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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 하영철
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 금오공과대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수184
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내풍설계를 위한 건축물의 풍하중은 그 용도에 따라 예측하는 방법이 다르다. 특히 비정형적인 건축물의 경우 풍동실험에 의해 건축물에 작용하는 풍하중을 예측하고 있다. 건축물에 작용하는 풍하중은 크게 구조골조설계용 풍하중과 외장재설계용 풍하중으로 나눌 수 있다. 풍동실험에 의한 구조골조설계용 풍하중은 풍력실험과 공력진동실험을 이용하여 평가할 수 있고 외장재설계용 풍하중은 풍압실험을 이용하여 평가할 수 있다. 각각의 풍동실험 방법에 따라 필요한 실험방법이 다르기 때문에 구조골조용 및 외장재용의 풍하중을 동시에 평가하기 위해서는 시간적?경제적 여유가 필요하다.
그러나 풍압적분법을 활용할 경우 구조골조설계용 풍하중도 평가할 수 있다. 풍압적분법이란 풍압실험에 의해 얻어진 국부 풍압에 수압면적을 곱하여 이를 건축물 전체에 대해 적분함으로써 풍력데이터로 변환하는 기법이다.
본 연구에서는 풍압실험에 의한 국부 풍압력 데이터를 풍압적분법을 활용하여 구조물의 각 층과 전체에 가해지는 풍력데이터로 변환하였다. 구조물의 풍응답 평가 시에는 풍압적분법의 유효성을 검증하기 위해 풍력실험과 비교하였다. 특히 단자유도 해석 시 두 결과간의 경향이 유사하다면 풍압적분법을 이용한 구조골조 설계용 풍응답 평가는 유효하다고 판단하였다. 풍응답 해석방법으로 단자유도는 스펙트럼모드해석법(Spectral modal analysis)을 적용하였고, 다자유도는 Newmark’s beta method를 응용하였으며, 다자유도 해석 시 편의를 위해 구조물의 동적 축소 방법을 적용하였다.
연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
(1) 풍압적분법을 활용하여 단자유도 해석에 의해 수행한 풍응답 평가 결과는 풍력실험에 의한 결과와 매우 유사한 경향을 나타내었다. 이를 통해 풍압적분법은 구조골조설계용 풍하중을 평가하기 위한 유효한 수단임을 알 수 있었다.
(2) 구조물의 동적축소기법을 활용하여 생성한 축소된 자유도의 동적특성치는 축소되기 전의 자유도에 대한 동적특성치와 잘 일치하였다. 이를 통해 실제 구조물의 자유도 축소에 활용할 수 있음을 알 수 있었다.
(3) 풍압적분법을 통해 생성된 층별 풍력데이터는 풍방향과 풍직각방향에 대한 특성을 잘 나타내었다. 풍응답 해석 결과를 풍력실험에 의한 결과와 비교하였을 때, 풍압적분법을 적용한 해석 결과가 풍력실험에 의한 해석결과 보다 다소 작게 나타났다. 이는 1차 모드에 의한 해석이 다소 보수적으로 평가되는 점을 감안할 때 유효하다고 판단할 수 있다.
본 연구의 결과로부터 풍압실험만으로도 모든 용도의 풍하중을 유효하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.
그러나 풍압적분법을 활용할 경우 구조골조설계용 풍하중도 평가할 수 있다. 풍압적분법이란 풍압실험에 의해 얻어진 국부 풍압에 수압면적을 곱하여 이를 건축물 전체에 대해 적분함으로써 풍력데이터로 변환하는 기법이다.
본 연구에서는 풍압실험에 의한 국부 풍압력 데이터를 풍압적분법을 활용하여 구조물의 각 층과 전체에 가해지는 풍력데이터로 변환하였다. 구조물의 풍응답 평가 시에는 풍압적분법의 유효성을 검증하기 위해 풍력실험과 비교하였다. 특히 단자유도 해석 시 두 결과간의 경향이 유사하다면 풍압적분법을 이용한 구조골조 설계용 풍응답 평가는 유효하다고 판단하였다. 풍응답 해석방법으로 단자유도는 스펙트럼모드해석법(Spectral modal analysis)을 적용하였고, 다자유도는 Newmark’s beta method를 응용하였으며, 다자유도 해석 시 편의를 위해 구조물의 동적 축소 방법을 적용하였다.
