[논문]지리정보를 이용한 풍속지형계수 산정

성민호; 박경식; 최세휴

초록
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최근 이상기후로 인한 강풍 및 태풍이 자주 발생하여 많은 인적, 물적 피해가 발생함에 따라 구조물 설계 시 적용하는 풍하중 산정에 관한 연구의 중요성이 강조되고 있다. 지형에 따른 풍속지형계수의 증가는 풍속의 증가를 의미하며 풍속의 증가는 제곱에 비례하여 풍하중에 영향을 미치기 때문에 풍속지형계수 산정을 위한 지리정보를 정확하게 측정하는 것이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 BIM(Building Information Modeling) 프로그램인 ArchiCAD를 이용하여 정확하고 합리적인 풍속지형계수 산정 방법을 제시하고자 한다. 풍하중을 고려한 구조물 설계 시 본 연구에서 제안한 방법을 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높일 수 있을 것이다.

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Due to the frequent gales and typhoons by anomaly climates and its subsequent loss of life and property, the importance of the research estimating wind load is being emphasized when structure is designed. It is necessary to measure geographical information exactly to estimate topographic factor of w...

Due to the frequent gales and typhoons by anomaly climates and its subsequent loss of life and property, the importance of the research estimating wind load is being emphasized when structure is designed. It is necessary to measure geographical information exactly to estimate topographic factor of wind speed because the increase of topographic factor of wind speed means the increase of wind velocity and the increase of wind velocity has an influence on wind load proportionate to a square. Therefore, the accurate and reasonable estimation method of topographic factor of wind speed is presented in this study using ArchiCAD, an architectural BIM(Building Information Modeling) software. When the structure subjected to wind load is designed, reasonability and economic performance of design will be more improved by using the proposed method.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 풍하중 산정 시 지리 정보를 이용한 풍속지형계수 산정 방법을 제시하고자 한다. 또한, 이를 통해 구조물의 설계 시 위치별, 풍향별, 고도별로 산정한 풍속지형계수를 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높이고자 한다.
또한, 이를 통해 구조물의 설계 시 위치별, 풍향별, 고도별로 산정한 풍속지형계수를 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높이고자 한다. 본연구에서는 보다 정확한 지리정보를 반영하기 위하여 수치지도와 BIM프로그램을 이용하였디.
본 연구에서는 풍하중 산정 시 보다 정확한 지리 정보를 반영하기 위하여 수치지도와 프로그램을 이용한 풍속지형계수 산정 방법을 제시하였다. 풍속지형계수 산정 시 BIM프로그램을 이용한 3 차원 지형 모델링을 통하여 지형의 영향을 보다 합리적으로 반영할 수 있었다.

제안 방법

또한, 이를 통해 구조물의 설계 시 위치별, 풍향별, 고도별로 산정한 풍속지형계수를 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높이고자 한다. 본연구에서는 보다 정확한 지리정보를 반영하기 위하여 수치지도와 BIM프로그램을 이용하였디..
2%이므로 연중 다양한 방향에서 바람이 불어온다고 사료된다. 또한, 돌풍이나 급속한 기류변화로 발생되는 강풍의 경우 풍향을 예측할 수 없어 본 연구에서는 동, 서, 남, 북, 북동, 북서, 남동, 남서의 8방향의 풍향을 모두 적용시켜 풍속지형계수를 산정하였다.
그림 4와 같은 수치지도에서 등고선 및 지리 정보를 추출한 뒤 BIMCBuilding Infomiation Modeling) 프로그램 중 하나인 ArchiCAD를 사용하여 그림 5 와 같이 시범대상지역의 지형을 3차원으로 모델링하였다.
특정 풍향에 대하여 2차원적인 지형의 영향을 고려하고 있다. 따라서 본 연구에서는 특정 풍향에 따른 풍속지형계수를 고려하기 위해 그림 6과 같이 지형모델을 풍향별로 나누어 단면을 생성하였다.
DEM(Digital Elevation Model)의 생성 시 A 지역과 B지역의 산자락 하단부 지표면의 고도는 A 지역과 B지역에서 각 6개의 지점을 선정하여 각 지점의 고도를 산술평균한 값으로 정하였다. 그 결과 A 지역의 지표면의 고도는 31m, B지역의 지표면의 고도는 32m로 산출되었다.
이렇게 계산된 형상계수(#), 위치계수(S), 경사각(#) 및 난류강도(#)를 바탕으로 산정절차 10) 의 건축구조기준(#) 풍속지형계수 산정식을 이용하여 A지역과 B지역의 정점 및 풍향별 풍속지형계수를 산정하였다. 표 4와 표 5에서는 각 위치별, 풍향별, 고도별 풍속지형계수를 풍상측과 풍 하측으로 구분하여 고도 10m간격의 등고선 위치에서 임의의 높이 20m.
본 연구에서 제시한 풍속지형계수 산정절차에 따라 구조물 설계 시 반드시 고려해야하는 풍속지형계수를 위치별, 풍향별, 고도별로 구분하여 산정하였으며 산정된 데이터 분석결과를 다음과 같이 요약.정리하였다.
1) 수치지도에서 필요한 지리정보를 추출한 후 지리 정보를 기반으로 BIM프로그램을 이용하여 해당 지역의 지형을 3차원 모델링한다.

