KR101324752B1 - 풍속고도분포계수 산정 방법 및 산정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍속고도분포계수 산정 방법 및 산정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법은, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역의 풍속고도분포계수를 산정하며, 상기 지표면 조도별로 해당 지표면 조도를 갖는 구역의 면적과 상기 영역의 전체 면적 간의 면적비율을 산출하는 단계; 상기 지표면 조도에 따라 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계; 그리고 상기 면적비율을 기반으로 상기 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여, 상기 풍속고도분포계수를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

풍속고도분포계수 산정 방법 및 산정 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALCULATING VELOCITY PRESSURE EXPOSURE COEFFICIENT}
본 발명은 풍속고도분포계수 산정 방법 및 산정 장치에 관한 것이다.
바람은 구조물에 도달하기 전까지 풍상측 지형지물의 영향에 의해 풍속이 급속히 변화하므로 그 예측이 어렵다. 그로 인해서 강풍으로 인한 피해가 매년 속출하고 있다.
바람은 주변지형에 의해 영향을 많이 받으며, 풍속이 주변 지형에 의해 빨라지는 경우, 건축물의 안전성에 큰 영향을 미치는 경우가 많다. 따라서, 주변 지형지물에 따른 풍속의 변화량을 풍속고도분포계수를 사용하여 건축물 설계에 반영하고, 보다 안전한 설계기준 및 하중기준이 제시될 것이 요구된다.
풍속고도분포계수 산정기준이 되는 지표면 조도와 상관관계가 높은 돌풍률(Gust Factor, 최대 순간풍속/평균풍속)을 분석함으로써 기상대 주변의 과거 지표면 조도를 결정하고, 평균풍속 값을 보정하는 방법 등 여러 가지 방법이 현재 사용되고 있다. 하지만, 실측자료에 근거한 평균 고도분포지수를 구하는 경우에는 건축구조기준에서 제시한 지표면조도구분에 따라 산정된 고도분포지수와는 실제적으로 상당한 차이가 있는 것이 사실이다.
건축물의 설계 시, 풍속고도분포계수의 산정기준이 되는 지표면 조도가 설계자의 주관적 판단에 따라 결정되는 경우가 많으며, 그로 인해 설계의 합리성과 구조물의 안전성이 문제가 되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 건축물 설계 시 풍속고도분포계수를 산정하기 위해 검토되는 영역이 다수의 지표면 조도를 갖는 경우, 해당 영역에 대해 객관적이고 신뢰성 높은 풍속고도분포계수를 산정할 수 있는 풍속고도분포계수 산정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, GIS(Geographic Information System)를 이용하여 영역의 지표면 조도를 정량적으로 분석할 수 있는 풍속고도분포계수 산정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법은, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 방법으로서, 상기 지표면 조도별로 해당 지표면 조도를 갖는 구역의 면적과 상기 영역의 전체 면적 간의 면적비율을 산출하는 단계; 상기 지표면 조도에 따라 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계; 그리고 상기 면적비율을 기반으로 상기 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여, 상기 풍속고도분포계수를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치는, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 장치로서, 상기 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 풍속고도분포계수를 산정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법은, 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역에 대해 보다 객관적이고 신뢰성 높은 풍속고도분포계수를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, GIS를 이용하여 영역의 지표면 조도를 정량적으로 분석할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍속고도분포계수 산정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍속고도분포계수를 산정할 경우 검토하는 영역의 형상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 6은 건폐율을 설명하기 위한 예시적인 평면도이다.
도 7은 용적율을 설명하기 위한 예시적인 평면도 및 측단면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 구역으로 분할된 영역을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치를 설명하는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치를 설명하는 블록도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
건축물의 설계 시, 바람에 의한 설계하중을 계산하기 위해 설계풍속을 산출한다. 이에 대해, 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하는 설계풍속은 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다:
Figure 112012068081033-pat00001
여기서, V0는 지역별 기본 풍속이며, Kzr은 풍속고도분포계수, Kzt는 지형의 효과를 고려하는 풍속지형계수, Iw는 건축물의 중요도계수이다.
풍속고도분포계수(Kzr)는 건축물의 건설지점의 지표면 조도와 그에 따른 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)를 고려하여 아래의 표 1과 같이 산정된다.
Figure 112012068081033-pat00002
또한, 대기경계층시작높이(Zb), 기준경도풍 높이(Zg) 및 풍속고도분포지수(α)는 지표면 조도에 따라 아래의 표 2와 같이 결정된다.
Figure 112012068081033-pat00003
따라서, 풍속고도분포계수를 산정하기 위해, 지표면 조도를 정확하게 결정하는 것이 매우 중요하다. 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하고 있는 지표면 조도는 건설지점 주변지역의 지표면 상태에 따라 아래의 표 3과 같이 분류된다.
