본 연구는 최근 지자체를 중심으로 경쟁적으로 건설되고 있는 장대 보도교를 대상으로 바닥판에 설치된 그레이팅의 배치 형태에 따른 풍응답특성을 파악하여 내풍설계의 기초자료를 확보함을 목표로 한다. 변장비 1:12.5의 플레이트거더단면을 대상으로 그레이팅의 배치방법과 설치면적을 달리한 10종류의 단면을 선정하여 연직-비틀림 2자유도 탄성지지상태에서 동적 풍응답실험을 수행하였다. 바닥판 중앙에 그레이팅을 둔 경우 전체 폐쇄단면과 비교할 때, (-)영각에서는 플러터 한계풍속이 증가하였으나 (+)영 각에서는 감소하는 것으로 나타났으나 바닥판 가장자리에 개구부를 둔 단면의 경우는 조사풍속영역에서 전반적으로 안정적인 내풍성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 실험 결과를 종합하면, 단면 중앙에 개구부를 설치하는 경우 유해진동의 발생이 예측되므로 적절한 내풍대책이 강구되어야 될 것으로 판단되며 개구부를 바닥판 가장자리에 두는 것이 내풍안정성확보에 유리한 배치임을 확인할 수 있었다.

트윈 빌딩의 풍응답은 풍하중의 공력 특성과 트윈 빌딩 구조 시스템의 동적 특성에 영향을 받는다. 본 논문에서는 트윈 빌딩의 두 빌딩의 간격이 다른 두 경우에 대해서 풍응답에 영향을 주는 풍압의 특성을 풍동 실험과 적합 직교 분해 기법을 이용해 파악하고, 3차원 구조 시스템 모델링을 통해 동특성을 파악하였다. 그리고 이중 모달 변환 기법을 이용해서 각 풍압의 특성과 구조물의 동특성이 풍응답에 미치는 영향을 파악하였다. 적합 직교 분해 기법을 통해서 채널링과 와류 효과에 대해서 파악할 수 있었다. 풍 직각 뱡향의 풍하중은 두 빌딩의 간격에 영향을 많이 받았으며, 풍 방향의 풍하중은 간격에 영향을 적게 받았다. 마찬가지로, 이중 모달 변환 기법에서 교차 참여 계수는 풍 직각 방향에서는 두 빌딩의 간격에 따라 크게 달라진 반면, 풍 방향은 영향이 적었다. 이에 따라 두 빌딩의 간격 이 풍 방향의 풍응답 보다 풍 직각 뱡향의 풍응답에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다.

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.

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.

Recently, the concept of an outrigger damper system with a damper added to the existing outrigger system has been developed and applied for dynamic response control of high-rise buildings. However, the study on the structural characteristics and design method of Outrigger damper system is in the early stages. In this study, a 50 story high - rise building was designed and an outrigger damper system with viscoelastic damper was applied for wind response control. The time history analysis was performed by using the kaimal spectrum to create an artificial wind load for a total of 1,000 seconds at 0.1 second intervals. Analysis of the top horizontal maximum displacement response and acceleration response shows that outrigger damper systems are up to 28.33% and 49.26% more effective than conventional outrigger systems, respectively. Also, it is confirmed that the increase of damping ratio of dampers is effective for dynamic response control. However, since increasing the damping capacity increases the economic burden, it is necessary to select the appropriate stiffness and damping value of the outrigger damper system.

The purpose of this study is to accurately estimate the wind-induced responses of a tall building structure for using the estimated responses in the process of calculating the optimal force of an active control device. Kalman filter was used for the estimation process and a 3-storied model structure on a shaking table was tested for the verification of the estimation accuracy. The system matrices of the model were constructed based on the mode parameters obtained by the system identification. The estimated displacement matched up well with the measured one. Finally, the wind-induced responses of a real 39-storied building structure excited by the typhoon MUIFA were estimated.

