신기술신공법 - 풍동실험 上
신기술신공법 - 풍동실험 上
내풍 설계로 초고층 건물·교량 등의 안전성 확보

<황 규 석 / 기술개발원(기술연구) 과장>


1. 풍동실험의 배경

건축물의 내풍 설계는 지금까지 내진 설계의 그늘에 가려 일부 건축물을 제외하고 설계자에게 거의 관심을 끌지 못했다. 그러나 최근 초고층 건물, 공항 관제탑, 관광타워 등 강도상의 안전성 확보는 물론, 거주성이라든지 사용성 등이 그 가치를 좌우하는 건축물이 급속하게 증가하기 시작하면서 관심의 유형에 변화가 생기기 시작했다. 이러한 변화로 구조 엔지니어뿐만 아니라 건축가들도 형상의 타당성을 검증하기 위해서 풍동실험에 관심을 나타내기 시작하고 있다.

이러한 건축물은 바람에 민감해서, 이전처럼 풍방향 풍하중에 대해서 그 내력적인 검증만으로 내풍 설계를 끝내면, 1년에 한 번 또는 수년에 한 번 불어오는 설계 풍속과 비교해 볼 때 상당히 낮은 풍속인 경우에도 예상치 못한 진동을 발생시키는 경우가 있다. 바람에 의한 진동은 지진의 경우와 달리 한번 발생하면 장시간 계속되기 때문에 거주자나 이용자에게 불쾌감을 주거나 업무나 행동에 지장을 주기도 한다.

이와 같은 현상이 현실적으로 확실해짐에 따라서 풍에 의한 건축물의 진동 혹은 그 제진에 관한 문제가 각광을 받게 되었다. 그래서 앞서와 같이 고층 건축물이 되면 거주성, 사용성의 문제만 아니라 강도상 안전성의 문제에 있어서도 풍외력에 대한 배려가 매우 중요하게 되었다.

그렇지만 이러한 내풍 설계는 용이하지 않다. 오히려 내진 설계에 비해서 취지가 매우 다르다.

예를 들면, 내풍 설계에서는 내진 설계와는 달리 표준풍이 되는 디지털 데이터를 작성해도 그다지 유효한 수단이 되지 않는다. 왜냐하면 건축물이 받는 풍력이 건축물의 형상에 강하게 의존하기 때문이다.

그렇다면 항공기의 경우에서 볼 수 있는 것과 같은 CFD(수치유체 계산)에 의해 풍외력을 파악하는 수법은 어떠한가? 유감스럽게도 건축물의 형상이나 그 주변상황이 복잡하기 때문에 현 시점에서는 실무적으로 이용될 수 있는 수법이 확립되지 않았다. 결국 현 단계에서는 풍동실험에 의해 풍외력을 파악하고 이러한 풍외력에 의해 응답을 평가해서 골조를 설계하는 수법이 가장 실용적인 내풍 설계 수법이라고 말할 수 있다.

2. 풍동실험의 종류

풍동실험을 하는 방법은 실험대상과 목적에 따라 각각 다르며, 여러 종류가 있다. 여기에서는 건축물 풍동실험 항목 중에서 가장 널리 수행하고 있는 항목에 대해서 기술하기로 한다.

2-1. 풍압측정 실험
풍압실험은, 모형에 작용하는 풍압력을 풍압계를 통해 측정하는 실험이다. 이 실험은 외장재용 풍하중의 평가를 목적으로 하는 경우가 많다.

2-2. 풍력측정 실험
풍력실험은 건축물 전체 혹은 그 일부에 작용하는 풍하중의 평가를 위해서 실시된다. 예를 들면 고층 건축물의 구조골조용 설계 풍하중을 설정할 때에 이용된다.
풍하중에 의한 건축물의 전단력, 전도 모멘트 등을 정확히 예측하여 구조골조에 대한 내풍 안정성을 평가하기 위한 실험으로서 건축현장의 풍속 분포, 난류 강도, 풍속 스펙트럼 등의 대기 경계층을 풍동에서 재현하고 축소된 주변 지형 및 건물 모형을 사용하여 대상 건축물에 작용하는 6분력의 공기력을 로드셀에 의해 계측한다.

나아가 풍력 스펙트럼을 도출하여 풍하중에 의한 건축물의 진동 가속도, 진동 변위 등의 동적 거동을 예측하여 거주자의 사용성을 평가한다.

by zzannzini | 2008/05/06 09:39 | 에너지-풍력발전 | 트랙백 | 덧글(1)
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Commented by 궁금한나그네 at 2013/12/23 12:18
고층건물 설계시 풍동실험 대상여부를 알수있는 법적근거나
관련근거 자료도 좀 알수있을까요?

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