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문제 정의
- 이와 같이 옥상 간판에 대한 많은 실험이 진행되었지만 우리나라에서는 간판의 접합부에 관한 연구가 주로 이루고 있으며, 옥상 간판에 직접적으로 영향을 미치는 풍압계수에 대한 연구가 아직 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 옥외광고물 등의 관리 광고 산업진흥에 따른 법률6)과 서울옥외광고물 가이드라인7)을 기초로 선정한 옥상 간판의 풍압실험을 실시하여 실험 각도 변화에 따른 외장재용 풍압계수 분포와 그에 대한 영향에 대해 분석하고자 한다.
제안 방법
- 옥상 간판의 피크외압계수를 측정하기 위한 풍압 모형을 제작하였다. 실험에 사용된 모형은 아크릴로 제작하였으며, 피크외압계수 분포를 측정하기 위해서 Case 1의 정면과 배면에는 각 25개씩, 우측과 좌측면에는 각 15개씩 총 80개의 풍압공을, Case 2의 정면과 배면에는 각 35개씩, 우측면과 죄측면에 각 18개씩 총 106개의 풍압공을 설치하였다. [Fig.
- 옥상 간판에 대한 풍압 실험 각도는 10° 간격으로 총 36개 풍향에 대해서 실험을 실시하였다.
- 옥상 간판에 작용한 피크풍압계수 분포를 알아보기 위해서 풍동 실험을 실시하였다. 풍동 실험은 전북대학교 경계층 풍동연구실에서 보유한 Eiffel형 경계층 풍동 장치를 이용하였다.
- 10~11]은 풍향각 변화에 따른 최대/최소 피크풍압계수 분포를 나타내고 있다. 옥상 간판의 각 면에 설치된 풍압공의 각도별 최대/최소 피크풍압계수를 분리하여 분석을 실시하였다. 정면과 후면의 최대 피크풍압계수(정압)는 옥상 간판에 바람이 불어오는 방향에서 최대값이 나타나고 있었다.
- 옥상 간판의 피크외압계수를 측정하기 위한 풍압 모형을 제작하였다. 실험에 사용된 모형은 아크릴로 제작하였으며, 피크외압계수 분포를 측정하기 위해서 Case 1의 정면과 배면에는 각 25개씩, 우측과 좌측면에는 각 15개씩 총 80개의 풍압공을, Case 2의 정면과 배면에는 각 35개씩, 우측면과 죄측면에 각 18개씩 총 106개의 풍압공을 설치하였다.
- [Table 2]는 풍동 실험에 사용된 상사법칙을 나타내고 있다. 풍동 내 기류는 열선풍속계(IFA-300)를 사용하여 측정하였다. 옥상 간판에 대한 풍압 실험 각도는 10° 간격으로 총 36개 풍향에 대해서 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 건물의 크기는 Case 1은 18m(B)⨉7.5m(D)⨉20m(H), Case 2는 18m(B)⨉7.5m(D)⨉60m(H)로 선정하였다. 그리고 옥상 간판의 크기는 법률에 근거하여 Case 1은 10m(B)⨉3.
- 5m(D)⨉60m(H)로 선정하였다. 그리고 옥상 간판의 크기는 법률에 근거하여 Case 1은 10m(B)⨉3.5m(D)⨉10m(H), Case 2는 10m(B)⨉3.5m(D)⨉15m(H)로 선정하였다. 건물의 높이가 증가하면서 옥상 간판의 높이도 증가하도록 설정하였다.
- 바람의 영향을 많이 받는 옥상 간판의 풍압계수분포를 분석하기 위하여 현재 우리나라에서 사용되고 있는 옥상 간판의 크기를 조사하여 선정하였다. 현재 우리나라의 옥외 광고물은 옥외광고물 등의 관리 광고 산업 진흥에 따른 법률6)에 따라서 크기가 결정된다.
- 풍압 실험은 옥상 간판을 많이 사용하고 있는 서울특별시를 기준으로 하였으며 지표면 조도구분 B를 사용하였다. 실험에서 사용된 옥상 간판의 기본풍속은 KBC2016 기준을 적용하여 선정하였다8). 옥상 간판은 가설 건축물로써 10년 재현 주기 풍속을 사용하였고, 중요도 계수는 0.
