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.

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.

착빙 및 착설에 의한 송전선의 갤로핑 발생 메커니즘의 규명을 위해 본 연구에서는 실제규모의 송전선 풍진동 모사를 가능 하게 하는 실험방법과 실험장치를 개발하였다. 개발된 실험장치는 8줄의 탄성와이어로 지지되는 송전선단면 모형으로 구성되며, 수직 , 수평 및 비틀림 방향으로 저주파수에서 큰 변위의 진폭으로 진동이 가능하다. 풍동실험을 통하여 본 실험방법의 유효성을 확인 하였고 실제 송전선의 갤로핑현상의 재현이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

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 연구에서는 39층 테크노마트의 태풍시 진동응답을 계측하고 이로부터 건물의 동적특성을 평가하였다. 2011년 태풍 무이파가 우리나라를 통과할 때 건물의 38층의 가속도 응답을 계측하였으며, 계측신호를 이용하여 구조물의 고유진동수 및 감쇠비등을 독립성분분석법을 사용하여 구하였다. 독립성분분석법을 통해 매우 유사한 크기를 가지는 장변방향 및 단변방향 진동모드를 분리할 수 있었으며, 분리된 모드를 사용하여 각 모드에 해당하는 감쇠비를 추출할 수 있었다. 또한, 하중과 슬래브-보의 합성효과 등을 고려하여 구조해석모델을 개선하여, 개선된 모델이 실제 계측한 진동수 및 감쇠비와 유사한 값을 가지도록 하였다.

In this paper, a mass damper was proposed and the plan on its practical application for wind-induced vibration control of a super-tall building was introduced. The damper was developed to generate forces which were calculated by both linear and nonlinear control algorithms. A controller in which the control algorithms were embedded was developed and it was verified through experiments that the damper with the controller could show dynamic behavior as a designer had intended. A preliminary design of a super-tall building with the damper was conducted. As a nonlinear algorithm, decentralized control algorithm which only requires to measure damper-installed floor response in order to calculate the control force was proposed. Simulation results indicated that the proposed damper could provide better or at least equivalent control performance than the usual active/hybrid type damper controlled just by existing linear control algorithms.

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 고층건물에 대한 유체유발진동해석을 수행하였다. 고층건물에 작용하는 풍하중에 의한 공탄성 응답을 구하기 위하여 전산유체역학 및 전산구조동역학 기법을 병합한 전산해석 시스템(FSIPRO3D)을 활용하였다. 국부 변형을 충분히 고려할 수 있는 전산유동해석 격자를 사용하였고, 고층 건물의 유체-구조 연계해석 문제를 해결하기 위하여 공탄성 지배방정식에 뉴막 직접적분법을 활용하였다. 또한 고층 건물의 물리적인 현상을 보이기 위하여 자세한 공탄성 응답 및 결과를 제시하였다.

초고층 건축물은 매우 세장하여 지진하중보다는 오히려 풍하중에 대해 매우 취약하다. 이러한 초고층건축물에 작용하는 풍진동은 buffeting, 와류 및 wake에 의해서 주로 발생한다. 풍진동은 구조적인 안전성뿐만 아니라 거주 성을 결정짓는 중요한 인자이다. 본 논문에서는 풍진동을 줄이기 위해 와류진동에 대한 메커니즘을 변화시켜 저감효과를 연구하였다. 원형기둥과 원형기둥에 대하여 공력학적 형상으로 변화시킨 경우에 각각 rib와 spiral을 설치하였다. 풍동실험결과, rib와 spiral의 효과는 풍직각 방향에서 비슷한 저감정도를 보였고 원형기둥을 공력학적으로 변화시킨 형상에 rib와 spiral을 사용함으로써 공력학적인 이점이 복합적으로 작용하여 원형기둥의 풍직각방향에 대해 50%정도의 저감효과가 있었다.

본 연구에서는 주요 각국 사용성 평가기준을 검토하여 건축물의 사용성 평가를 위한 합리적인 접근방법을 고찰하였다. 그리고 우리나라 인천지역의 풍기후 특징을 분석하여 우리나라에 적합한 사용성 평가방법을 제시하였다. 건축물의 사용성을 합리적으로 평가하기 위해서 가장 중요한 사항은 사용성을 위한 평가시간과 재현기간의 결정이다. 본 연구의 결과로부터 인천의 풍기후에 적합한 사용성 평가방법은 평가시간을 10분, 재현기간을 1년으로 결정하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 우리나라 사용성 평가기준의 제정에 기초적인 자료로 사용될 것으로 판단된다.

In this paper, characteristics of wind-induced vibration responses of supertall buildings with unconventional configurations were investigated through extensive aeroelastic model tests. As a result, it was found that helical and composite models were most effective in reducing the wind-induced vibration responses in both along- and across-wind directions.