방풍의 효과

방풍헨스 와 저층건물 풍압효과 창호공사 2006/10/31 11:11 http://blog.naver.com/sun12sun/60030305797

방풍휀스와 저층건물 풍압효과
작성자 :	작성일 : 2006-10-16     조회수 : 15
방풍휀스와 저층건물 풍압효과 김영문 / 유장열 / 고낙호 / 유기표 머릿글 고층건물의 경우 바람에 의해 진동이 발생하게 되는데 이러한 진동을 감소 시키기 위한 설치 방법들이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 저층건물의 피해를 줄이기 위한 바람의 접근을 최소화 할 수 있는 연구가 아직은 미비한 상황이다. 이를위해 방풍휀스를 저층 건물의 풍압 저감효과에 적용해 보고자 한다. 방풍휀스에 대한 연구는 방풍휀스의 다공률 변화에 따른 방풍휀스 후면의 기류 상태에 대한 많은 연구가 이뤄지고 있다. 다공률이 30% 이상이 되었을 때 방풍벽 후면에서 발생하는 회전와류 현상이 사라지는 것을 연구 결과를 통해 알 수 있으며 국내에서도 다양한 연구를 통해 방풍펜스의 높이, 다공률, 휀스 간격에 따른 삼각형 야적장에 대한 풍압 실험을 실시 했다. 연구 결과에 의하면 다공률이 30~40%일 때가 방풍휀스의 최적 방풍효과가 발휘 된다는 것을 알아냈다. 본 연구에서는 3개의 방풍휀스 형태, 즉 그물망형태, 원형과 막대기형, 수직과 수평형 방풍휀스에 따른 저층건물의 풍압분포 특성을 알아보고자 한다. 특히 이들 방풍휀스 결과를 이용하면 저층건물의 외장재 파괴 방지를 위한 방풍휀스의 거리와 다공률을 실무에 적용 할 수 있을 것으로 판단된다. 풍동실험 풍동실험은 측정부 1.5m(폭)×1.2m(높이)×12m(길이)의 개방형 풍동장치에서 이뤄졌다. 다공률의 형태, 방풍휀스의 크기와 다공률의 변화에 대해서는 표 1에 나와있다. 방풍벽에 대한 종횡비는 4이고 형상비는 기하학적 형상을 갖게 했다. 형상비가 기준치 보다 작은 적은면 얇은 휀스로 간주 할 수 있다는 해외 논문을 토대로 본 형상비는 충분히 작다고 할 수 있겠다. 방풍휀스와 풍압 모형은 1/40 모형 스케일을 사용 했으며 풍압 모형은 실제 3층 저층건물을 대상으로 했다. 방풍휀스의 설치에 따른 저층건물의 풍압 분포 효과를 알아보기 위해 방풍휀스 모형에서 가장 가까운 1H에서부터 가장 먼 6H 까지 이동해 설치했다. 방풍휀스의 설치 위치인 H는 방풍펜스 높이 H를 기준으로 했다. 아크릴에 구멍을 뚫어 만든 그물망 형태의 원형 방풍휀스는 2가지 다공률인 20%, 40%에 대해 실험을 실시했다. 울타리 형태의 막대기를 이용한 막대 형태인 수직, 수평의 방풍휀스는 3가지 다공률 20%, 40%, 60%에 대해서 실험을 실시했다. 원형 방풍휀스에서 다공율 60%을 제작하는데 한계가 있어 40% 까지만 제작해 실험을 실시했다. 실험에 적용 된 방풍휀스의 사진은 사진1과 같다. 휀스가 없거나 다공율이 0%인 경우 평균풍압계수의 경우 저층건물 하부에서는 설치 거리 1H~6H까지는 부압 분포를 하지만 상부는 설치 거리가 1H에서 정압이 20% 정도 증가하고 있으며 방풍휀스의 설치 거리가 4H 이상부터는 80% 정도의 평균 풍압계수의 감소를 보여주고 있다. 순간 최대정압계수와 최대 부압계수 분포에서도 설치 거리와 저층 건물 위치에 따라 다르게 나타나고 있다. 순간 최대 정압 계수에서는 방풍휀스 설치 거리가 1H 일 때 하부 부압분포가 나타나고 있지만 상부에서는 노 휀스 일때를 기준으로 해 증가된 정압 분포가 나타나고 있다. 