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이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),이시영 ( S. Y. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
우리나라의 온실면적은 약 2011년 약 52,000ha로써 1990년대 후반까지 급격히 증가하였으나 2000년 이후 거의 정체상태를 보이고 있으며, 이 중 단동 플라스틱 필름온실이 전체 면적의 약 86%인 41,879ha에 이르고 있다(2011, 농식품부). 그러나 1990년대에 원예시설 설치면적이 급속도록 증가하면서 원예시설 분야에 많은 연구와 기술개발이 이루어졌지만, 대부분의 연구가 원예 작물의 재배생리, 재배시스템 등에 관한 것으로 원예시설의 구조나 환경에 관한 공학적 연구는 미흡한 실정이다. 원예시설의 구조 안전기준(1995, 한국농어촌진흥공사), 온실구조 설계기준 및 해설(1999, 농림부), 건축구조 설계기준 및 해설(2009, 국토해양부) 등이 제정 되었지만, 매년 기상재해로 온실이 붕괴되는 피해를 겪고 있다. 그리고 농식품 수출 100억달러 목표를 달성하기 위해서는 이상기후에 대응하고 자연재해 피해를 최소화하여 지속적인 성장 또는 유지할 수 있도록 적합한 생산단지의 조성이 필요한 것으로 분석되어(2009, 한국농촌경제연구원&농어촌 연구원), 최근에는 간척지 내 규모화, 단지화된 원예시설단지로 개발하기 위하여 환경친화적 입지선정, 작목선정, 적정규모, 재배유형 등에 관한 연구는 활발히 진행되고 있다(2007, 농림부; 2009, 농어촌연구원 등). 현재 화옹지구 간척지에 유리온실 10ha를 시공하였으며, 2017년까지 30ha로 확대 추진(새만금 등 대규모 농업단지 조성사업과 연계)하여 대단위 온실단지를 조성할 계획이나 간척지에 온실단지를 조성할 경우, 일반 농경지와 달리 상대적으로 연약지반이고 해안에 접해있기 때문에 원예시설의 구조변형(침하) 및 강풍에 노출될 위험성이 높아 간척지 특성을 고려한 온실의 시공방법, 유지관리, 보수ㆍ보강 및 구조변형에 대한 지침 및 설계기준이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 온실설계기준을 정립하여 간척지 등에도 적용할 수 있는 온실 구조설계기준을 체계화하기 위한 목적으로 국내외 온실 설계와 관련된 기준중 적설하중과 풍하중에 대한 고찰을 수행하였다.
이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),이시영 ( S. Y. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
원예특작시설은 구조물의 자중이 적은 경량뼈대구조로 구성되어 있어 기상재해에 취약한 실정이다. 원예시설 면적 중 자연재해에 취약한 비닐하우스가 전체 시설의 98.8%를 차지하고 있고, 인삼재배시설 또한 대부분 목재시설로 되어 있어 강풍이나 폭설에 매우 취약하여 기상재해로 인한 원예특작시설의 피해가 매년 반복적으로 발행하고 있다. 이러한 재해경감대책의 일환으로 2007년 4월에 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’을 1차 농림부 고시하여 원예특작시설 내재해형 모델을 보급하고 있으며, 현재는 농림수산식품부 고시 제2010-128호(2010.12.7.)로 4차 개정한 상태이다. 내재해형 규격시설은 지역별 내재해 설계하중 기준인 지역별 재현기간 30년에 해당하는 설계적설심과 설계풍속 이상으로 설계된 시설에 한하여 인정하고 있다. 단, 지역별 내재해 설계하중 기준의 최고값(적설심 40cm, 풍속 40m/s)을 상회하는 지역의 경우 관계전문기관(기술사)의 구조해석을 거쳐 지역별 내재해 설계하중기준에 맞게 시설을 설치한 것을 입증하는 경우에만 내재해형 규격으로 인정하고 있다. 현재, 농림수산식품부 고시 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’의 지역별 내재해형 규격 설계용 기준풍속은 5m/s 간격으로 나타내어져 있어 등급구간별 하중의 격차가 심하고, 설계풍속이 제시된 지역이 설계적설심을 제시한 지역과도 동일하지 않은 실정이다. 그리고, 기준에 표시되지 않은 시ㆍ군의 경우 인접 시ㆍ군의 풍속 평균값을 적용하도록 되어 있어 활용도가 떨어지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선함과 동시에 최근 기상자료가 반영된 지역별 내재해형 설계하중(적설심 및 풍속)을 산정하여 ‘원예특작시설 내재해형 설계하중기준’을 수정할 수 있는 정책자료를 제공하고자 본 연구를 수행하였다. 최근 기상자료를 포함하여 본 연구에서 분석한 원예특작시설 내재해형 설계하중과 기존 원예특작시설 내재해형 설계하중(2010. 12. 7고시)의 중앙값(예, 20~25범위 중앙값 22.5), 건축구조기준(KBC 2009), 강풍 및 대설 위험도 산정 기법개발(소방방재청, 2009) 및 이상기후에 대비한 시설기준(국토해양부, 2010)에 제시된 설계풍속을 비교하였다. 기존 원예특시설 내재해형 설계풍속이 본연구에서 도출된 내재해형 설계풍속보다 2.0m/s이상 과소평가된 지역은 경기도 고양시을 포함한 61개 지역이며, ±2.0m/미만인 지역은 강원도 동해시를 비롯한 61개지역, 2.0m/s이상 과대평가된 지역은 강원도 강릉시를 포함하여 41개 지역인 것으로 나타났다. 경기도 고양시, 강원도 고성군 및 정선군, 경북울릉군은 10m/s이상 과소평가된 지역으로 기존의 내재해형 설계풍속으로 설계할 경우에는 구조적인 안전에 문제가 있을 것으로 판단이 되며, 강원 삼척, 충북 보은, 경북 봉화, 전남 순천 및 광양지역은 9m/s이상 과대평가되어 본 연구에서 도출된 설계풍속으로 원예특작시설을 설치할 경우 상당한 금액의 시공비를 절감할 수 있을 것으로 판단된다.
