방향 휨거동 해석 시 재료의 비선형성은 물론 기하학적 비선형성을 모두 고려하였고 재료의 시간의존적 특성의 영향으로 콘크리트의 크리프, 건조수축, 강도증가와 프리스트레싱(PS) 강재와 케이블의 이완을 고려하였다. 곡선 PSC 사장교의 풍하중에 의한 휨거동을 다양한 비선형 해석 모델 특성들을 조합해서 고려하여 해석을 수행한 결과, 교량 상판의 인장균열 및 이에 따른 처짐의 증가를 정확히 예측하기 위해서는 재료의 비선형 응력-변형률 관계는 물론 콘크리트의 인장균열을 모두 포함한 재료 비선형성과 기하강성도 매트릭스는 물론 대변위에 의한 변형률의 비선형항 및 부재의 위상변화를 모두 포함하는 기하학적 비선형성을 고려한 해석이 반드시 필요함을 확인하였다. 부가적으로, 콘크리트의 인장증강효과 및 뼈대요소의 축력에 의한 기하강성도 매트릭스의 고려여부는 교량의 풍하중에 의한 정적 휨거동을 예측하는 데 영향을 크게 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 풍하중에 의한 곡선 PSC 사장교의 횡방향 휨거동은 상판의 횡방향 변위의 상당한 증가 및 거더 단면의 인장균열로 인해 상판이 폐합되기 직전단계가 폐합된 이후 단계보다 크게 불리함을 확인하였다.