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진동
Basic Theory
건축물 외부의 동하중의 종류
등록일: 2014-08-29 | 조회수 : 7833

건축물 외부에서 작용하는 동하중으로는 지진하중, 바람에 의한 풍하중, 교통하중 등이 있다. 이들 하중의 진동주하수는 풍하중 (0.01~1Hz), 지진하중(1~2Hz), 교통하중(1~5Hz)순으로 저주파의 특성을 갖는다.

이 중에서도 풍하중 및 지진하중은 건축물의 초고층 추세에서 건축물의 안전에 매우 심각한 영향을 끼칠 수 있으며, 언제 발생할지 예측하기가 곤란하다는 이유 등으로 인하여 적절한 건축물의 진동저감에 큰 어려움을 준다. 특히, 초고층 건축물은 자체의 고유 진동수가 낮아지게 되고, 강구조의 재료시공으로 인하여 낮은 내부 감쇠특성을 갖게 된다. 이는 지진이나 풍하중과 같은 낮은 진동수의 외부 동하중이 작용하게 될 경우에는 건축물에서 심각한 진동현상(공진)을 발생시킬 수 있음을 시사한다. 참고로 초고층 건축물의 기본 고유 진동수(f=46/h)로 간략히 추정할 수 있다.

여기서 h는 건축물의 높이[m]를 의미한다. 식에 의해 건축물이 높아질수록 고유진동수가 낮아진다는 것을 쉽게 파악할 수 있다.

특히, 바람에 의한 건축물의 피해는 대부분 강풍에 의해서 발생되며, 설계과정에서 풍하중을 고려하는 이유는 강풍에 의한 피해를 방지하거나 최소화시키기 위함이다. 지금까지 건출물의 내풍설계는 대부분 과거의 최대급에 해당되는 폭풍에서 최대 순간풍속을 기준으로 하였다. 즉, 풍하중은 최대 순간풍속의 속도압력에 풍력계수라고 부르는 저항계수를 곱할 값으로 정의되며, 건축 구조물의 골조 응력이 허용 응력을 초과하지 않도록 설계과정에서 고려하는 것이 최선이었다. 하지만, 근래의 초고층 건축물이나 관광타워 등에 있어서는 기존의 내풍설계만으로는 안심할 수 없는 실정에 이르렀다고 판단된다.

국내에서 발생되는 강풍은 태풍, 계절풍 및 전선풍 등으로 구분되며, 이 외에도 불명확한 원인으로 인하여 국지적으로 발생하는 국지적 강풍, 규모와 성질이 밝혀지지 않은 선풍등이 있다. 이 중에서 여름철에 우리나라를 빈번히 침입하는 태풍은 막대한 피해를 유발하는 경우가 많다. 태풍을 북태평양 서부에서 발생하는 열대성 저기압 중에서도 중심 부근의 최대 풍속이 17m/sec 이상의 강한 폭풍우를 동반하고 있는 것으로 정의된다. 참고로 2002년 여름 국내에 심각한 피해를 주었던 태풍 루사의 중심부 최고풍속은 약 56.7m/sec였다.

(출처 : 생활 속의 소음진동)

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