연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
(1) 풍압적분법을 활용하여 단자유도 해석에 의해 수행한 풍응답 평가 결과는 풍력실험에 의한 결과와 매우 유사한 경향을 나타내었다. 이를 통해 풍압적분법은 구조골조설계용 풍하중을 평가하기 위한 유효한 수단임을 알 수 있었다.
(2) 구조물의 동적축소기법을 활용하여 생성한 축소된 자유도의 동적특성치는 축소되기 전의 자유도에 대한 동적특성치와 잘 일치하였다. 이를 통해 실제 구조물의 자유도 축소에 활용할 수 있음을 알 수 있었다.
(3) 풍압적분법을 통해 생성된 층별 풍력데이터는 풍방향과 풍직각방향에 대한 특성을 잘 나타내었다. 풍응답 해석 결과를 풍력실험에 의한 결과와 비교하였을 때, 풍압적분법을 적용한 해석 결과가 풍력실험에 의한 해석결과 보다 다소 작게 나타났다. 이는 1차 모드에 의한 해석이 다소 보수적으로 평가되는 점을 감안할 때 유효하다고 판단할 수 있다.
본 연구의 결과로부터 풍압실험만으로도 모든 용도의 풍하중을 유효하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경 11.2 연구 대상 및 목적 21.3 연구의 동향 31.4 연구의 내용 및 방법 41.4.1 풍압적분법을 활용한 풍력데이터의 생성 51.4.2 풍압적분법을 활용한 구조물의 단자유도 해석 51.4.3 풍압적분법을 활용한 구조물의 다자유도 해석 51.5 연구의 구성 5제 2 장 이론적 배경 72.1 풍압적분법의 활용방법 72.1.1 층별 풍력데이터의 산출 방법 72.1.2 풍력계수 및 전도모멘트계수의 산출 82.2 단자유도 해석 92.2.1 풍방향 응답평가 방법 92.2.2 풍직각방향 응답평가 방법 172.3 다자유도 해석 242.3.1 구조물의 자유도 축소 242.3.2 감쇠의 가정 272.3.3 Newmark''s beta method 272.3.4 공진변위의 산정방법 28제 3 장 풍동실험 303.1 풍동실험장치의 제원 303.2 상사조건 323.3 풍동기류의 작성 343.4 실험모형 373.5 데이터 측정방법 373.5.1 풍력실험 373.5.2 풍압실험 39제 4 장 단자유도 해석을 위한 풍압적분법의 활용 414.1 형상비에 따른 풍압적분법의 유효성 검증 414.1.1 대상건축물 제원 및 실험조건 414.1.2 풍력데이터의 비교 454.1.3 풍력계수와 전도모멘트계수의 비교 524.1.4 파워스펙트럼밀도의 비교 544.1.5 최상층 무차원 변위응답의 비교 564.1.6 밑면의 전단력과 전도모멘트 비교 584.2 풍향에 변화에 따른 풍압적분법의 유효성 검증 594.2.1 대상건축물 제원 및 실험조건 594.2.2 풍력계수와 전도모멘트계수의 비교 624.2.3 변동전도모멘트 파워스펙트럼밀도의 비교 674.2.4 무차원 변위 비교 694.2.5 밑면전단력 및 전도모멘트 비교 704.2.6 풍압적분법과 풍력실험에 의한 밑면전단력의 오차 검토 714.3 비정형구조물로의 1차모드 해석 734.3.1 대상건축물 제원 및 실험조건 734.3.2 구조물 전체에 가해지는 시간이력 풍력데이터의 비교 784.3.3 변동풍력의 파워스펙트럼밀도 비교 814.3.4 풍응답 및 풍하중 산출 결과 비교 824.4 소결 83제 5 장 다자유도 해석을 위한 풍압적분법의 활용 845.1 풍압적분법을 활용한 층별 풍력 특성 845.1.1 대상건축물 제원 및 실험조건 845.1.2 층별 시계열 풍력데이터 865.1.3 층별 풍력데이터의 파워스펙트럼밀도 925.2 다자유도 구조물의 시간이력 해석 935.2.1 대상건축물 제원 및 실험조건 935.2.2 동적축소모델이론에 의한 자유도의 간소화 965.2.3 Newmark''s beta method를 활용한 시간이력해석 985.3 소결 105제 6 장 결 론 107[참고 문헌] 109
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