본 연구에서는 케이블교량에 사용되는 보강거더의 형식 중에서 2에지거더를 대상으로 거더형상의 변화에 따른 정/동적 풍응 답특성을 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 하부거더의 단면형상은 I형, 사다리꼴 2종류, 5각형 2종류 및 원형(I)으로 총 6종류를 채택하 였고 변장비는 1:5로 하였다. 본 연구에서 얻어진 결과로서, 정적설계에 사용되는 항력계수의 경우 원형단면과 5각형단면이 다른 단면에 비하여 유리한 것으로 나타났다. 대상단면의 동적안정성은 모두 비틀림 플러터가 지배적이고 플러터 한계풍속은 영각증가에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타냈으며, I형 단면과 비교할 때 5각형단면과 원형단면의 한계풍속은 증가하는 것으로 확인되었다. 와류진 동의 최대진폭은 전반적으로 (+)영각범위에서는 영각증가와 함께 증가하였으나 (-)영각범위에서는 증감폭이 두드려지지 않는 경향을 보였으며 단면형상변화에 대해서는 사다리꼴 > 5각형 > 원형의 순으로 진폭이 감소하였다. 소정의 평균풍속에 대한 정적변위를 조사 하였으며 연직변위의 경우 모든 단면에서 영각증가에 따라 증가하였고 비틀림변위는 (-)영각범위에서는 큰 변화가 없으나 (+)영각범위 에서는 영각증가와 함께 정적변위가 감소하였고 5각형단면인 P2가 가장 작은 값을 보였다. 본 연구에서 수행된 정/동적 응답실험결과 를 비교분석한 결과, 5각형단면인 P2단면과 원형단면의 내풍성이 우수한 것으로 나타났다.

An outrigger damper system has been proposed to reduce dynamic responses of tall buildings. In previous studies, an outrigger damper system was optimally designed to decrease a wind-induced or earthquake-induced dynamic response. When an outrigger damper system is optimally designed for wind excitation, its control performance for seismic excitation deteriorates. Therefore, a smart outrigger damper system is proposed in this study to make a control system that can simultaneously reduce both wind and seismic responses. A smart outrigger system is made up of MR (Magnetorheological) dampers. A fuzzy logic control algorithm (FLC) was used to generate command voltages sent for smart outrigger damper system and the FLC was optimized by genetic algorithm. This study shows that the smart outrigger system can provide good control performance for reduction of both wind and earthquake responses compared to the general outrigger system.

Recently, the concept of damped outrigger system has been proposed for tall buildings. But, structural characteristics and design method of this system were not sufficiently investigated to date. In this study, the dynamic response control performance of outrigger damper has been analyzed. To this end, a simplified analysis model with outrigger damper system has been developed. An artificial wind of 1000 seconds with 0.1 second time steps was generated by using a Kaimal spectrum. Analysis results show that outrigger damper system is more effective up to 20-23% in the control of dynamic response compared to conventional outrigger system. The increase of outrigger damper capacity usually results in the improved control performance. However, it is necessary to select that proper stiffness and damping values of the outrigger damper system because, the outrigger damper having large capacity is result in heavy financial burden.

본 논문에서는 FSI해석을 이용하여 비정형 초고층 빌딩의 풍응답 특성을 연구하였다. 해석모델은 Twist모델이며, 뒤틀림 각도와 풍가속도의 상관관계에 대해 연구 중점을 두었다. 먼저 단방향 해석을 수행하여 100년 재현주기 풍속에 대한 최대 횡 변위를 구하고, 제한조건을 만족하는 탄성계수를 산출한다. 그리고 양방향 해석을 수행, 시간이력해석을 통해 산출된 탄성계수와 임의의 밀도를 가지는 풍가속도를 예측하게 된다. 정방형 모델은 높이 400m, 변장비 1:1, 세장비 8로 설정, 뒤틀림 모델은 0도에서 90도까지 15도 간격으로, 90도에서 360도까지 90도 간격으로 비틀어 회전시켰다. 형상에 따른 풍가속도 예측결과, 정방형 모델이 뒤틀림 모델보다 크게 산출되어 풍진동 영향에 더 민감한 것을 검증하였다.

Base Balance Technique은 건축물의 하중과 변위 및 가속도와 같은 응답들을 구하기 위한 기본적인 풍동실험기법으로 사용되어 왔다. 이 기법은 선형적인 형상함수의 내제된 가정으로 수행함으로써, 밑면 전도모멘트로 일반화된 하중을 추정할 수 있다. 그러나 초고층건물은 다수의 풍방향진동에 대한 형상함수들을 가지고 있다. 본래의 초고층건물의 기본적인 형상함수는 선형적이지 않으므로 풍동실험이나 선형적인 해석의 결과로부터 약간의 조정이 필요하다. 본 연구에서는 풍동실험의 데이터를 이용하여 풍방향응답의 보정계수를 제안한다. 그리고 건물의 높이와 너비, 건물주기 등으로부터 보정계수의 요인들을 이해할 수 있다.

