본 연구에서는 공기역학적 형상변화의 풍하중 저감 측면에서의 효율성을 평가하기 위해 평면의 모서리 부분이 개선된 고층 건물에 대해 사례연구 기반의 비탄성 내풍설계를 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 통해 다양한 설계풍속 및 항복 후 강성에 대한 구조물의 응답을 산정하였으며, 최근 국내 설계기준(KDS 41)에 도입된 성능기반내풍설계 개념을 토대로 구조물의 성능을 평가하였다. 해석 결과 공기역학적 형상변화를 갖는 구조물의 경우나 성능기반내풍설계를 적용했을 경우(또는 모두에 해당할 경우) 공진성분을 줄 여 구조물의 응답이 크게 감소함을 확인하였다.

이 연구에서는 철근콘크리트 고층건물의 사례연구를 통해 성능기반 내풍설계를 수행하였고 그 적용성을 평가하였다. 초기 설계 시 비탄성 거동 도입을 위해 공진성분을 절반으로 줄여 설계하고, 이에 대한 비탄성 성능을 검증하였다. 비탄성 해석을 위한 해석 모델링 방법을 제시하고, 잦은 설계 변경에서도 적용할 수 있도록 시간이력 풍하중은 설계기준에서 제시하는 파워스펙트럼밀도 함수로부터 재생하였다. 이 때 비선형 해석을 위한 시간이력 하중 재생 시 고려해야 할 사항들을 함께 제시하였다. 해석 결과 공진성분을 줄여 설계했음에도 비탄성 거동은 수평부재에서만 발생하였고, 소성회전각은 즉시거주 성능 수준을 충족하였다.

최근 고층건물 설계 시 내진설계와 내풍설계의 부조화 문제를 해결하기 위해 성능기반 내풍설계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구에서는 개정 예정인 국내 설계기준(KDS 41)을 기반으로 성능기반 내풍설계를 위한 풍하중 재해도와 비탄성 거동을 허용하는 성능목표를 제시하였다. 비탄성 내풍설계를 위한 반응수정계수 R WR 산정 시 여러 제한 사항들을 고려하여 그 범위를 제안하였으며, 비선형 풍하중 시간이력해석 시 고려해야 할 사항들을 고찰하였다.

고층건물의 설계에서는 풍하중이 지진하중에 비해 지배적이며, 탄성 설계만을 허용하는 국내 설계기준(KBC 2016)으로 인해, 구조물에 과도한 배근이 되고 성능기반 내진설계에서 취성적인 거동을 보이게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 내풍 설계에서도 비탄성을 고려한 성능기반 내풍설계가 요구된다. 이를 위해 공진 성분에 반응수정계수를 도입하여 비탄성 설계를 수행하고, 이를 풍동실험이나 파워스펙트럼으로부터 시간이력 하중을 재생하여 비선형 시간이력해석을 통해 성능을 검증하여, 구조물의 안전성과 경제성을 확보할 수 있다.