- 실험에서 적용된 난류경계층은 지표면 조도구분 B(α=0.22)를 사용하였다.
- 이와 같은 기준을 기초로 옥상 간판의 크기를 선정하였다. 옥상 간판 크기 선정에 앞서 옥상 간판을 설치하기 위한 건물의 크기를 선정하였다. 옥상 간판을 설치하기 위한 건물은 여러 가지 형태가 있지만 본 실험에서는 5층(Case 1)과 15층(Case 2) 업무용 건물 위에 설치가 가능한 옥상 간판을 1개씩 설치하였다.
- 실험에서 사용된 옥상 간판의 기본풍속은 KBC2016 기준을 적용하여 선정하였다8). 옥상 간판은 가설 건축물로써 10년 재현 주기 풍속을 사용하였고, 중요도 계수는 0.9로 선정하였다. [Table 2]는 풍동 실험에 사용된 상사법칙을 나타내고 있다.
- 옥상 간판 크기 선정에 앞서 옥상 간판을 설치하기 위한 건물의 크기를 선정하였다. 옥상 간판을 설치하기 위한 건물은 여러 가지 형태가 있지만 본 실험에서는 5층(Case 1)과 15층(Case 2) 업무용 건물 위에 설치가 가능한 옥상 간판을 1개씩 설치하였다.
- 옥상 간판에 작용한 피크풍압계수 분포를 알아보기 위해서 풍동 실험을 실시하였다. 풍동 실험은 전북대학교 경계층 풍동연구실에서 보유한 Eiffel형 경계층 풍동 장치를 이용하였다. 풍동의 측정부 제원은 길이 18m, 폭 2.
- 풍압 실험은 옥상 간판을 많이 사용하고 있는 서울특별시를 기준으로 하였으며 지표면 조도구분 B를 사용하였다. 실험에서 사용된 옥상 간판의 기본풍속은 KBC2016 기준을 적용하여 선정하였다8).
이론/모형
- 6]과 같다. 실선은 KBC2016 기준8)에 의한 이론식을 나타내며 지수법칙과 난류강도를 사용하여 구하였다. 풍압 실험에서 측정된 각 풍압은 무차원화 되어 표기된다.
성능/효과
- 1) 옥상 간판 정면과 후면에 대한 피크풍압계수의 최대 및 최소값은 하단과 모서리 부분에 국부적으로 분포하고 있었다. 정면 및 후면의 하단 부분의 모서리에서 최소 피크풍압계수 –3 이상 크게 나타났다.
- 2) 풍향각 변화에 따른 옥상 옥외 간판의 최대/최소 피크풍압계수의 분포는 간판의 위치와 풍향각에 따라 다르게 나타나고 있었다. 최대/최소 피크풍압계수의 외장재용 설계를 위한 최대 및 최소값은 모두 100~300° 영역에서 분포하고 있었다.
- 그러나 옥상 간판 측면 부분의 피크풍압계수는 국부적인 영역보다는 측면 전체에 최소 피크풍압계수(부압)가 –2로 넓게 분포하고 있었다. 건물 높이 증가에 따른 옥상 간판의 높이가 높아질수록 최소 피크풍압계수(부압)에서 계수 값 크기 기준으로 피크값이 크게 분포하고 있었다. 현재 옥상 간판의 기준이 되고 있는 KBC20168)의 옥상 간판 풍압계수 기준보다 최대 피크풍압계수는 약 15%, 최소 피크풍압계수는 약 40% 이상 크게 나타났다.
- 실험 결과, 최대 피크풍압계수는 약 15%, 최소 피크풍압계수는 약 40% 이상 크게 나타났다. 건물보다 크기가 작고 높은데 위치한 옥상 간판의 건물에 영향을 받아 풍압계수가 크게 나온 것을 알 수 있었다. 옥상 간판의 경우 가장 큰 풍압계수 데이터를 옥상 간판의 전체에 적용하여 안정성을 확보하여야 할 것으로 판단된다.
