최근 기후변화로 인해 태풍강도가 강화됨과 동시에 빈도가 늘어나는 추세이나, 설계기준에 제시된 풍하중 산정식은 1990년대 중반까지 측정된 풍속자료를 근거로 하고 있어 재검토가 필요한 상황이다. 이 논문에서는 1961년부터 2008년까지 전국 76개 관측소에서 측정된 풍속자료를 기초로 통계적 수법을 이용하여 건물, 교량 등 토목구조물의 내풍설계에 적용할 수 있는 기본풍속을 산정하였다. 풍속의 재현기대값은 Gumbel의 적률법에 의해 구하였으며, 풍속측정 지점의 100년 재현기대값을 근거로 지역별 기본풍속을 제안하였다. 지역별로 구해진 결과는 기존의 연구결과 및 설계기준에 제시된 값과의 비교를 통하여 검토하였으며, 설계에 적용할 수 있도록 주요지역의 설계기본풍속을 4개 권역으로 구분하여 제시하였다.
최근 기후변화로 인해 태풍강도가 강화됨과 동시에 빈도가 늘어나는 추세이나, 설계기준에 제시된 풍하중 산정식은 1990년대 중반까지 측정된 풍속자료를 근거로 하고 있어 재검토가 필요한 상황이다. 이 논문에서는 1961년부터 2008년까지 전국 76개 관측소에서 측정된 풍속자료를 기초로 통계적 수법을 이용하여 건물, 교량 등 토목구조물의 내풍설계에 적용할 수 있는 기본풍속을 산정하였다. 풍속의 재현기대값은 Gumbel의 적률법에 의해 구하였으며, 풍속측정 지점의 100년 재현기대값을 근거로 지역별 기본풍속을 제안하였다. 지역별로 구해진 결과는 기존의 연구결과 및 설계기준에 제시된 값과의 비교를 통하여 검토하였으며, 설계에 적용할 수 있도록 주요지역의 설계기본풍속을 4개 권역으로 구분하여 제시하였다.
Recent increase in the strength and frequency of typoons due to climate change claims reconsideration of the design wind load in existing design codes for civil engineering structures in which the basic wind speed is estimated based on meteorological data by mid 1990s. In this paper, based on wind s...
Recent increase in the strength and frequency of typoons due to climate change claims reconsideration of the design wind load in existing design codes for civil engineering structures in which the basic wind speed is estimated based on meteorological data by mid 1990s. In this paper, based on wind speed data at 76 observatories in Korea from 1961 through 2008, the basic wind speeds which can be utilized in designing civil engineering structures including buildings and bridges are estimated using the statistical process. The return period of the wind speed for each location is determined using the Gumbel distribution. The results for considered locations are compared to the existing design codes. Also, for design applications, the wind speed map, which classifies the country into four basic wind speed zones, is proposed using the resulting basic wind speeds.
Recent increase in the strength and frequency of typoons due to climate change claims reconsideration of the design wind load in existing design codes for civil engineering structures in which the basic wind speed is estimated based on meteorological data by mid 1990s. In this paper, based on wind speed data at 76 observatories in Korea from 1961 through 2008, the basic wind speeds which can be utilized in designing civil engineering structures including buildings and bridges are estimated using the statistical process. The return period of the wind speed for each location is determined using the Gumbel distribution. The results for considered locations are compared to the existing design codes. Also, for design applications, the wind speed map, which classifies the country into four basic wind speed zones, is proposed using the resulting basic wind speeds.
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문제 정의
이 논문에서는 2008년까지 전국 76개 관측소에서 측정된 풍속자료를 기초로 통계적 수법을 이용하여 토목구조물의 내풍 설계에 적용할 수 있는 기본 풍속을 산정하였다. 기본풍속을 산정하기 위한 자료는 1961년부터 2008년까지의 관측자료를 사용하였으며, 기상청의 기상연보(1952-2006)를 참조하여 관즉소가 이전하거나 퐁속계의 높이가 변경된 경우 등에 대한 보정을 수행하였다.
제안 방법
산정된 재현기대값은 1995년까지의 자료를 이용한 건축구조설계기준 보다 약 55%의 지역에서 높게 산출되었다. 산정된 재현 기대값과 지역별 편차를 감안하여 내풍설계에 적용될 수 있는 기본 풍속을 4개의 권역으로 구분하여 풍속도를 작성하였다.
이 논문에서는 최근까지 전국의 기상관측소에서 측정된 풍속자료와 국내외 여러 풍하 중 산정 기준을 참조하여 재현기간 100년에 대응되는 지역별 기본 풍속의 재현 기대값을 산정하였다. 산정된 재현기대값은 1995년까지의 자료를 이용한 건축구조설계기준 보다 약 55%의 지역에서 높게 산출되었다.
관측소에서 측정된 풍속은 주변의 지형 조건, 지표면의 상황에 따라 크게 영향을 받으나, 각 지역 기상관측소의 풍속계 설치 높이와 주변 조건이 일정하지 않으므로 비교될 자료가 동일한 조건을 갖도록 보정하여야 한다(김동우 등, 2004). 이 연구에서는 기상청의 기상연보(1952-2006)를 침조하여 관측소가 이전하거나 풍속계의 높이가 변경된 경우 보정을 행하였고, 기상관측소가 산 중턱이나 산 위에 위치하는 지역(서울, 인천, 군산, 목포, 여수, 통영, 부산, 울진, 추풍령, 울릉도)에 대하여도 다음스](1)로 주어지는 지표면으로부터의 유효높이 를 고려하여 풍속을 보정하였다 (하영철 등 1998). 관측소의 풍속관측 높이 변동 이력은 표 2에 수록하였다.
