도시화가 진행됨에 띠라 고층아파트와 고층빌딩 등 지형지물의 변화가 많이 일어나고 있다. 지형지물의 변화는 강풍 발생의 원인으로 작용하며, 풍속은 풍상측 지형지물의 영향으로 같은 속도의 바람이 붙어올지라도 그 값이 증가 또는 감소한다. 설계기준에서는 이러한 변화를 풍속고도분포계수로 정의하고, 지표면조도에 따라 그 값을 산정하여 반영하도록 하고 있지만 현실에서는 설계자의 주관적 판단에 따라 지표면조도를 결정하야 풍속고도분포계수를 산정하고 있으며, 건설지점의 지표면조도를 구분하기 위한 연구와 자료 또한 부족한 실정이다. 본 논문에서든 최근 고층주거건물이 많이 건설된 지역을 대상으로 건축물의 수직높이에 따분 지표면조도를 GIS프로그램을 이용하여 정량적으로 구분함으로써 풍속 고도분포계수를 보다 합리적으로 산정하고자 한다. 풍하중을 고려한 구조물 설계 시 본 연구에서 제안한 풍속고도분포계수 산정방법을 이용함으로써 설계의 합리성과 구조물의 안전성을 더 높일 수 있을 것이다.
도시화가 진행됨에 띠라 고층아파트와 고층빌딩 등 지형지물의 변화가 많이 일어나고 있다. 지형지물의 변화는 강풍 발생의 원인으로 작용하며, 풍속은 풍상측 지형지물의 영향으로 같은 속도의 바람이 붙어올지라도 그 값이 증가 또는 감소한다. 설계기준에서는 이러한 변화를 풍속고도분포계수로 정의하고, 지표면조도에 따라 그 값을 산정하여 반영하도록 하고 있지만 현실에서는 설계자의 주관적 판단에 따라 지표면조도를 결정하야 풍속고도분포계수를 산정하고 있으며, 건설지점의 지표면조도를 구분하기 위한 연구와 자료 또한 부족한 실정이다. 본 논문에서든 최근 고층주거건물이 많이 건설된 지역을 대상으로 건축물의 수직높이에 따분 지표면조도를 GIS프로그램을 이용하여 정량적으로 구분함으로써 풍속 고도분포계수를 보다 합리적으로 산정하고자 한다. 풍하중을 고려한 구조물 설계 시 본 연구에서 제안한 풍속고도분포계수 산정방법을 이용함으로써 설계의 합리성과 구조물의 안전성을 더 높일 수 있을 것이다.
As an urbanization is in progress, the change of the planimetric features and topography including high-rise residential buildings commonly occur. The change of the planimetric features and topography causes occurrence of the strong wind and wind speed increase or decrease due to the effect of plani...
As an urbanization is in progress, the change of the planimetric features and topography including high-rise residential buildings commonly occur. The change of the planimetric features and topography causes occurrence of the strong wind and wind speed increase or decrease due to the effect of planimetric features and topography on the windward side even though the wind blows with the same speed. In the design standard, this change by wind speed is defined as the velocity pressure exposure coefficient, the value of coefficient is estimated and reflected by ground surface roughness, but in a reality, ground surface roughness is determined in accordance with the subjective judgement of designer and then the velocity pressure exposure coefficient is estimated, moreover the research and data for classification of ground surface roughness are insufficient. In this paper, we will estimate the velocity pressure exposure coefficient by the quantified method for classifying ground surface roughness by using GIS according to the height of a building targeting area where high-rise residential buildings are built lately. When the structure subjected to wind load is designed, reasonability of design and safety of structure will be more improved by using the estimation method of velocity pressure exposure coefficient presented in this study.
As an urbanization is in progress, the change of the planimetric features and topography including high-rise residential buildings commonly occur. The change of the planimetric features and topography causes occurrence of the strong wind and wind speed increase or decrease due to the effect of planimetric features and topography on the windward side even though the wind blows with the same speed. In the design standard, this change by wind speed is defined as the velocity pressure exposure coefficient, the value of coefficient is estimated and reflected by ground surface roughness, but in a reality, ground surface roughness is determined in accordance with the subjective judgement of designer and then the velocity pressure exposure coefficient is estimated, moreover the research and data for classification of ground surface roughness are insufficient. In this paper, we will estimate the velocity pressure exposure coefficient by the quantified method for classifying ground surface roughness by using GIS according to the height of a building targeting area where high-rise residential buildings are built lately. When the structure subjected to wind load is designed, reasonability of design and safety of structure will be more improved by using the estimation method of velocity pressure exposure coefficient presented in this study.
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문제 정의
본 논문에서는 건설지점 주변의 실제 건축물들의 수직높이에 따른 지표면조도를 GIS를 이용하여 정량적으로 분석함으로써 보다 합리적인 풍속 고도분포계수 산정방법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 둘 이상의 지표면조도가 흔합되어있는 도시지역에 건설되는 건축물의 높이에 따른 검토대상 범위 내 지표면조도를 GIS를 이용하여 정량적으로 분석하고 지표면조도별 가중치에 따른 합리적인 풍속고도분포계수를 산정하기 위한 방법을 다음과 같이 제시한다.