이종원(J. W. Lee),류봉조(B. J. Ryu),이규섭(G. S. Lee),송오섭(O. S. Song),이영림(Y. L. Lee) 대한기계학회 2003 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2003 No.4
This paper deals with the linear dynamic response of an elastically restrained beam under a moving<br/> mass, where the elastic support was modelled by translational springs of variable stiffness. Governing<br/> equations of motion taking into account of all inertia effects of the moving mass were derived by<br/> Galerkin's mode summation method, and Runge-Kutta integration method was applied to solve the<br/> differential equations. The effects of the speed, the magnitude of the moving mass, stiffness and the<br/> position of the support springs on the response of the beam have been studied. A variety of numerical<br/> results allows us to draw important conclusions for structural design purposes.
에너지 절감과 생산성 향상을 위한 신개념 온실 설계를 위한 기초연구
이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
2010년말 기준으로 국내 온실면적은 53,136ha로 단동비닐하우스가 88.6%, 연동플라스틱온실이 10.1%, 유리온실이 0.7%를 차지하고 있으며, 전체 시설면적 중 연동온실이 10.8%에 불과하여 경쟁력 있는 시설작물 생산을 위해서는 자동화 및 복합환경제어시스템 등을 갖춘 첨단온실의 비율 증가 등 시설구조 변화가 절실하다. 국내 온실은 1992년부터 시작된 정부의 시설원예 현대화 지원사업의 일환으로 국내 유리온실 표준설계도가 1997년에 작성되어 지금까지 시행되어져 왔으며, 2001년 농가보급형 자동화하우스(1-2W형) 표준설계서가 작성된 후 수정ㆍ보완되어 2010년에는 원예ㆍ특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서에 자동화비닐하우스 3종이 보급되고 있다. ’97년에 작성된 한국형 유리온실 표준설계도의 온실 측고는 4.0~4.3m로 최근 환경조절성능이 우수하고 생산성이 뛰어난 것으로 평가받은 온실의 측고는 5.0~6.0m 이다. 그리고 국내에서 개발된 자동화비닐하우스(1-2W형)는 경제성이 우수하나 측고가 2.7m에 불구하며, 이중구조, 권취식 환기창 등 구조가 복잡하여 시공성, 작업성, 유지관리 측면에서 보완ㆍ개선되어야 한다. 농촌진흥청의 연구자료(농업경영정보 08-10, 화란의 시설원예 경영분석)에 따르면 ’06년 화란의 시설채소 10a당 소득은 한국의 비닐하우스에 비해 낮으나, 한국의 유리온실에 비해서는 높은 것으로 나타났으며, 조수입은 화란, 한국 유리온실, 한국 비닐하우스 순으로 높고 경영비는 비닐하우스가 유리온실의 1/4~1/2 수준으로 낮은 것으로 나타났다. 그러나 국내 과채류 생산성은 화란과 비교하여 1/2~1/10 수준으로 단위면적(m2)당 생산량은 파프리카는 화란 30kg, 국내 19kg이며, 토마토는 화란 60kg, 국내 10kg로 많은 차이가 나고 있으며, 국내 유리온실(측고 3.8m)과 1-2W형 플라스틱온실(측고 2.5m)의 파프리카 단위면적당 생산량은 14.1kg, 7.8kg으로 유리온실의 생산성이 80% 높은 것으로 조사되었다. 국내 연동온실의 80%이상이 사용연수 15년 이상된 것으로 시설 노후화로 생산성이 떨어짐과 동시에 최적환경제어를 위한 투자가 어려운 실정이며, 최근에는 유리온실의 생산성과 비닐하우스의 경제성의 장점을 갖춘 신개념 온실이 전국적으로 36.9ha, 건축비 400억원 규모로 빠르게 보급되고 있으나, 신개념온실에 대한 표준설계도가 없어 지역별로 온실의 성능 및 시공가격에 차이가 많고, 재해발생시 피해보상기준 산정도 곤란한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 신개념 온실의 규격 및 내부 설비 표준화를 위하여 유리온실를 제외한 연동비닐하우스중 1-2W형을 제외한 연동비닐하우스를 대상으로 현장조사를 수행하였다. 조사대상은 각 도청을 방문하여 신개념 온실이 있는 지역을 추천받아 각 군청과 농업기술센터의 협조를 구하여 결정하였으며, 조사대상지역은 전남(장흥군외 5개 시군), 전북(장수군, 정읍시), 경남(합천군, 창원시), 경북(청송군, 경주시), 울산광역시 및 강원(철원군외 3개 군) 총 16시군이다.