- 그리고 좌측면과 우측면에서의 최대 피크풍압계수(정압)는 옥상 간판의 측면 중앙 부분에서 나타나고 있었다. 그리고 최대 피크풍압계수(정압)는 정면과 후면을 비교하였을 때 정면에서 최대 10% 이상 크게 나타나고 있었다. 옥상 간판의 높이 변화에 따른 측면 최소 피크풍압계수(부압)는 정면, 후면에서 Case 1이 Case 2보다 20% 이상 크게 나타나고 있었다.
- 6을 기준으로 하고 있다. 실험 결과, 최대 피크풍압계수는 약 15%, 최소 피크풍압계수는 약 40% 이상 크게 나타났다. 건물보다 크기가 작고 높은데 위치한 옥상 간판의 건물에 영향을 받아 풍압계수가 크게 나온 것을 알 수 있었다.
- 최대 피크풍압계수(정압)의 최대값과 최소값의 차이는 2배 이상 나타나고 있었으며, 좌우대칭으로 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 우측과 좌측의 최소 피크풍압계수(부압)는 계수 크기 기준으로 최대값이 나오는 각도는 최대 피크풍압계수(정압)가 분포하는 동일한 각도에서 나타나고 있었다. 그러나 우측과 좌측의 최소 피크풍압계수(부압)의 계수 값 크기 기준으로 최대값은 0°와 270°에서 각각 나타나고 있었다.
- 후면의 경우는 정면과 비슷한 양상으로 분포하고 있었다. 정면과 후면의 풍향각별 최소 피크풍압계수(부압)의 계수 값의 차이를 분석해보면 정면이 후면보다 2배 이상 크게 나타나고 있었다. 이는 후면이 정면보다 피크풍압계수 분포가 넓은 영역에서 나타나고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 0 범위 내에서 분포하고 있었지만, 옥상 간판의 높이 변화에 따른 차이는 크게 나타나지 않았다. 최대 피크풍압계수(정압)와 비교하여 최소 피크풍압계수(부압)는 중앙부가 아닌 간판의 하단 모서리 부분에서 나타나고 있었다. 현재 우리나라에서는 KBC20168)에 제시된 일반 건물의 풍압계수를 그대로 옥상 간판에 적용하여 사용하고 있으며, 유효 면적 50m2 이상은 최대 피크풍압계수 1.
- 간판의 좌측은 0~180° 사이에서, 우측은 180~340° 사이에서 최대 피크풍압계수(정압)의 최대값이 분포하고 있었다. 최대 피크풍압계수(정압)의 최대값과 최소값의 차이는 2배 이상 나타나고 있었으며, 좌우대칭으로 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 우측과 좌측의 최소 피크풍압계수(부압)는 계수 크기 기준으로 최대값이 나오는 각도는 최대 피크풍압계수(정압)가 분포하는 동일한 각도에서 나타나고 있었다.
- 그러나 우측과 좌측의 최소 피크풍압계수(부압)의 계수 값 크기 기준으로 최대값은 0°와 270°에서 각각 나타나고 있었다. 최대 피크풍압계수(정압)의 최대값과 최소값이 2배 이상 차이를 보이고 있지만 최소 피크풍압계수(부압)는 계수 값 크기 기준으로 최대값과 최소값이 2.5배로 크게 나타나고, 좀 더 넓은 각도에서 분포하고 있었다. 옥상 간판의 높이에 따른 Case 1과 Case 2의 각도별 최대/최소 피크풍압계수의 분포는 최대 피크풍압계수(정압)에서는 Case 1에서 20% 정도 크게 나타나고 있지만 최소피크풍압계수(부압)에서는 계수 값 크기 기준으로 최대값이 22% 정도 Case 2에서 크게 나타나고 있었다.
후속연구
- 건물의 설치 위치는 현재 가장 많이 설치되어 있는 위치인 건물 정면의 중앙부에 설치하였다. 현재 실험은 Case별로 1개씩 총 2개의 실험을 진행하였지만, 추후에 모형 사이즈의 변화 및 옥상 간판의 위치 변화에 따른 풍압계수 분포 실험도 추가로 진행할 예정이다. 풍압 모형 스케일은 1/100으로 하였다.
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