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공간정보 분석을 통한 건축물의 설계풍속 산정
Estimation of Design Wind Speed for Building Using Spatial Information Analysis 원문보기

한국공간정보학회지 = Journal of Korea Spatial Information Society, v.23 no.3, 2015년, pp.79 - 89  

이성윤 (Dept. of Civil Engineering, Kyungpook National University) ,  조현재 (Dept. of Spatial Information, Kyungpook National University) ,  이현기 (Dept. of Civil Engineering, Kyungpook National University) ,  최세휴 (Dept. of Civil Engineering, Kyungpook National University)

초록
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건축물이 일정규모 이상 높아지면 구조설계 시 바람의 영향이 중요한 요인으로 작용하게 된다. 우리나라는 지형적인 특성상 태풍과 같은 위험현상이 자주 발생하는 지역이므로 더욱 중요한 요인이라 할 수 있다. 이러한 시대적 흐름과 기상변화를 고려한다면 건축물의 합리적인 내풍설계의 필요성이 더욱 부각되고 있다. 본 연구에서는 1:5,000 수치지형도를 바탕으로 공간정보분석을 이용하여 설계풍하중 산정방법을 제시하였으며 실제 적용사례와 비교분석 하였다. 제안된 방법으로 풍속고도분포계수, 지형계수를 산정할 경우 보다 정량적, 객관적으로 설계풍속을 산정할 수 있었으며 기존의 방법과 비교했을 때 평가에 필요한 시간과 비용을 단축할 수 있을 것으로 기대되 건축물의 합리적이고 경제적인 내풍설계에 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Once the building is higher than certain size, the wind effect plays very important role in structure design. Moreover, this is more important in Korea because dangerous phenomena like typhoons are common. Rational wind resistant design is being magnified considering the global flow and climate chan...

주제어

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문제 정의

  • 1) 본 연구에서는 객관적인 지표면조도 구분을 위하여 건물의 높이별 공간자기상관 분석을 통해 지표면조도를 산정하는 방법을 제시하였다. 공간자기상관 분석에 사용된 기법은 Getis-Ord’s Gi* 분석으로 검토지역에 방안을 생성한 후 군집도를 분석하고 Hot-spot 영역의 비율에 따라 지표면조도를 결정하였다.
  • 하지만 이러한 기존의 연구는 지표면조도 산정 시 건축물 높이별 면적비율에 따라 지표면조도를 구분하고 있어 KBC 2009에서 제시하고 있는 밀집, 산재의 객관적인 구분은 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 객관적인 군집도 판별을 위하여 공간자기상관 분석을 실시하였다. 또한 풍속할증계수 산정 시에도 기존의 연구는 검토지역 전체에서 최대, 최소값을 산정하고 있어 결정된 주풍향에서 지형계수를 산정하여 보다 실제지형을 현실적으로 반영할 수 있도록 하였다.
  • 이때 GIS를 이용하는 기존의 방법은[16] 건물의 높이만으로 지표면조도를 구분하고 있어 건축설계기준(KBC 2009)에서 제시하고 있는 건물의 밀집, 산재여부를 반영하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 설계기준을 최대한 반영하여 건물의 높이별로 군집도를 산정하여 지표면조도를 구분하는 방법을 제시하였다.
  • 하지만 건축구조기준(KBC 2009)에서 바람은 저점과 정점사이를 일직선으로 흐르게 된다는 가정과 위배됨으로 자칫 풍속할증을 실제보다 과대평가할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 정점과 설계건물을 연결하는 최대 풍향선을 결정하고 해당 지형단면에서 높이차를 검토하여 설계기준과 좀 더 부합되는 방법이라 할 수 있다.
  • 본 연구에서는 GIS를 이용하여 풍속고도분포계수, 지형계수를 산정하여 실무에서 적용한 값과 비교·검토하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 지표면조도 구분기준의 건축물 높이를 정량화 하고 공간자기상관분석(Spatial autocorrelation)으로 건물의 군집도를 판별하여 지표면조도를 산정하고자 한다. 이때 사용된 수치지형 데이터는 국토교통부 국가공간정보유통시스템(NS센터, National Spatial Inforamton Clearinghouse)에서 유료로 제공하는 1:5,000 수치 지형도 Ver 2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
온난화가 진행되면서 우리나라의 태풍의 빈도와 강도는 어떻게 변했나요? 지난 22년간 우리나라 전 해역에서 발생한 태풍의 빈도와 강도를 분석한 결과 지구 온난화가 진행되면서 태풍의 발생 수는 감소하는 대신 강도는 점차 강해지고 있다고 한다[13,14]. 이러한 시대적 흐름과 기상 변화를 고려한다면 건축물의 합리적인 내풍설계의 필요성이 더욱 부각되고 있다.
대구·경북지역 건축설계심의자료를 통해 본 건축 설계의 문제점은? 하지만 2010~2012년까지 대구·경북지역 건축설계심의자료의 설계풍속 산정을 위한 지표면조도, 지형계수 적용현황을 분석한 결과 행정구역 위주로 지표면조도를 결정하거나 지형에 의한 풍속할증은 전혀 고려하지 않고 있는 것으로 나타났다[12]. 이는 국내 건축구조기준(KBC 2009)에 따라 설계풍속 산정시 정성적인 설계기준과 현지측량으로 인한 비용적, 시간적 어려움 등 고려해야 할 변수가 많기 때문인 것으로 분석된다.
설계풍하중을 산정하기 위한 설계풍속 산출 방법은? 건축물의 내풍설계 시 합리적인 설계풍하중을 산정하기 위해서는 무엇보다 정량적이고 객관적인 설계풍속의 산출이 중요하다. 설계풍속은 기상관측 자료로부터 확률통계기법으로 도출한 기본풍속에 자연적 요인에 의한 풍속고도분포계수, 풍속지형계수와 인위적 요인에 의한 중요도계수를 곱하여 산정한다. 이때 풍속고도분포계수와 풍속지형계수는 지표면조도 및 지형의 형상에 의하여 크게 영향을 받으므로 이를 정확하게 산정하기 위해서는 풍동실험이나 현지측량과 같은 방법을 시행하여야 하나 특별풍하중을 고려하지 않는 일반적인 중·소규모 건축물에서는 시간과 비용상의 문제로 매번 시행하기에는 어려운 실정이다.
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참고문헌 (18)

