본 연구에서는 마찰력에 따른 TMD의 작동-정지조건과 각 조건에 따른 운동방정식을 정리하고, TMD의 마찰계수가 풍진동 제어성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 확인하였다. 일반적인 하중과 달리 풍하중은 크기와 방향의 변화가 크기 때문에 TMD 는 마찰력에 의하여 작동-정지상태를 반복하게 되므로, TMD의 마찰계수를 주요 변수로 설정하였다. 또한 외부하중의 크기, 구조물의 진동수, TMD의 질량비도 매개변수로 설정하여 TMD의 제진성능에 대한 영향을 파악하고자 하였다. 자유진동, 조화강제진동, 풍진동에 대한 수치해석의 결과, 외부하중의 크기가 작고, 구조물의 진동수가 낮을수록 마찰계수에 의한 TMD의 제진성능의 손실이 커질 수 있음을 확인하였으며, 초고층 건물에 대한 TMD 설계시 마찰계수의 영향을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.

풍진동에 의한 사용성의 문제를 해결하고 진동을 저감시키기 위하여 TLCD가 설치된 건물의 태풍에 의한 풍진동 계측결과를 바탕으로 시스템식별을 통하여 동특성 및 모달풍하중을 추정하고 TLCD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 대상건물은 인천 송도에 위치한 지상 64층 237m의 주거용건물로 상층부에 TLCD가 설치되었으며, 건물과 TLCD의 거동을 계측하기 위하여 풍향풍속계, 가속도계, 수위계및 인터넷기반 송수신시스템을 구축하였다. 계측된 건물의 가속도와 TLCD 액체의 변위결과를 바탕으로 구조물-TLCD 연계 모드를 식별하였으며 이를 바탕으로 구조물과 TLCD의 고유진동수를 식별하였다. 또한 계측된 구조물과 TLCD의 가속도응답으로부터 칼만필터를 이용하여 모달풍하중을 역추정하여 식별된 구조물의 동특성을 바탕으로 TLCD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 분석결과 TLCD의 설치로 인하여 태풍에 의한 풍진동이 최대 29.9% 정도 저감되는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 풍동 내에 설치된 고층 건축물 모형의 정면의 양 모서리에 코너 기류제어기를 설치하고, 코너 기류제어기의 회전 속도와 자유흐름 속도의 비인 풍속비에 따라 건축물 표면의 압력이 어떻게 변화하는지를 조사하였다. 코너 기류제어기가 풍상측에 설치되었을 때 정압을 받는 풍상면인 정면의 평균 풍압 및 최대 풍압은 풍속비에 따라 거의 변화가 없었으나, 부압이 발생하는 풍하면인 배면 및 측면의 최소 풍압은 풍속비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여 주었다. 특히 풍하면인 배면에서 최소 풍압의 감소량은 측면에 비해서 더 컸으며, 풍속비가 0.98일 때 배면에서의 최소 풍압의 감소량은 약 36%로 크게 발생하였다. 또한 코너 기류제어기가 풍상측에 설치되었을 때 부압이 발생하는 풍하면인 배면 및 측면의 평균 풍압 및 rms 풍압도 풍속비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여 주었다. 특히 풍하면인 배면에서 평균 풍압 및 rms 풍압의 감소량은 측면에 비해서 더 컸으며, 풍속비가 0.98일 때 배면에서의 평균 풍압 및 rms 풍압의 감소량은 각각 약 34% 및 37%로 크게 발생하였다.

본 연구에서는 풍진동 제어 기술의 하나로 현재 대부분의 초고층 건축물에 적용되고 있는 아웃리거 시스템에 댐퍼를 설치한 아웃리거 댐퍼 시스템에 대하여 수치해석모델과 상용 구조해석프로그램을 사용한 모델을 사용하여 최적설계 및 변수연구를 수행하였다. 먼저 아웃리거 댐퍼의 거동 특성을 반영하도록 상태방정식을 사용한 단자유도 수치 모델을 설계하였고 상용 구조해석 프로그램을 사용해서 최적설계를 위한 다자유도모델을 설계하였다. 강성이 고려되지 않고 오직 댐퍼의 감쇠에 의한 최적 위치는 최상층인 것으로 나타났지만 중간 이상의 층에서는 댐퍼의 높이에 따른 성능 변화가 크지 않기 때문에 강성과 감쇠가 복합적으로 운동에 참여하는 실제 구조물의 경우 최적의 위치가 최상층이 아닌 다른 층에 존재한다. 아웃리거 댐퍼시스템은 기존 일반적인 아웃리거 시스템과 비교할 때 가속도 응답을 줄이는데 있어 매우 효과적인 것을 확인하였다.

본 연구에서는 풍진동제어를 위한 제어기 설계에 있어서 시스템식별에 기반한 모델의 차수 축소가 미치는 영향을 검토하였다. 실제 제어기 설계에 있어서 구조해석 모델이 이용될 수 없고 시스템식별이라는 중간과정을 거쳐서 얻어진 모델이 적용됨을 반영하여 원모델을 대상으로 풍하중에 대한 시간이력해석을 수행하고 이를 기초로 시스템식별을 수행하였다. 시스템식별을 통해 얻어진 상태방정식 모델에 모델축소 기법을 적용하였으며, 시스템식별에서 발생하는 측정잡음이 측정잡음이 모델의 정확도와 제어효과에 미치는 영향을 함께 검토하였다. 또한 모델축소 기법을 적용하여 얻어진 다양한 차수의 모델을 대상으로 제어기를 설계하고 성능을 비교함으로써 모델 차수가 제어효과에 미치는 영향을 검토하였다.

The control performance of LCVA designed for mitigation of wind-induced motion of Songdo high rise building is evaluated using 1/20 scaled test model. The effectiveness of the LCVA is then examined tuning LCVA to 90%, 100%, and 110% of the natural frequency, 0.74Hz. The test structure is excited using a sinusoidal signal ranging 0.2 ~ 1.2 Hz with 5.5mm displacement, and acceleration and displacement of structure, water height, and shear force are measured. Experimental results indicate that the LCVA tuned to 100% of the natural frequency with orifice opening ratio of zero reduce the peak and RMS displacement up to 67% and 72%.