최근 발생되는 재난의 추이를 살펴보면 기후변화에 따른 자연재해 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해 규모 추세가 대형화로 변화되고 있다. 대규모로 진행되고 있는 도시화와 고도의 산업화로 인해 도시개발 지역의 확대와 중첩 영향으로 대형 자연 재난이 발생하여 도시시설물에 직접적인 손실이 발생하고 있다. 옥외광고물의 무분별한 설치로 도시의 미관훼손은 몰론 강풍으로 인 한 파손 및 추락 등의 사고가 빈번히 발생하는 실정이다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되는데 풍하중 반영한 옥외광고물 설치는 전문지식이 필요한 분야로 중소규모의 옥외광고사업자가 대부분인 국내 현실 과는 괴리가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 전국에서 이용할 수 있는 풍하중을 안전성 관점에서 산정하였고, 이를 바탕으로 옥 외광고물 설치 고정자재 수 등을 산정할 수 있는 내풍표준 가이드라인을 제시하였다.

본 연구에서는 다기준 의사결정분석모델을 사용하여 우리나라 전체 풍력에너지의 잠재량을 연산하였다. 이 모델은 육상과 해상의 풍력터빈 2 MW과 3 MW를 기준설비에 대해 용량밀도 및 이용률을 연산하여 이론적, 기술적 잠재량을 산정한 후 환경규제 및 시장지원정책에 따른 환경성과 경제성과 고려하여 시장잠재량을 산정되는데 풍력 자원, 기술, 그리고 입지환경의 영향단계별 설 비용량 및 발전량을 산정하도록 구성된 잠재량은 최종 의사결정 시나리오를 분석하여 정책적 현안을 고려할 수 있도록 확대 구축하 였다. 의사결정 시나리오의 정책적 현안은 도로 및 주거밀집지역으로 부터의 이격거리를 시나리오로 포함하였다. 전문가 협의에 의 해 도출된 2016년 신재생에너지백서 기준의 풍력잠재량의 발전량 110 TWh/년과 설비용량 39 GW는 도로나 주거건물로부터의 이격 거리에 따라 –33% ~ 8%까지 변화가 있었다. 풍력에너지 보급은 도로와 이격거리 강도에 크게 달라질 수 있으며, 잠재량 변화에 대 한 본 연구 결과는 정부의 보급목표 수립과 적정성을 검토하는데 중요하게 활용될 것이다.

본 연구에서는 델파이 조사를 통한 초고층건물 빌딩풍 관련 법·제도의 개선방안을 제시하였다. 법·제도의 개선방안을 제시하 기 위하여 언론보도 및 소셜 미디어(social media) 등을 기초로 초고층건물 빌딩풍 관련 사회적 이슈를 조사하여 초고층건물 빌딩풍 관 련 법·제도 정책제안을 도출하였다. 도출된 정책제안은 관련 법·제도의 현황 및 문제점을 분석하여 이를 개선할 수 있는 정책을 제언 하였으며, 해당 정책제언의 적합성을 평가하기 위하여 10인의 초고층건물 빌딩풍 관련 재난 전문가를 대상으로 델파이 조사를 실시하 였다. 전체 중 70% 이상이 해당 정책제안이 적합하다고 평가되었으며, 추가적으로 각각의 정책제안에 대한 중요도를 평가하였다. 본 연구에서 분석한 초고층건물 빌딩풍 관련 법·제도 개선방안은 향후 발생할 수 있는 초고층건물 빌딩풍 재난에 대한 피해 예방을 위하 여 활용될 수 있다.

본 논문에서는 국내 최초로 건축구조기준(KBC 2016)에 기반하여 확률적 영역에서 초과손상확률 형태와 평균손상확률 형태 의 강풍 취약도 평가 방법론을 개발하였다. 본 연구에서는 풍하중에 대한 3초 순간풍속의 영향을 고려할 수 있는 풍하중 산정식을 건 축구조기준을 기초로 유도하였다. 또한 풍하중과 관련된 문헌을 기초로 유도된 3초 순간풍속 기반의 풍하중 산정식에 적용할 수 있는 풍하중 산정계수의 통계치를 제시하였다. 본 연구에서는 초과손상확률 형태와 평균손상확률 형태의 강풍 취약도를 평가하기 위하여 몬테카를로 모사(Monte Carlo Simulation) 기법을 이용하여 해석적 확률 모델을 개발하였다. 제안한 강풍 취약도 평가 방법론의 신뢰 성은 저층 건축물 모형의 지붕 쉬딩 패널 시스템(roof sheathing panel system)을 대상으로 ASCE(American Society of Civil Engineers) 풍하중 기준을 적용한 취약도 평가 방법론의 결과와 비교·검증되었다. 본 연구는 국내 건축구조기준의 풍하중 산정식을 이용하여 강 풍 취약도의 평가 방법론을 보이며, 제안된 방법론에 의한 강풍 취약도는 기존 ASCE 기반 방법론의 결과와 비교하여 작은 오차 범위 내에서 잘 일치함이 확인되었다. 본 연구에서 제시한 강풍 취약도 평가 방법론은 자연재해저감계획 등에 따른 강풍 피해 예측 시 취약 도 구축 방법으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 한국에 대한 기후변화로 인한 미래 풍속의 변화를 예측하고, 건축물 외장재에 대한 풍해 위험도를 정량적으로 평가하였다. 미래의 기후변화로 인한 풍속의 변화를 예측하기 위해서 기상청에서 제공하는 RCP 시나리오와 HadGem3-RA 모델을 사용한 풍속 변화 예측치에 관한 이전 연구의 결과가 활용되었다. 강풍에 대한 위험도는 임의의 풍속에 대한 손상확률인 강풍 취약도 모델과 강풍이 발생할 확률인 강풍 위험 모형의 결과를 합성곱하여 평가 되었다. 강풍 취약도 모델은 몬테카를로 모사(Monte-Carlo simulation)를 사용하여 개발되었으며, 강풍 위험모델은 과거 태풍에 대한 자료와 몬테카를로 모사를 사용한 강풍의 발생확률 분석에 관한 이전 연구의 결과를 기초로 개발되었다. 본 연구에서는 강풍 위험도 연구의 결과를 기초로 미래 풍속의 변화로 인한 건축물의 강풍 위험도 변화를 정량적으로 분석하였다. 연구결과로부터 서울보다 남쪽 지역인 부산에 미래 강풍이 더 발생하는 것으로 파악되었다. 또한, RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오 하에서 부산에서의 미래 풍속의 차이가 크지 않기 때문에 강풍 위험도의 변화 역시 크지 않은 것으로 평가되었다. 본 연구에서 제안한 방법론은 미래 강풍으로 인한 피해를 예측하고 대비하기 위한 방법으로 사 용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서의 강풍 위험도 평가를 국가 차원에 적용하기 위해서는 강풍 위험에 대한 공간적 확장과 더불어 피해 대상물에 대한 강풍 취약도의 추가적인 개발이 필요할 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.

The retractable roof structure is used in various fields and it is classified for steel retractable system and soft retractable system. For the domestic industry, it is in the initial phase now and the demand of the retractable roof structure is expected to increase in the future. Therefore, this paper is classified for steel retractable system and soft retractable system from the retractable roof structures in overseas to survey and analyze the cases of wind velocity on retractable roof structure in Japan that uses the same wind velocity criteria like Korea regarding the open-close time and average open-close time for retractable roof area.

Vortex-induced vibration and instability vibration of tall buildings are very important fluid-structure interaction phenomenon, and many fundamental questions concerning the influence of body movement on the unsteady aerodynamic force remain unanswered. For tall buildings, there are two experimental methods to investigate the characteristics of unsteady aerodynamic forces, one is forced vibration method and the other is free vibration method. In the present paper, a free vibration method was used to investigate the unsteady aerodynamic force on tall building whose aspect ratio is 9 under boundary layer simulating city area. Wind pressures on surfaces and tip displacements were measured simultaneously, and the characteristics of tip displacements and generalized forces were discussed. It was found that variation of across-wind displacements showed different trend between the case when wind speed increases and wind speed decreases, and the fluctuating generalize forces in across-wind direction of vibrating model are larger than that of static model near the resonant wind speed and approach to the static value. And for higher wind speed range, there were two peaks in across-wind power spectra of generalize forces of vibrating model, which means that two frequency components are predominant in unsteady aerodynamic forces.

본 연구는 두꺼운 난류경계층 내에 놓인 구조물의 높이와 방위각이 달라짐에 따라서 나타나는 구조물 주위의 유동특성을 파악하고자 하였다. 구조물 주위의 유동특성을 파악하기 위해 대기경계층 풍동실험을 수행하었다. 구조물의 높이는 3가지로 변화시켰으며, 방위각은 0∼90°까지 변화시켰다. 풍동실험의 레이놀즈수는 각 구조물 높이에 따라 다르게 나타나며 각각의 레이놀즈수는 10.4×104(H1), 29.4×104(H2), 43.2×104(H3) 이다. 연구결과로서 높이와 방위각이 변화함에 따라 모서리에서 발생하는 박리현상이 변화하고 이는 구조물의 표면압력과 섭동압력에 상당한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다.

바람이 불어오는 과정에서 지형 및 지물을 지나칠 경우 바람은 흐트러진다. 이 흐트러짐에 의해 풍속은 빨라질 수도 있고 느려질 수도 있다. 특히 건축물이 밀집되어 있는 도심지에서는 주로 속도가 느려지는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 실물축척의 도심지를 재현하여 풍동실험을 통해 도심지에서의 차폐효과에 의한 풍속이 느려지는 현상을 정량적으로 평가하였다. 차폐효과에 큰 영향을 미칠 인자들을 도로폭과 주변건축물들의 평균적인 높이로 선정하였고 각각의 조건에 따른 차폐의 정도를 차폐계수로 정의하여 나타내었다. 연구의 결과로부터 도로방향으로 바람이 불 경우 왕복4차선 이하의 도로변에서의 차폐계수는 0.85 이하로 나타났고, 도로직 각방향으로 바람이 불 경우 왕복6차선 이하의 도로변에서의 차폐계수는 0.9 이하로 나타났다.

본 연구에서는 풍하중을 받는 건물에 설치된 다중거동 복합 감쇠장치(MHD)의 성능을 평가하고, MHD 예비설계 절차를 제안하였다. MHD에 의해 증가된 등가감쇠비와 그에 따른 건축구조기준에 근거한 응답저감계수를 예상한 후, 풍하중 스펙트럼에 의해 생성된 풍하중을 사용하여 20층 철골구조물에 대한 시간이력 해석을 수행하였다. 해석결과를 통해 얻어진 층변위 및 층간변위 평균 응답 감소율은 각각 0.585 및 0.525로, 이는 제안한 예비설계과정에서 추정된 응답감소계수 0.6과 거의 동일한 수치임을 확인하였다. 이로부터 제안된 방법을 사용하여 MHD의 제어효과를 효과적으로 평가할 수 있음을 확인하였다.

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.

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.