휀스의 설치 거리가 증가 할수록 하부의 부압 분포는 노펜스를 기준으로 해 감소하던 정압 분포가 6H에서는 다시 증가는 하고 있었다. 순간 최대부압계수의 경우는 설치 거리 1H 하부에서 부합분포와 상부 정압 분포는 순간 최대 정압계수와 동일하게 나타나고 있다. 그러나 설치거리가 4H, 6H로 증가 할수록 상부는 계수값이 증가를 하고 있었다. 방풍휀스의 다공률이 0%일 경우에는 휀스 뒷면에서 생기는 영향으로 저층건물 하부에서는 부압 분포가 나타나고 있는 것으로 판단된다. 다공률이 0%이 방풍휀스의 경우는 측정 거리와 관계없이 전체적으로 저층건물에 불리하게 나타나고 있다. 특히 설치 거리가 1H일 경우보다는 설치 거리가 먼 4H 이상 부근에서 불리하게 나타나고 있다. 평균풍압계수 분포 다공율이 20%인 원형 방풍휀스는 평균풍압계수와 최대 정압계수에서 유리하게 나타나고 있다. 방풍휀스 설치에 따른 평균풍압계수의 감소율운 원형＞수직=수평 방풍휀스 순으로 나타났다. 하부는 부압 계수가 나타나고 있었지만 상부는 정압계수분포를 하고 있는 것을 알수 있었다. 풍압계수의 크기는 노휀스와 다공률 0%와 비교해 감소 하고 있었다. 설치 거리별 영향에서는 1H에서는 원형 방풍휀스의 경우가 가장 유리하게 나타나고 있다. 그러나 4H~6H에서는 방풍휀스의 종류별 차이는 없었다. 다공율이 40%, 60% 증가하면서 저층건물의 상부에서의 풍압 계수는 큰 변화 없이 노휀스 일대와 동일한 풍압 분포를 하고 있었다. 그러나 다공율 0%의 다공율 20%에서 나타나고 있던 하부의 부압 계수와 비교하여 최대 75% 정도 감소하고 있음을 알 수 있었다. 이는 다공율의 증가로 방풍휀스의 휀스 사이로 많은 바람이 통과 하면서 후면에서 발생하던 것이 감소 하면서 저층 건축물의 상부보다는 하부에 많은 영향을 주고 있는 것으로 판단된다. 순간 최대정압계수의 최대부압계수 분포 다공율이 20%일 때 순간 최대정압계수는 원형 방풍휀스가 수평/수직 방풍휀스와 비교해서 유리하게 나타나고 있다. 순간 최대부압계수의 경우에는 수평/수직 방풍휀스가 원형 방풍휀스보다 유리하게 나타나고 있었다. 다공율이 증가하게 되면 방풍휀스의 형태별 특징에서 순간 최대정압계수는 상부에서보다 하부에서 유리하게 나타났다. 방풍휀스가 설치되지 않은 저층건물을 기준으로 해 원형 방풍휀스에서 최대 77% 정도가 수평/수직 방풍휀스에 대해 최대 55%정도 유리하게 나타나고 있다. 그러나 하부는 방풍휀스의 형태에 따라 방풍휀스 사이로 흘러가는 기류의 원인으로 인해 원형 방풍펜스의 경우보다 수평/수직 방풍휀스에서 다공율 60% 까지 증가 할수록 최대 70% 까지 풍압계수의 감소를 가져오고 있다. 맺음글 다양한 방풍휀스의 형태에 따른 저층건물의 풍압특성 분포에 따른 결론은 다음 과 같다. 방풍휀스를 설치 하므로 저층 건물의 풍압계수는 방풍휀스 설치 높이와 거리에 따라 증감 하는 것을 알 수 있었다. 평균풍압계수의 경우는 원형 방풍휀스가 수직/수평 방풍휀스와 비교하여 유리하게 나타났고 하부보다는 상부에 많은 풍압감소 효과가 있었다. 순간 최대정압계수는 원형 방풍휀스가 수평/수직방 풍휀스에 비해 유리하게 나타나고 있으나 순간 최소부압계수의 경우 수평/수직 방풍휀스가 원형 방풍휀스보다 유리하게 나타나고 있다. 다공율이 증가 하게되면 방풍휀스의 형태별 특징에서 순간 최대부압계수보다는 하부보다는 상부에서 유리하게 나타났다. 설치 거리별 특징에서는 수직/수평 방풍휀스는 1H보다 4H이상에서 유리하게 나타나고 있음을 알 수 있었다.