본 연구에서는 풍속고도분포계수 산정 시 설계자의 주관적 판단에 의하여 결정되는 지표면 조도를 보다 합리적으로 분석하기 위하여 건축물 높이에 따라 지표면조도를 구분하고 풍속 고도분포계수는 지표면 조도별 건축물 면적에 비례한다고 가정함으로서 GIS를 활용한 정량적인 풍속고도분포계수 산정 방법을 제시하였다. Gis를 이용한 합리적인 지표면 조도 분석방법을 통해 기존 설계자의 주관적 판단에 따라 풍속고도분포계수가 산정하는 문제점을 개선할 수 있었으며, 특히 둘 이상의 지표면 조도가 혼합된 도시지역에서 보다 합리적으로 풍속 고도분포계수를 산정할 수 있었다.
가설 설정
2) 도시지역의 혼합되어 있는 지표면조도를 구분하기 위해서 건축구조기준(KBC) 2009와 ASCE/SEI (American Society of Civil Engineers/Structural Engineering Institute) 7-05를 참고하여 건축물의 높이에 따라 지표면조도가 구분되고 풍속 고도분포계수는 지표면조도별 건축물 면적에 비례한다고 가정하여 표 4와 같이 구분하였다.
둘 이상의 지표면조도가 혼합되어 있는 연구지역에서 풍속고도분포계수 산정을 위한 지표면 조도를 결정하기 위하여, 우선 해당지역의 나대지에 30m와 60m높이의 건축물을 짓는다고 가정하고 연구지역의 주 풍향을 북서풍으로 정하였다. 여기서, 건설되는 건축물의 높이를 다르게 설정함으로써 설계 시 검토대상 범위의 변화에 따른 풍속고도분포계 수의 변화를 확인할 수 있다.
제안 방법
3) 건설되는 건축물 높이에 따라 고려되어야 하는 검토대상 범위 내 건축물들을 추출하고 GIS 프로그램의 면적 속성값 계산(Calculate Gecmetry) 기능을 이용하여 각 건축물의 면적을 계산한다.
6) 각 지표면조도별로 산정된 풍속 고도분포계수에 면적 비율에 비례하는 가중치를 적용하고 그 값을 합산하여 풍속고도분포계수를 산정한다. 여기서, 풍속 고도분포계수에 지표면조도별 가중치를 적용하는 것은 둘 이상의 지표면조도가 혼합되어 있는 경우 하나의 지표면조도를 선택함으로써 발생하는 과소 .
ArcGIS를 이용하여 대구시 건축물 Layer에서 연구지역 내의 건축물들을 추출한 후 건축물의 수직높이 자료를 입력하여 GIS속성자료를 생성하였다. 여기서, 건축물의 높이자료는 대구시에 구축된 공간정보시스템과 건축물대장 등을 통하여 조사되었다.
GIS 프로그램의 기능을 이용하여 검토대상 범위 내의 건축물들을 대상으로 각 건축물의 면적을 계산하고 지표면조도 A, B, C에 포함되는 건축물 높이별 면적비율을 산출하였다.
각 지표면조도별 풍속고도분포계수 산정식에 건설되는 건축물높이 30m( z=30), 60m(Z=60)를 대 입하고 그 값을 산정하였다.
각 지표면조도별로 산정된 풍속 고도 분포 계수에 표 5와 표 7의 면적비율에 비례하는 가중치를 적용한 후 그 값을 합산하여 풍속고도분포계수를 산정하였다.
북서풍에 대한 30m높이의 건축물과 60m 높이의 건축물에 적용되는 지표면조도를 결정하기 위해 GIS프로그램에 풍상측에 대한 호의 반지름이 40H 가 되는 영역을 polygon으로 생성한 후 검토대상 범위 내의 건축물들을 추출하였다.
여기서, 건축물의 높이자료는 각 지방자치단체에 구축되어 있는 공간정보시스템을 이용하거나, AIS(건축행정시스템)을 통해 건축물대장에 나타나는 지상층수를 조사하여 평균높이 3미터를곱한 후 속성자료로 입력한다.
대상 데이터
본 연구에서는 대구광역시 북구 침산동 일대를 연구지역으로 선정하였다. 침산동의 행정구역은 침산 1동, 침산 2동, 침산 3동으로 구분되어 있으며침산 2동과 침산 3동의 경우 주변에 경북도청과 북구청, 도서관, 지방 국세청, 대구도시공사 등 행정편의시설 및 기반시설들이 위치해 있으며 대형마트와 백화점이 들어서면서 최근 급속히 고층아파트와 상가시설들이 들어서게 되었다.