대상 데이터

시범적용의 대상지역은 현장조사와 자료취득 의용 이성을 위하여 대구 산격동으로 선정하였다. 산격동에는 두 개의 산악지형이 있고, 주변지역이 대부분 학교와 주거, 밀집되어 있는 상가, 유통 종합단지가 위치하고 있어 경제적.

데이터처리

4) 정점을 기준으로 풍향별로 나누어진 단면을 활용하여 정점에서 풍하측 지표면 방향 5H 되는 거리까지의 수평거리를 측정하고, 평균경사 ( #까지#평거리)를 산출한다.

성능/효과

산술평균한 값으로 정하였다. 그 결과 A 지역의 지표면의 고도는 31m, B지역의 지표면의 고도는 32m로 산출되었다.
풍속지형계수 산정 결과, 두 지역의 산악지형에서 풍속지형계수는 바람의 방향에 상관없이 정점으로 올라갈수록 큰 값을 나타내고 있다. 이를 동하여 구조물이 산 정상에 위치할 경우 풍속지형계수를 고려하여 더 큰 풍하중을 적용해야 한다는 것을 알 수 있었다.
큰 값을 나타내고 있다. 이를 동하여 구조물이 산 정상에 위치할 경우 풍속지형계수를 고려하여 더 큰 풍하중을 적용해야 한다는 것을 알 수 있었다.
103임을 확인할 수 있었다. 이는 서풍에 대한 풍속증가량이 동풍에 대한 풍속증가량 보다 약 1.4%더 크다는 것을 의미하고 풍하중은 풍속의 제곱에 비례하므로 동일한 기본 풍속의 경우 서풍일 때 약 2.8% 더 큰 풍하중을 고려해야한다는 것을 알 수 있었다. 또한, 풍속에 대한 지형의 영향을 고려하지 않았을 경우보다 약 10%이상 더 큰 풍속을 고려해야 하는 것을 나타내며 이는 21%이상 더 큰 풍하중을 고려해야 한다는 것을 의미한다.
제시하였다. 풍속지형계수 산정 시 BIM프로그램을 이용한 3 차원 지형 모델링을 통하여 지형의 영향을 보다 합리적으로 반영할 수 있었다. 풍하중을 고려한 구조물 설계 시 위치별, 풍향별 및 고도별로 산정한 풍속지형계수를 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높일 수 있을 것이다.

후속연구

풍속지형계수 산정 시 BIM프로그램을 이용한 3 차원 지형 모델링을 통하여 지형의 영향을 보다 합리적으로 반영할 수 있었다. 풍하중을 고려한 구조물 설계 시 위치별, 풍향별 및 고도별로 산정한 풍속지형계수를 이용함으로서 설계의 합리성과 경제성을 더 높일 수 있을 것이다.
향후 풍속지형계수 값을 수치지도에 입력하여 데이터 지도를 생성함으로써 풍하중 산정 시 GIS의 활용을 위한 속성데이터를 구축하고자 한다.

참고문헌 (10)

Miller, C.A., Davenport, A.G., 1998, "Guidelines for the calculation of wind speed-ups in complex terrain", J. Wind Eng. & Indust. Aerodyn., Vol.74-76, pp.189-197.

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Ishihara, T., Hibi, K., 1999, " A Wind Tunnel stydy of Turbulent Flow over a Three-dimen-sional Steep Hill", Journal of Wind Engineering, Vo.83, pp.95-107.
김무진, 이석종, 하영철, 2000, "3차원 산지형의 풍속분포특성에 관한 풍동실험연구", 대한건축학회논문집, 제16권 제7호, pp.25-32.
대한건축학회, 2005, "건축구조설계기준".
대한건축학회, 2009, "건축구조기준".
조강표, 홍성일, 2006, "지형에 따른 풍속할증계수에 관한 세계 주요 풍하중 기준의 재고", 대한건축학회논문집-구조계, 제22권 제1호, pp.27-34.

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조강표, 정승환, 2010, "주변 구조물이 산악지형의 풍속 증가에 미치는 영향", 대한건축학회논문집-구조계, 제26권 제1호, pp.55-62.

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대한건축학회, 2001, "풍하중 해설 및 설계".
우제윤, 구지희, 홍창희, 김태훈, 2001, "수치표고 모형(DEM)구축을 위한 지형별 보간 방법 및 격자크기에 관한 연구", 한국공간정보시스템학회논문지, 제3권 제2호, pp.5-19.
김형수, 김상엽, 이양구, 서성보, 박기석, 류근호, 2009, "UFID를 이용한 객체기반 수치지도 공간 데이터 모델", 한국공간정보시스템학회 논문지, 제11권 제1호, pp.71-78.

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