[논문]풍압과 변위의 동시계측을 통한 고층건물의 공력 특성 평가

김용철; 로 위안롱; 윤성원

doi:10.9712/kass.2017.17.1.077

풍압과 변위의 동시계측을 통한 고층건물의 공력 특성 평가
Simultaneous Measurement of Wind Pressures and Displacements on Tall Building 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.17 no.1, 2017년, pp.77 - 84

김용철 (동경공예대학교 건축학과) , 로 위안롱 (탐캉대학교 토목학과) , 윤성원 (서울과학기술대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Vortex-induced vibration and instability vibration of tall buildings are very important fluid-structure interaction phenomenon, and many fundamental questions concerning the influence of body movement on the unsteady aerodynamic force remain unanswered. For tall buildings, there are two experimental methods to investigate the characteristics of unsteady aerodynamic forces, one is forced vibration method and the other is free vibration method. In the present paper, a free vibration method was used to investigate the unsteady aerodynamic force on tall building whose aspect ratio is 9 under boundary layer simulating city area. Wind pressures on surfaces and tip displacements were measured simultaneously, and the characteristics of tip displacements and generalized forces were discussed. It was found that variation of across-wind displacements showed different trend between the case when wind speed increases and wind speed decreases, and the fluctuating generalize forces in across-wind direction of vibrating model are larger than that of static model near the resonant wind speed and approach to the static value. And for higher wind speed range, there were two peaks in across-wind power spectra of generalize forces of vibrating model, which means that two frequency components are predominant in unsteady aerodynamic forces.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

유체역학 분야에서는 일반적으로 시간과 함께 변동하는 공기력(Aerodynamic force)을 총칭하여 비정상공기력으로 부르지만, 본 연구에서는 모형의 진동에 의해 발생하는 부가적인 변동풍력만을 비정상공기력으로 한정하였다. 난류경계층하에서 3차원 모형을 대상으로 한 연구가 적다는 점을 감안하여 기존의 짐발을 이용한 자유진동법으로 형상비가 9인 고층건물에 작용하는 풍압과 변위를 동시에 계측하여 비정상공기력의 특성을 검토하였다.

제안 방법

자유진동법에 의해 형상비가 9인 고층건물을 대상으로 비정상공기력의 특징을 검토하였다.

대상 데이터

07m이고, 형상비가 9인 정사각형 단면을 가진 고층건물로 대상으로 하였다. 길이 스케일은 1/400, 시간 스케일은 1/40로 가정하여, 실제 10분 상당의 샘플을 25개 얻을 수 있도록 실험시간을 조절하였다. 풍압공은 모형의 마주보는 두 면에 설치하였고, 한 면에 20개씩 총 40개의 풍압공을 동시 계측하였다.
1]에 나타내었다. 한 변의 길이가 0.07m이고, 형상비가 9인 정사각형 단면을 가진 고층건물로 대상으로 하였다. 길이 스케일은 1/400, 시간 스케일은 1/40로 가정하여, 실제 10분 상당의 샘플을 25개 얻을 수 있도록 실험시간을 조절하였다.

성능/효과

1) 풍직각방향의 일반화풍력의 경우, 진동이 허용된 모형의 변동풍력계수는 고정된 모형의 변동풍력계수보다 공진풍속 부근에서 큰 값을 보임을 알 수 있었다.
2) 진동이 허용된 경우, 공진풍속 부근에서는 고정된 모형의 스트로할 수에 해당하는 파워는 급격히 커지고, 또 공진풍속 이상에서는 스트로할 수보다 큰 주파수에서 또 다른 피크가 나타남을 알 수 있었다.
3) 록인영역에서의 비정상공기력은 스트로할 수에 해당하는 성분과 풍속과 함께 증가하는 성분으로 구성됨을 확인할 수 있었다.

후속연구

풍속이 공진풍속보다 작은 경우에 f_s성분의 영향은 명확히 확인할 수 있지만 f_m성분에 해당하는 성분의 영향은 확인할 수 없었다. 또, 강제진동법에서의 f_m성분과 자유진동법에서의 f_r성분의 관계에 대해서는 더욱 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	풍방향 진동이란 무엇인가?	풍방향 진동은 주로 바람의 난류성분에 의해 발생하는 진동으로 버페팅(Buffeting)이 대표적이다. 풍직각방향 진동에는 구조물의 측면이나 후면에 교대로 형성되어 방출되는 와류에 의한 와려진(Vortex-induced vibration)이나 건물의 진동과 함께 발생하는 부가적인 공기력(비정상공기력, Unsteady aerodynamic force)에 의한 공력불안정진동(Instability vibration) 등이 있다.
	풍직각방향 진동의 종류인 와려진과 공력불안정진동의 특징은 무엇인가?	구조물의 감쇠율이 비교적 작거나 혹은 구조물의 일반화질량이 작은 경우에는 버페팅 진동보다는 풍속과 함께 증가하는 와려진이나 공력불안정 진동이 문제가 된다. 와려진은 와류의 방출주파수와 건물의 고유진동수가 같은 풍속(공진풍속)에서 최대 변위을 보이는 진동으로, 와려진과 공력불안정 진동은 자려 진동적인 성격이 강해 일단 발생하면 경우에 따라서는 구조물이 파괴될 수 있다는 특징이 있다. 따라서 예비설계 단계에서 와려진이나 공력불안정진동을 상세히 검토하는 것은 고층건물의 내풍설계상 매우 중요한 의미를 갖는다고 할 수 있다.
	바람에 의한 구조물의 진동은 어떤 종류가 있는가?	건물이 고층화되고 형상비가 커질수록 구조설계에서 지진하중보다는 풍하중이 지배적이라는 것은 매우 잘 알려진 사실이다. 바람에 의한 구조물의 진동은 크게 풍방향 진동, 풍직각방향 진동, 그리고 비틀림 진동으로 구분할 수 있으나, 비틀림 진동은 다른 두 진동에 비해 매우 작기 때문에, 구조물에 편심이 크지 않은 경우에는 설계상 문제가 되지 않는다.

참고문헌 (5)

P.A. Bailey, K.C.S. Kwok, "Interference excitation of twin tall buildings", Journal of the Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 21, pp.323-338, 1985.

상세보기
H, Kawai, "Vortex induced vibration of tall buildings", Journal of the Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 41-44, pp.117-128, 1992.
Y.C. Kim, J. Kanda, Y. Tamura, S.W. Yoon, "Pressure fluctuations on tapered and setback tall buildings", Journal of the Korean Association for Spatial Structures, Vol.13, No.1, pp.97-104, 2013.

원문보기 상세보기
Y. Taniike, "Study on aeroelastic instability of tall buildings", Ph.D. Dissertation, 1983 (In Japanese).
T. Taniguchi, "Study on unsteady aerodynamic force on structures", Ph.D. Dissertation, 2001 (In Japanese).

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

풍압과 변위의 동시계측을 통한 고층건물의 공력 특성 평가
Simultaneous Measurement of Wind Pressures and Displacements on Tall Building 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

풍압과 변위의 동시계측을 통한 고층건물의 공력 특성 평가 Simultaneous Measurement of Wind Pressures and Displacements on Tall Building 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김용철 (10) 윤성원 (77)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

풍압과 변위의 동시계측을 통한 고층건물의 공력 특성 평가
Simultaneous Measurement of Wind Pressures and Displacements on Tall Building 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper