[논문]경사가 다른 3차원 산악지형에서의 풍동실험을 통한 풍속할증평가

조강표; 정명채; 조기성

[국내논문] 경사가 다른 3차원 산악지형에서의 풍동실험을 통한 풍속할증평가
Estimation of Topographic Effects over 3-Dimensional Hills with Different Slopes through Wind Tunnel Tests 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.20 no.3, 2007년, pp.379 - 386

조강표 (원광대학교 건축학부) , 정명채 (전주대학교 건축공학과) , 조기성 (원광대학교 대학원 건축공학과)

초록
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본 논문에서는 풍동실험을 수행하여 3차원 산악지형에서의 풍속할증현상을 정량적으로 평가하고, 3차원 산악지형의 풍속할증현상에 대해 고찰하고자 한다. 풍속할증현상을 평가하기 위하여 건축구조설계기준에서 분류하고 있는 기울기에 준하여 다음의 $5.71^{\circ}, \;11.31^{\circ},\;16.70^{\circ},\;21.80^{\circ}$, 그리고 $26.57^{\circ}$의 각각 다른 경사를 가진 5가지 산악지형모형을 제작하였다. 풍동 실험결과, 다양한 위치에서 풍속할증계수가 평가되었다 풍동실험결과를 바탕으로 풍속할증영역을 산정해 보면 수평방향의 영역은 산의 전체 지역, 수직방향의 영역은 산의 높이의 3.5배로 산정되었다. 풍속할증현상은 산의 정상부에서 크게 발생하였고, 경사 I은 57%, 경사 II는 75%, 경사 III은 79%, 경사 IV는 81%, 경사V는 61%의 풍속이 증가하였다. 또한 산의 정상에서 같은 거리에 있는 풍방향의 위치보다 풍직각방향의 위치에서의 풍속이 더 크게 평가되었고 풍직각방향의 경사시작면에서 $10{\sim}30%$의 풍속이 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, topographic factors over 3-dimensional hills were estimated through wind tunnel tests. Topographic models having five different slopes of $5.71^{\circ}, \;11.31^{\circ},\;16.70^{\circ},\;21.80^{\circ}$, and $26.57^{\circ}$ which were based on Korean Building Code(KBC(2005), were made for wind tunnel tests. From the result of wind tunnel tests, topographic factors over 3-dimensional hills were obtained at various locations, and the ranges of topographic effects were decided. The ranges of topographic effects was whole area of the hills in the horizontal ranges and heights of 3.5 times of the hills in the vortical ranges. Topographic effects was large at the top of hills, and wind velocity was increased 57% over hill of $5.71^{\circ}$, 75% over hill of $11.31^{\circ}$, 79% over hill of $16.70^{\circ}$, 81% over hill of $21.80^{\circ}$, and 61% over hill of $26.57^{\circ}$. Wind velocity was bigger over surface of across-wind direction of hills than one over surface of wind direction of hills, and wind velocity was increased $10{\sim}30%$ at locations of across-wind direction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 산악지형의 풍속할증계수 일반화를 위해 이상화된 3차원 산악지형에서 발생하는 풍속할증현상을 경사도에 따라 정량적으로 평가하고 3차원 산악지형의 풍속할증 현상에 대해 고찰하고자 한다. 풍속할증현상을 평가하기 위하여 3차원의 산악지형을 각기 다른 경사를 가진 5가지의 산악지형 모형으로 제작하여 경계층풍동에서 풍동실험을 수행하였다.
본 논문에서는 풍동실험을 바탕으로 이상화된 3차원 산악지형에서의 풍속할증현상을 정량적으로 평가하여 다음과 같은 결론들을 도출하였다.

제안 방법

3차원 산악지형에서의 풍속할증현상을 평가하기 위하여 그림 2와 같은 대칭이고, 원뿔의 형태를 가진 각기 경사가 다른 5가지의 3차원 산악지형을 제작하였다. 5가지의 경사는 표 1 과 같이 '건축구조설계기준'의 경사 분류와 동일한 경사 I (0 = 5.
계측지 점은 3차원 산악지 형에서의 풍속할증현상을 전반적으로 평가하기 위하여 다양한 지점에서 풍속을 계측하였다. 3차원의 산악모형이 원뿔의 형태이고 대칭이므로 그림 5와 같이 총 41개점을 선정하여 각 지점에서 높이별로 측정하였다.
내에 설치한 것이다. 풍동실험은 그림 3과 같이 조도 블록과 spire를 설치하지 않은 Smooth floor에서 수행하였다. 실험풍속은 높이 140mm에서 4.
풍동실험은 현대 건설기술연구소의 대형 경계 층 풍동에서 수행하였다. 풍동의 제원으로서 풍동실험실 측정부의 길이는 25m이고, 측정부의 단면은 폭4* .
풍속할증현상을 평가하기 위하여 3차원의 산악지형을 각기 다른 경사를 가진 5가지의 산악지형 모형으로 제작하여 경계층풍동에서 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험을 통해 3차원 산악지형의 풍속할증계수와 풍속할증영역을 정량적으로 평가하였다.
400mm으로 총 20개이다. 풍속계측시간은 계측 높이마다 100Hz로 10초간 열선풍속계(Hot-wire)를 이용하여 계측하였다.
대해 고찰하고자 한다. 풍속할증현상을 평가하기 위하여 3차원의 산악지형을 각기 다른 경사를 가진 5가지의 산악지형 모형으로 제작하여 경계층풍동에서 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험을 통해 3차원 산악지형의 풍속할증계수와 풍속할증영역을 정량적으로 평가하였다.