고층 건축물의 내풍설계 시 다차모드 해석의 수행이 필요하다. 고층건축물의 다차모드 해석을 위해서 풍압적분법과 1차모드 해석을 수행하였으며, 풍압적분법을 활용하여 층별 시간이력 전도모멘트를 산출하였다. 층별 전도모멘트를 산출하기 위해 풍압적분법을 활용하였고, 그 방법으로 임의의 층까지의 누적 풍력데이터로부터 층별 시간이력의 전도모멘트를 산출하였다. 풍응답변위는 각 층별 전도모멘트로부터 1차 모드 해석을 수행하여 평가하였다. 본 연구 결과의 그 유효성을 높이기 위해, 건축물 전체에 작용하는 풍력데이터에 의해 얻어진 풍응답 결과와 비교하였다. 두 연구 결과는 유사한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 풍진동 제어를 위해 39층 테크노마트 건물에 능동형 질량 감쇠기를 적용하기 위한 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 태풍 풍응답 계측 및 풍동실험을 통해 테크노마트 단변방향 진동에 대한 사용성 개선이 필요함을 확인하였다. AMD에 요구되는 스트로크 확보를 위한 건물의 여유 공간, 설치 위치, 허용 무게 등을 알아보고 제진장치 배치 및 사양을 결정하였다. 그리고 테크노마트의 최상거주층인 39층 단변방향을 대상으로 한 1자유도 해석모델에 대해 선형제어방법인 속도피드백, LQR, LQG 알고리즘과 비선형제어방법인 Bnag-bang 알고리즘을 적용하는 해석연구를 수행하였다. 해석결과 제어 전·후의 최대가속도는 11.83cm/s2에서 4.19cm/s2으로, 진동감지확률은 90%에서 50%이하로 감소하여 Bang-bang 제어알고리즘을 적용할 경우 제어성능이 가장 좋은 것을 확인하였으며 각각의 알고리즘으로 구현된 AMD의 최대 스트로크가 모두 허용범위 수준을 만족하는 결과가 나왔다. 또한, 실제 AMD의 안정적은 작동을 위해 요구되는 원점보정 신호 방안을 제안하여, 제한된 스트로크 내에서 제진장치를 안정적으로 운행할 수 있음을 확인 하였다.

본 연구에서는 하부박스형상을 변화시킨 단일 박스거더단면에 대하여 변장비 1:51:10의 범위에서 풍동실험을 통하여 동적응답특성을 고찰하였다. 거더의 단면형상변화는 직사각형 1종류와 사다리꼴 단면 2종류를 선정하였다. 실험결과를 정리하면, 와류진동의 경우, 변장비 1:5에서는 전반적으로 직사각형거더에 비하여 사다리꼴 거더단면의 연직 및 비틀림 최대진폭이 감소하는 경향을 알 수 있으며 1:7.5의 경우는 미소하나마 직사각형단면의 와류진동응답이 사다리꼴 단면에 비하여 안정적인 응답을 보였다. 갤로핑은 변장비 1:5단면중에서 사다리꼴 단면(B050-1단면)의 (+)영각 범위에서만 발생하였고 그 이외의 모든 단면에서는 발생하지 않았다. 비틀림 플러터는 1:5 및 1:10단면 의 (+)영각범위에서 발생하였고 단면형상변화에 따른 한계풍속의 변화는 두드러지지 않았다. 또, 변장비 증가에 따라 와류진동의 발생은 (+)영각범위로 제한되고 최대진폭도 감소하는 추세를 보였으며 발산진동의 한계풍속도 증가하는 경향을 보였다. 하부박스거더의 형상변화에 따른 응답변화는 변장비가 증가할수록 그 차이가 작아지는 경향을 보였다.