풍속의 재현 기대값은 Gumbel의 적률법 (김동우 등, 2004)에 의해 구하였으며, 풍속 측정 지점의 100 년 재현 기대값을 근거로 지역별 기본 풍속을 제안하였다. 지역별로 구해진 기본 풍속은 기존의 설계기준에 제시된 값과 비교를 통하여 검토하였다.
기대풍속이 상승한 지역은 대체로 남부 및 해안지방이었으며, 특히 통영, 여수, 보령, 부안, 고흥 등의 지방은 대한건축학회의 값보다 20% 이상 높은 값이 구해졌다. 표4의 재현기대풍속값을 이용하여 표 5 및 그림3과 같이 주요 지역의 기본 풍속을 결정하였다.
기본풍속을 산정하기 위한 자료는 1961년부터 2008년까지의 관측자료를 사용하였으며, 기상청의 기상연보(1952-2006)를 참조하여 관즉소가 이전하거나 퐁속계의 높이가 변경된 경우 등에 대한 보정을 수행하였다. 풍속의 재현 기대값은 Gumbel의 적률법 (김동우 등, 2004)에 의해 구하였으며, 풍속 측정 지점의 100 년 재현 기대값을 근거로 지역별 기본 풍속을 제안하였다. 지역별로 구해진 기본 풍속은 기존의 설계기준에 제시된 값과 비교를 통하여 검토하였다.
우리나라의 경우 1904년 부산, 인천, 목포에 기상관측소가 개소하여 측정을 시작한 이래 현재까지 총 76 개 지점에서 관측이 이루어지고 있으나, 1961년 이전은 인력에 의존한 관측으로 자료의 정확도가 떨어져 신뢰성 있는 기록이 50년 미만이므로 단순히 최대치에 근거하여 기본풍속을 적용하는 것보다 통계적 추정기법의 적용하는 것이 합리적이다 (조남식 등, 1994).이 연구에서는 보정된 풍속자료를 사용하여 도로교설계기준(2005) 및 건축구조 설계 기준(2005) 등의 풍하중기준과 마찬가지로 우리나라의 풍속에 가장 적합한 분포형으로 알려진 (김노동 등, 1988) 극치!형분포(Gumbel 분포)에 의해 각 지점의 100년 재현 기대값을 구하였다. Gumbel의 분포함 수는 다음식과 같다.
대상 데이터
기본풍속을 산정하기 위한 자료는 1961년부터 2008년까지의 관측자료를 사용하였으며, 기상청의 기상연보(1952-2006)를 참조하여 관즉소가 이전하거나 퐁속계의 높이가 변경된 경우 등에 대한 보정을 수행하였다. 풍속의 재현 기대값은 Gumbel의 적률법 (김동우 등, 2004)에 의해 구하였으며, 풍속 측정 지점의 100 년 재현 기대값을 근거로 지역별 기본 풍속을 제안하였다.
이 논문에서는 2008년까지 전국 76개 관측소에서 측정된 풍속자료 중통계년수가 20년 미만인 곳을 제외한 67개 지점의 관측 자료를 이용하여 기본 풍속을 산정하였다. 관측소에서 측정된 풍속은 주변의 지형 조건, 지표면의 상황에 따라 크게 영향을 받으나, 각 지역 기상관측소의 풍속계 설치 높이와 주변 조건이 일정하지 않으므로 비교될 자료가 동일한 조건을 갖도록 보정하여야 한다(김동우 등, 2004).
성능/효과
이는 재현기대 풍속이 비교된 전체 55개의 약 55%에 해당한다. 기대풍속이 상승한 지역은 대체로 남부 및 해안지방이었으며, 특히 통영, 여수, 보령, 부안, 고흥 등의 지방은 대한건축학회의 값보다 20% 이상 높은 값이 구해졌다. 표4의 재현기대풍속값을 이용하여 표 5 및 그림3과 같이 주요 지역의 기본 풍속을 결정하였다.
산정된 재현기대값은 1995년까지의 자료를 이용한 건축구조설계기준 보다 약 55%의 지역에서 높게 산출되었다. 산정된 재현 기대값과 지역별 편차를 감안하여 내풍설계에 적용될 수 있는 기본 풍속을 4개의 권역으로 구분하여 풍속도를 작성하였다.
제안된 기본 풍속은 토목구조물 및 시설물의 설계에 적용될 수 있도록 가능한 자료를 침조하여 작성하였으나, 기본풍속 결정 시 지표면의 조도에 관한 자료 등 대부분의 자료를 15 년 이전의 것에 의존할 수밖에 없어 불가피하게 불확실성이 포함되었다. 보다 합리적인 설계식을 위해서 추후 이러한 부분에 대한보완이 필요할 것으로 판단된다.
비교를 위하여 건축구조 설계기준에 제시된 재현기간 100년의 풍속값을 같이 수록하였다. 표에서 진하게 표시된 지역 이 건축구조설계 기준에 제시된 값보다 높은 값을 얻은 곳이며, 총 30개 위치에서 1995년 이후에 자료를 포함하여 산정한 값이 높게 나타났다. 이는 재현기대 풍속이 비교된 전체 55개의 약 55%에 해당한다.
후속연구
보다 합리적인 설계식을 위해서 추후 이러한 부분에 대한보완이 필요할 것으로 판단된다.
참고문헌 (13)
권순덕 (2004) 태풍 매미에 대한 몇가지 오해. 대한토목학회지, 제52권, 제2호, pp. 32-34.
권원태 (2008) 국제적 기후변화 현황. 국제평화, 제5권, 제1호, pp. 37-65.
기상청 (1952-2006). 기상연보.
김노동, 최영규 (1988) 풍하중 산정시의 설계기본풍속에 관한 연구. 대한건축학회논문집, 제4권, 제2호, pp. 123-129.
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