대상 데이터

계측하였다. 3차원의 산악모형이 원뿔의 형태이고 대칭이므로 그림 5와 같이 총 41개점을 선정하여 각 지점에서 높이별로 측정하였다. 풍동실험을 수행하지 않은 부분은 1번과 13번을 이은 직선을 기준으로 대칭하여 알고자 하는 위치에서의 풍속할증계수를 예상할 수 있다.
3차원 산악지형을 제작하였다. 5가지의 경사는 표 1 과 같이 '건축구조설계기준'의 경사 분류와 동일한 경사 I (0 = 5.71°), 경사 11(8=11.31°), 경사 111(8=16.70。), 경사IV (8=21.80°), 경사V(8=26.57°) 등 5가지의 산악지형모형을 제작하였다. 그림 2에서 H는 산의 높이이고, L“는 산의 정상으로부터 H/2내려온 높이의 경사면까지의 수평거리이고, 8는 와 산의 정상을 연결하여 생기는 각이고, 각각 5 가지의 경사에 따른 산악지형모형의 제원은 표 2와 같다.
계측높이는 그림 6에서 표기된 것처럼 10mm~30mm는 5mm간격으로, 30mm〜80mm는 10mm간격으로, 100mm 〜200mm는 20mm간격으로, 그리고 230mm, 260mm, 320mm, 400mm으로 총 20개이다. 풍속계측시간은 계측 높이마다 100Hz로 10초간 열선풍속계(Hot-wire)를 이용하여 계측하였다.

성능/효과

그림 8의 가장 완만한 경사인 경사 I 은 그림 8(a)와 같은 경사를 가졌고, 산의 정상에서 z/H=0.08인 지표면 부근에서 풍속이 평지에서의 풍속보다 약57% 증가된 것으로 평가되었다. 풍속의 제곱에 비례하는 풍하중은 평지에서의 풍하중보다 2.
그림 12(a)와 같이 산악지형 모형중 경사가 가장 가파른 경사 V는 z/H=0.08인 산 정상의 지표면 부근에서 61%나 되는 풍속이 증가하는 것으로 확인되었다. 그림 12(b) 에서 산의 정상부근과 풍직각방향의 Y/2Lu7\ 0.
08 인산 정상의 지표면 부근에서 풍속할증계수는 L81 이였다. 그림 11(b)에서도 풍상측과 풍하측에서 풍속이 감소하는 현상이 발생하였고, 산의 지표면 부근에서 풍직각방향의 경사면이 시작하는 위치에서 1.2의 풍속할증계수가 평가되어 20% 의 풍속이 증가하였다. 그림 11(c)의 z/H=1.
1. 풍동실험결과, 산의 전체 지역에 걸쳐 산 높이의 3.5배 되는 높이까지 풍속이 증가하는 것으로 확인되었다.
11.31°의 경사를 가진 경사U(그림 9)에서도 산의 정상에서 풍속이 가장 크게 증가하였고, z/H=0.08인 산 정상의 지표면 부근에서 풍속이 평지에서의 풍속보다 75%나 증가하였다. z/H=0.
2. 풍동실험결과, 풍속할증현상은 산의 정상부에서 크게 발생하였고, 경사 I 은 57%, 경사II는 75%, 경사HI은 79%, 경사IV는 81%, 경사V는 61%의 풍속이 증가하였다.
3. 기류가 산의 경사면을 따라 감싸고도는 현상으로 인하여 산의 정상에서 같은 거리에 있는 풍방향의 경사면보다 풍 직각 방향의 경사면에서 풍속이 더 크게 증가하였고 풍 직각 방향의 경사시작면 에서 10~30% 증가하였다 .
또한 풍하측의 풍방향의 경사에서는 기류가 산의 차폐효과로 인해 지표면 부근에서는 풍속이 감소하는 것으로 확인되었다. 또한 경사 I과 마찬가지로 풍 직각 방향의 경사면에서 30%의 풍속이 증가하는 것으로 확인되었고, 산 정상에서 같은 수평거리인 X/2L“와 Y/2Lu7\ 0.5 인 위치에서의 풍속의 증가는 X/2乙“ =-0.5일 때는 1.25, 丫/2乙/=-0.5일 때 1.45로 풍직각방향의 경사면에서 풍속이 더 증가였다. 이는 산을 감싸고 도는 기류의 현상에 의해 산의 정상에서 같은 거리에 있는 풍직각방향의 위치에서 풍 방향의 위치와는 달리 풍속이 더 크게 증가하는 것으로 판단된다.
크게 발생하였다. 또한 기류의 특성상 기류가 산의 경사면을 따라 산을 감싸고도는 현상으로 인하여 산의 정상에서 같은 거리에 있는 풍직각의 위치에서 풍방향의 위치와는 달리 풍속이 더 크게 증가하고 풍직각방향의 경사 시작 위치에서부터 풍속이 증가였다.
또한 풍직각방향의 경사면에서 20%의 풍속이 증가하는 것으로 평가되었다. 그림 12(c)에서도 산의 정상부근과 풍 직각 방향의 산의 중턱에서 약 10%의 풍속이 증가하였다.
08인 그림 9(b)에서는 풍상측의 풍 방향의 경사가 시작하는 위치에서 산의 경사면을 따라 지나는 바람이 상부의 기류에 영향을 받아 와류가 발생하여 풍속이 감소된 것으로 사료된다. 또한 풍하측의 풍방향의 경사에서는 기류가 산의 차폐효과로 인해 지표면 부근에서는 풍속이 감소하는 것으로 확인되었다. 또한 경사 I과 마찬가지로 풍 직각 방향의 경사면에서 30%의 풍속이 증가하는 것으로 확인되었고, 산 정상에서 같은 수평거리인 X/2L“와 Y/2Lu7\ 0.

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