일반적으로 전단벽은 횡력저항 요소로서 널리 이용되고 있다. 대부분의 전단벽 구조물은 통로의 목적으로 개구부를 필요로 하게 되고 전단벽들 사이가 슬래브나 연결보로 연결된 병렬전단벽의 형태를 띠게 된다. 본 연구에서는 병렬전단벽 구조물의 연결보 중앙부에 LRB(Lead Rubber Bearing)를 도입하였고 이 시스템의 풍응답 저감성능을 검토하였다. 제안된 방법의 효과를 살펴보기 위하여 20층 및 30층 예제구조물을 구성하였고 인공풍하중을 작성하여 경계비선형 시간이력해석을 수행하였다. 제안된 방법이 풍하중을 받는 고층 병렬전단벽 구조물의 사용성 향상에 도움을 줄 수 있는지 평가하기 위하여 일본 진동성능평가기준을 적용하여 보았다. 해석결과 본 논문에서 제안하는 LRB를 사용하여 병렬전단벽을 연결하는 방식이 풍응답 제어성능 개선에 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 변장비 B/D=5인 박스거더의 기본단면을 대상으로 브래킷부의 길이변화에 따른 동적 풍응답 특성을 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 박스거더의 단면형식은 단일박스, 2박스 및 3박스 단면의 3종류로 하였으며 - 5°~+5°의 영각범위에서 응답측정을 수행하였다. 풍동실험 결과로서 연직와류진동은 (+) 또는 (-)방향으로 영각이 증가 할수록 최대진폭이 증가하였으며 비틀림 와류진동의 경우는 브래킷의 길이 및 하부박스의 개수의 변화에 따라 다양한 응답변화를 보였다. 플러터 한계풍속은 전반적으로 영각이 (+)방향으로 증가함에 따라 감소하는 경향이 나타났으며, 브래킷길이가 증가할수록 다소의 차이는 있지만 한계풍속이 감소하였다.

본 연구에서는 변장비 1:5.5의 PSC 박스거더단면을 대상으로 적용사례가 많은 페어링 3종류와 1종류의 플랩에 의한 제진효과를 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 직각삼각형 페어링을 기본단면에 부착한 경우(A1, A2) (+)영각 에서 비틀림 와류진동응답이 증가하였고 비틀림 플러터에 대하여 등변 직각삼각형 페어링(A1)은 두드려진 개선효과는 없었으나, 부등변 직각삼각형(A2)의 경우는 한계풍속이 증가하였다. 정삼각형 페어링의 경우는 플러터 한계풍속이 감소하고 와류진동응답이 증가하는 역효과가 나타났으며, 기본단면의 내풍대책으로서는 적합하지 않은 것으로 사료된다. 난간 상부에 플랩을 설치한 경우 모든 영각범위에서 와류진동진폭이 감소하였으며 비틀림 플러터의 한계풍속도 증가하는 것으로부터 한정진동 뿐만 아니라 발산진동에 대해서도 매우 효과적인 제진대책이라 판단된다.

An experimental real-time hybrid method, which implements the wind response control of a building structure with only a two-way TLMD, is proposed and verified through a shaking table test. The building structure is divided into the upper experimental TLMD and the lower numerical structural part. The shaking table vibrates the TLMD with the response calculated from the numerical substructure，which is subjected to the excitations of the measured interface control force at its top story and an wind-load input at its base. The results show that the conventional method can be replaced by the proposed methodology with a simple installation and accuracy for evaluating the control performance of a TLMD

본 연구에서는 변장비 1:5인 플레이트거더 단면에 대하여 주거더의 위치 및 개수를 달리한 총 7종류의 단면을 대상으로 풍동실험을 통하여 비틀림 응답특성을 파악하였다. 본 연구에서 얻어진 결과로서 2-거더 단면의 경우 진폭이 큰 2회의 와류진동이 발생하는 등 동적 안정성에 문제가 있었으나, 하부 거더의 개수를 1개 또는 2개를 추가한 경우, 플러터 한계풍속이 증가되었고 와류진동의 최대진폭이 감소하고 발생영역이 축소되는 등 거더의 추가가 내풍안정성 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다. 또, 브래킷부를 두는 경우, 와류진동의 안정성이 향상되는 것을 확인하였으며 브래킷 길이가 증가할수록 (-)영각에서의 발산진동에 대한 한계풍속이 증가됨을 알 수 있었다.