여기서, 건축물의 높이자료는 대구시에 구축된 공간정보시스템과 건축물대장 등을 통하여 조사되었다.
그러나 침산]동의 경우 산악지형과 공단지역이 위치하여 현재까지도 낙후된 주거시설과 공장들이 위치해 있어 서로 다른 지표면 조도를 나타낸다. 이에 도시지역의 둘 이상의 지표면 조도를 구분하기에 적합한 지역이라고 사료되어 침산동을 연구대상으로 선정하였다.
성능/효과
제시하였다. Gis를 이용한 합리적인 지표면 조도 분석방법을 통해 기존 설계자의 주관적 판단에 따라 풍속고도분포계수가 산정하는 문제점을 개선할 수 있었으며, 특히 둘 이상의 지표면 조도가 혼합된 도시지역에서 보다 합리적으로 풍속 고도분포계수를 산정할 수 있었다. 향후 풍속 고도분포계수를 보다 더 합리적이고 객관적으로 산정하기 위해서는:- 보다 더 명확한 합리적인 지표면조도 구분과 방법에 대한 연구가 필요함을 알 수 있었다.
둘째, 검토대상범위 내의 풍상측이 평탄 상태에서 거친 상태로 급변하는 경우에는 급변하는 지점보다 풍상측에 위치한 평탄상태를 지표면조도로 선택한다.
향후 풍속 고도분포계수를 보다 더 합리적이고 객관적으로 산정하기 위해서는:- 보다 더 명확한 합리적인 지표면조도 구분과 방법에 대한 연구가 필요함을 알 수 있었다. 또한, 풍속고도분포계수는 주변 건축물의 높이자료의 정확성에 따라 많은 차이를 보이기 때문에 보다 정확한 공간정보를 기반으로 하는 3D 지도의 작성 및 속성자료 구축이 필요함을 알 수 있었다.
본 논문에서 제시하는 풍속고도분포계수 산정 방법 에 따르면 표 6과 같이 30m높이 건물의 경우에는 풍속 고도분포계수 0.8403이, 표 8과 같이 60m 높이 건물의 경우에는 풍속고도분포계수 U423이 설계풍속 산정식에 적용된다. 즉, 둘 이상의 지표면 조도가 혼합되어 있는 도시지역의 검토대상범위 내 실제 건축물들의 높이데이터에 근거하여 지표면 조도별 건축물의 면적비율에 따라 가중치를 적용함으로써 보다 합리적인 풍속고도분포계수를 산정할 수 있었다.
셋째, 검토대상범위 내의 풍상측이 거친 상태에서 평탄 상태로 변하는 경우에는 변화 후의 평탄상태를 지표면조도로 선택한다.
8403이, 표 8과 같이 60m 높이 건물의 경우에는 풍속고도분포계수 U423이 설계풍속 산정식에 적용된다. 즉, 둘 이상의 지표면 조도가 혼합되어 있는 도시지역의 검토대상범위 내 실제 건축물들의 높이데이터에 근거하여 지표면 조도별 건축물의 면적비율에 따라 가중치를 적용함으로써 보다 합리적인 풍속고도분포계수를 산정할 수 있었다.
첫째, 검토대상범위 내의 풍상측에 급격한 지표면 조도의 변화가 없을 경우에는 45° 범위내의 평균적인 지표면 상태를 그 풍향에 대한 지표면조도로 한다. 일반적으로 평탄한 지표면조도를 선정하는 것이 풍하중이 커져 안전해진다.
후속연구
이와 같이, 설계풍속의 크기에 큰 영향을 미치는 풍속 고도분포계수를 보다 합리적으로 산정하기 위해서는 정량적인 분석방법을 통한 지표면조도 구분에 대한 연구와 둘 이상의 지표면조도가 혼합되어있는 경우에서의 합리적인 지표면조도 결정에 대한 연구가 필요하다.
Gis를 이용한 합리적인 지표면 조도 분석방법을 통해 기존 설계자의 주관적 판단에 따라 풍속고도분포계수가 산정하는 문제점을 개선할 수 있었으며, 특히 둘 이상의 지표면 조도가 혼합된 도시지역에서 보다 합리적으로 풍속 고도분포계수를 산정할 수 있었다. 향후 풍속 고도분포계수를 보다 더 합리적이고 객관적으로 산정하기 위해서는:- 보다 더 명확한 합리적인 지표면조도 구분과 방법에 대한 연구가 필요함을 알 수 있었다. 또한, 풍속고도분포계수는 주변 건축물의 높이자료의 정확성에 따라 많은 차이를 보이기 때문에 보다 정확한 공간정보를 기반으로 하는 3D 지도의 작성 및 속성자료 구축이 필요함을 알 수 있었다.
참고문헌 (10)
T. Ngo, C. Letchford, 2008, "A comparison of topographic effects on gust wind speed", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Volume 96, Issues 12. pp. 2273-2293.
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