풍하중에 의한 진동현상

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풍하중에 의한 진동현상

정답:

풍하중에 의해 발생할 수 있는 진동현상

1. 건축구조물에서 고려하는 바람에 의한 하중
   • 바람은 구조물에 3축방향으로 모두 영향을 준다. 그러나 건축물의 경우에는 바람이 부는 방향과 그 직각방향의 힘이 지배적이므로 주로 2축 방향의 힘을 고려하게 된다.
2. 풍하중에 의해 발생될 수 있는 진동현상
   1. 풍방향 진동
      • 낮은 풍속(22.3~26.8m/s)에서는 건물 측면에 동시에 와류가 발생하기 때문에 건물이 횡방향으로 진동할 우려는 없다. 따라서 낮은 풍속에서는 풍방향 진동의 영향을 받는다.
   2. 풍직각방향 진동
      • 높은 풍속에서 와류는 처음에 한쪽 면에서 발생하고 교대로 다른 쪽 면에서 발생한다. 이런 현상이 일어날 때 구조물은 풍방향뿐 아니라 풍직각방향으로 진동의 영향을 받게 된다. 이러한 현상을 Vortex sheadding 또는 Karman vortex street 이라 한다.
   3. 비틀림방향 진동(수직축)
      • 종횡비가 증가하는 경우 상층에서는 평균풍속이 크고 난류의 강도가 적은 기류가 건물에 부딪히고, 하층에서는 평균풍속이 적고 난류가 큰 기류가 부딪혀서 기류의 3차원성이 증가하게 된다. 즉, 고층건물의 경우 종횡비(높이/유효폭)가 클수록 후류의 와발생에 의해 변동풍속이 커지기 때문에 비틀림 성분이 증가하게 된다. 이러한 경우 비틀림 방향 진동이 지배적이게 된다.

와류진동

바람의 동적 특성이로 인해 바람이 작용하는 구조체에는 풍방향 진동을 비롯하여 풍직각방향진동, 비틀림진동이 발생한다. 풍직각방향 진동과 비틀림진동은 주로 와류진동에 의해 발생하게 된다. 와류는 구조체에 바람이 작용했을 때 공기의 흐름이 갈라지면서 구조물의 뒷면에 주기적으로 생성하고 소멸하는 회오리바람을 뜻하고 와류진동은 와류로 인하여 구조물에 발생하는 진동을 의미한다.

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