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풍하중 저감을 위한 공기역학적 형상변화와 성능기반내풍설계
김민규,하미드레자,이한솔,강현구 한국풍공학회 2024 한국풍공학회지 Vol.28 No.1
본 연구에서는 공기역학적 형상변화의 풍하중 저감 측면에서의 효율성을 평가하기 위해 평면의 모서리 부분이 개선된 고층 건물에 대해 사례연구 기반의 비탄성 내풍설계를 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 통해 다양한 설계풍속 및 항복 후 강성에 대한 구조물의 응답을 산정하였으며, 최근 국내 설계기준(KDS 41)에 도입된 성능기반내풍설계 개념을 토대로 구조물의 성능을 평가하였다. 해석 결과 공기역학적 형상변화를 갖는 구조물의 경우나 성능기반내풍설계를 적용했을 경우(또는 모두에 해당할 경우) 공진성분을 줄여 구조물의 응답이 크게 감소함을 확인하였다. In order to assess the effectiveness of aerodynamic treatments in mitigating wind load, this study used case study-based inelastic wind design on high-rise buildings with aerodynamically enhanced plane corners. The response of the structures to different design wind speeds and post yield stiffness were calculated through nonlinear time history analysis, and the structural performance was evaluated using performance-based wind design (PBWD) concept in the Korean design standard (KDS 41). The analysis revealed that when the resonance component can be lowered in the case of a structure with aerodynamic treatments and/or with the application of PBWD, the structural response dramatically decreased.
KBC 2016 풍하중의 산정법 이해 및 고층건물에서의 적용
강현구,정승용,하미드레자 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.2
이 연구에서는 KBC 2016 풍하중의 산정 배경을 구체적으로 설명하고, 콘크리트 이중골조 고층건물에서의 풍하중과 지진하중을 비교하였다. 풍하중은 평균성분, 비공진성분, 공진성분으로 구성되며, 건물이 고층화될수록 공진성분이 우세해진다. 구조물의 형 상비가 3보다 큰 경우 풍직각방향 및 비틀림 하중을 고려하며, 풍방향하중과 설계지진하중보다 풍직각방향 풍하중이 지배적이게 된다. In this study, a detailed background of wind load determination according to KBC 2016 and its application to high-rise concrete buildings with dual system are presented. The wind load consists of mean, background, and resonant components. As a building becomes higher, the resonant component dominates the wind load. When the aspect ratio exceeds 3, across-wind and torsional wind loads are considered. The across-wind loads to buildings with aspect ratio exceeding 3 become larger than along-wind loads and seismic loads.
강현구,정승용,하미드레자 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.3
이 연구에서는 국내 설계기준인 KBC 2016, 미국 기준 ASCE 7-16, 국제 표준 ISO 4354:2012의 풍직각방향 및 비틀림 풍하중을 비교 분석하였다. 고층건물 설계를 위한 상세 산정식과 그 적용 기준, 풍하중 하중조합 등을 비교하였다. KBC는 ISO와 유사한 유도과정을 가지지만, 풍직각방향 풍하중 산정 시 사용된 풍동실험 데이터의 차이로 인해, 변장비가 큰 경우 와류 재부착에 의한 파워스펙트럼의 2차 피크를 ISO가 약간 크게 산정하고 구조물과의 공진으로 인해 ISO가 하중을 60% 정도 크게 산정한다. KBC와 ISO의 고층건물에서의 비틀림 풍하중은 동일하다. ASCE는 고층건물을 위한 상세식을 제시하지 않지만, 중저층 건물에서는 풍방향 하중에 비례하는 하중조합 형태로 반영한다. KBC와 ISO에서도 ASCE 처럼 중저층 건물에서 편심에 의한 비틀림 풍하중을 반영할 필요가 있다. In this study, across- and torsional-wind loads of KBC 2016, ASCE 7-16, and ISO 4354:2012 are compared. The detailed calculation procedures for high-rise building and its application criteria, and load combinations are compared. KBC and ISO have similar procedures, but the 2nd peak of power spectral density by ISO is larger than that by KBC due to the difference of use of experimental results. It results in large differences of the loads due to the resonant. The torsional-wind loads of ISO and KBC are identical. ASCE does not provide detailed formula of across- and torsional-wind loads for high-rise buildings, but they are included in the load combinations for low-to-mid-rise buildings with the forms proportional to the along-wind load. In KBC and ISO, it is also necessary to adopt the torsional wind load in low-to-mid-rise buildings caused by the eccentricity, as in ASCE.