  1. Anselin, L. 1995, Local indicators of spatial association-LISA. Geographical Analysis, 27(2): 93-115. 

  2. AIK(Architectural Institute of Korea). 2009, Korean Building Code-Structural. Kimoondang. 

  3. Bungale, S; Taranath Ph. D., S. E. 2005, Wind and Earthquake Resistant Buildings Structural Analysis and Design. 

  4. Choi, S. H; Sung, M. H. 2011, Estimation of the Topographic Factor of Wind Speed Using GIS Information. Journal of Korea Spatial Information Society 19(5):47-52. 

  5. Choi, S. H; Seo, E. S. 2013, Estimating Method of Topographic Factor of Design Wind Speed Using GIS. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies. 16(3):126-135. 

  6. Getis, A; Ord, J. K. 1992, The analysis of spatial association by use of distance statistics. Geographical Analysis, 24(3):189-206 

  7. Getis, A; Ord, J. K. 1996, Local spatial statistics: An overview in Spatial Analysis: Modling in a GIS Environment, Geoinformation International, Cambridge, 261-277. 

  8. Kang, I. H. 2009, Manhattanization of Housing. Journal of the Korean housing association 4(2): 91-114. 

  9. KIM, K. K. 2003, Detecting Spatial Autocorrelation and Using Spatial Regression, Journal of the Policy Analysis and Evaluation 13(1):273-294. 

  10. Lee, J; Woog, David, W. S. 2001, Statistical Analysis with Arcview GIS. John Wiley&Sons, Inc. 

  11. Lee, S. I; Jo, D. H; Sohn, H. G; Chae, M. O. 2010, A GIS-Based Method for Delineating Spatial Clusters: A Modified AMOEBA Technique. Journal of the Korean Geographical Society 45(4):502-520. 

  12. Lee, S. Y. 2014, Development of Estimating Method for Designed Wind Loads of Building using GIS, Doctor's Degree Thesis, Kyungpook National University 

  13. Seol, D. I. 2009, A Study on Typhoon Numbers and Intensity According to the Sea Areas of Occurrence. Journal of Navigation and Port Research 33(10):679-683. 

  14. Seol, D. I. 2010, Global Warming and Trends of Typhoon Variation. Journal of Navigation and Port Research 34(6):453-458. 

  15. Sibson, R., 1981, A Brief Description of Natural Neighbor Interpolation, pp. 21-36. 

  16. Sung, M. H; Choi, S. H. 2011, Estimation of Velocity Pressure Exposure Coefficient using GIS. Journal of Korea Spatial Information Society 19(1):13-19. 

  17. Sung, M. H; Park, K. S; Choi, S. H. 2010, Estimation of Topographic Factor of Wind Speed Using Geographic Information. Journal of Korea Spatial Information Society 18(3):13-22. 

  18. Zhang, Z; Griffitth, D. A. 1997. Developint userfriendly spatial statistical analysis modules for GIS: An example using ArcView, Computation, Envrionment, and Urban System, 21(1):5-29 

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