보고서 정보
주관연구기관 |
금오공과대학교 Kumoh National Institute of Technology |
연구책임자 |
하영철
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2003-05 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
과학기술부 |
과제관리전문기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200800067907 |
과제고유번호 |
1350017090 |
사업명 |
목적기초연구사업 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
풍응답.초고층건축물.모서리형상.풍력실험.단면형상.풍력계수.풍동실험.종횡비.파워스펙트럼밀도.wind-induced responses.tall buildings.corner shapes.wind force test.section shape.wind force coefficient.wind tunnel test.side ratio.power spectral density.
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초록
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세장하고, 유연하며, 감쇠가 작은 초고층건물은 바람에 의하여 수평방향으로 강한
진동이 발생하여 사용자의 거주성에 문제를 유발시킨다. 본 연구는 건축물의 단면형
상, 종횡비 변화, 모서리형태 변화에 의해서 바람으로 발생하는 초고층건축물의 수평
진동을 공기역학적으로 얼마나 저감시킬 수 있는지를 풍동실험을 통하여 규명한 것
이다. 이 방법을 건물의 초기 설계 단계에서 응용하면 발생하는 수평진동을 효과적
으로 줄일 수 있을 것이다.
본 연구에서는 형상비 H/ A = 8인 정사각형, 원형, 정삼각형 단면을 가
세장하고, 유연하며, 감쇠가 작은 초고층건물은 바람에 의하여 수평방향으로 강한
진동이 발생하여 사용자의 거주성에 문제를 유발시킨다. 본 연구는 건축물의 단면형
상, 종횡비 변화, 모서리형태 변화에 의해서 바람으로 발생하는 초고층건축물의 수평
진동을 공기역학적으로 얼마나 저감시킬 수 있는지를 풍동실험을 통하여 규명한 것
이다. 이 방법을 건물의 초기 설계 단계에서 응용하면 발생하는 수평진동을 효과적
으로 줄일 수 있을 것이다.
본 연구에서는 형상비 H/ A = 8인 정사각형, 원형, 정삼각형 단면을 가진 3개의
각주, 종횡비 D/B를 1/1.5, 1/2, 1/3인 3개의 각주, 정사각형 각주의 모서리 형상을
3가지의 형상(Cutting, Recession, Roundness)에 대하여 각각 모서리 변화율 b/B를
0.05와 0.1로 변화시킨 6개의 각주 즉, 총 12개의 모형을 설계?제작하여 풍동실험을
행하였고, 스펙트럼 모드해석을 통해 건축묵의 형상변화에 따라 공기역학적인 풍응
답 저감효과를 사펴보았다.
첫째, 단면형상을 변화시킨 3종류의 강체모형, 둘째, 건축물의 종횡비를 변화시킨
3종류의 강체모형, 마지막으로 건축물의 모서리형태를 변화시킨 6종류의 강체모형을
만들어 풍력실험을 실시하여 풍방향, 풍직각방향 및 비틀림방향의 풍력계수와 풍력
의 파워스펙트럼밀도를 평가하고 스펙트럼 모드해석을 통해 변동변위응답 및 가속도
응답을 산정하여 사각주형 기본형상의 모형과 비교하여 단면형상 변화에 따라 공기
역학적으로 변동변위응답 및 가속도응답의 감소효과를 정량적으로 제시하였다.
풍직각방향, 풍방향 및 비틀림방향에 대한 풍응답에 있어서 정사각형 각주에 비해
정삼각형각주와 원형주가 효과적이었다.
풍직각방향과 비틀림방향의 풍응답은 종횡비가 커질수록 증가하였고, 풍방향의 경
우에는 종횡비가 커질수록 감소하였다.
풍직각방향, 풍방향 및 비틀림방향에 대한 풍응답은 정사각형 각주에 비해 정사각
형 각주의 모서리를 Cutting, Recession, Roundness의 형태로 변화시킴으로서 효과
적이었으며, 특히 풍직각방향의 경우에 매우 효과적이었다. 또한, 모서리의 변화율이
클수록 효과적이었다.
위의 연구결과로부터 초고층건축물의 설계시 바람에 의한 진동을 공기역학적으
로 최소화할 수 있는 형상을 파악할 수 있고 설계자들이 초고층건축물을 설계할
때 참고할 것으로 기대된다.
Abstract
▼
Tall buildings are relatively light and flexible structures, so that these
buildings tend to have low level of intrinsic damping and can be especially prone
to the high resonance when subjected to wind loading. The aerodynamic
characteristics of bluff bodies, such as tall building, largely
Tall buildings are relatively light and flexible structures, so that these
buildings tend to have low level of intrinsic damping and can be especially prone
to the high resonance when subjected to wind loading. The aerodynamic
characteristics of bluff bodies, such as tall building, largely depend on the
behavior of the shear layers that separate from the leading edge. Thus, wind
induced vibration can be reduced by controlling the separated flow. This is due
to separated shear layers approaching the surfaces of the cylinders.
Therefore, from the results of analysis, what kind of plan and elevation
shapes can be proper in the design of tall buildings are indicated. The results of
this study should be used on the wind-resistant basic design of tall buildings.
In this study, we divide plan and elevation shape models of tall buildings into
Three categories. One is various cross section. Second is various side-ratio cross
section. Third is various coner cut cross section. We investigate wind-induced
along-wind, across-wind and torsional-wind responses of tall buildings on
rocking models by wind tunnel test. Through the results of the examination, it
indicates what kind of shape effects can be obtained with respect to the wind
force coefficient, power spectral density of fluctuant wind force, response
displacement and response acceleration, by changing a part of the plan and
elevation shapes of the building.
Circular prism and triangular prism are more effective to wind-induced
responses(across-wind, along-wind, torsional-wind) than rectangular prism.
Wind-induced responses on the across-wind and torsional-wind increased
according as side-ratio grows, but wind-induced responses on the along-wind
decreased according as side-ratio grows.
The wind-indused responses reduces as extent of the corner
modifications(cutting type, recession type, roundness type) increases. Among the
three coner modifications, the recession type is the most effective to aeroelastic
instability for a rectangular prism. A modification of windward corners is very
effective to reduce a wind-induced responses through changing the
characteristics of separated shear layers to promote their reattachment and
narrow the width of wake.
In case design tall buildings, designers are expected to grasp shape that can
minimize response by wind by aerodynamic methods.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문...3
- 1. 국문요약문...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문...4
- 1. 국문요약문...4
- 2. 영문요약문...5
- Ⅲ. 연구내용...6
- 1. 서론...6
- 2. 연구방법 및 이론...6
- 2.1 모형의 설계...6
- 2.2 실험장치...8
- 2.3 자연풍의 모의...9
- 2.4 측정방법...10
- 3. 결과 및 고찰...11
- 3.1 풍력계수 특성...11
- 3.1.1 단면형태 변화...11
- 3.1.2 종횡비 변화...11
- 3.1.3 모서리형태 변화...11
- 3.2 모멘트 파워스펙트럼밀도 특성...13
- 3.2.1 단면형태 변화...13
- 3.2.2 종횡비 변화...14
- 3.2.3 모서리형태 변화...15
- 3.3 변동변위응답 특성...17
- 3.3.1 단면형태 변화...17
- 3.3.2 종횡비 변화...18
- 3.3.3 모서리형태 변화...19
- 4. 결론...21
- 4.1 단면형태에 따른 특성에 대한 결론...21
- 4.2 종횡비 변화에 따른 특성에 대한 결론...22
- 4.3 모서리형태에 따른 특성에 대한 결론...22
- 5. 인용문헌...22
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