Figure 112012068081033-pat00004
그러나, 표 3과 같이 건축구조기준(KBC) 2009에서 제시하는 지표면 조도 구분기준은 현실적으로 명확한 구분방법이 되지 못하는 경우가 많으며, 지표면상태별 예시 그림에 근거한 설계자의 주관적 판단이 개입될 가능성이 높다. 이는 건축물 설계의 안전성이나 경제성을 저해할 수 있다. 또한, 우리나라의 경우 국토의 면적이 좁아, 풍속고도분포계수의 산정 시 고려하는 일정 크기의 영역에 서로 다른 용도로 사용되는 용도지역이 설정되어 있는 경우가 많다. 결국 대부분의 영역은 둘 이상의 지표면 조도를 갖는 경우가 일반적이고, 이러한 경우 지표면 조도에 대한 판단은 더욱 부정확해 진다.
둘 이상의 지표면 조도가 혼합되어 있는 경우, 건축구조기준(KBC) 2009에서는 건설지점의 풍상측에 대하여 45°의 영역 중 건축물의 기준높이 H의 40배와 3㎞ 이내의 범위 중 작은 범위에 속하는 영역을 대상으로 지표면 조도를 다음과 같이 세 가지 경우로 나누어 판단하도록 하고 있다:
첫째, 영역 내 풍상측에 급격한 지표면조도의 변화가 없을 경우, 45° 범위내의 평균적인 지표면 상태를 그 풍향에 대한 지표면 조도로 한다.
둘째, 영역 내 풍상측이 평탄한 상태에서 거친 상태로 급변하는 경우, 급변하는 지점보다 풍상측에 위치한 평탄한 상태를 기준으로 지표면 조도를 선택한다. 일반적으로, 거친 상태의 영역보다 평탄한 상태의 영역이 보다 큰 풍하중을 가지며, 큰 풍하중에 견딜 수 있는 건축물을 설계하는 것이 보다 안전하기 때문이다.
셋째, 영역 내 풍상측이 거친 상태에서 평탄한 상태로 변하는 경우, 변화 후의 평탄한 상태를 기준으로 지표면 조도를 선택한다. 마찬가지로 풍하중에 따른 건축물의 안전성을 보장하기 위해서 평탄한 상태를 기준으로 지표면 조도를 선택하기 위함이다.
도 1은 일반적인 풍속고도분포계수 산정 방법(10)을 설명하는 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 풍속고도분포계수는 일반적으로, 설계자의 주관적인 판단에 따라 영역의 지표면 조도를 선택하는 단계(S11) 및 선택된 지표면 조도로 풍속고도분포계수를 산정하는 단계(S12)를 포함한다.
단계(S11)은 건설지점의 주변지역의 지표면 상태를 고려하여 설계자가 주관적인 판단에 의해 영역의 지표면 조도를 선택하는 단계이다.
단계(S12)은 선택된 지표면 조도를 기준으로 표 1 및 표 2를 통해 해당 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 단계이다.
하지만, 건설되는 건축물의 높이가 높아질수록 지표면 조도를 검토해야 하는 영역이 넓어지기 때문에, 해당 영역에 둘 이상의 지표면 조도가 혼합되는 경우가 보다 많이 발생하게 된다. 그 결과, 도 1을 참조로 설명된 풍속고도분포계수 산정 방법에 따르면, 풍속고도분포계수 산정기준이 되는 지표면 조도가 설계자의 주관적인 판단에 따라 결정되는 경우가 더욱 많아지며, 그로 인해 건축물 설계의 합리성및 안전성에 문제가 발생할 가능성이 커질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법을 설명하는 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법(20)은 다수의 지표면 조도를 갖는 영역의 풍속고도분포계수를 산정할 시, 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 해당 영역의 최종적인 풍속고도분포계수를 보다 신뢰성 있게 산정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법(20)은, 지표면 조도별로 해당 지표면 조도를 갖는 구역의 면적과 영역의 전체 면적 간의 면적비율을 산출하는 단계(S23), 상기 지표면 조도에 따라 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계(S24), 및 상기 면적비율을 기반으로 상기 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 최종적인 풍속고도분포계수를 산정하는 단계(S25)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 풍속고도분포계수 산정 방법(20)은, 상기 영역을 다수의 구역으로 분할하는 단계(S21), 및 상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정하는 단계(S22)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 영역은 건축물 설계 시 풍속고도분포계수를 산정하기 위해 고려하는 영역으로서, 상기 영역에는 다수의 지표면 조도가 포함될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영역은 부채꼴, 다각형 또는 원의 형상을 가질 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 풍속고도분포계수를 산정할 시 검토하는 영역의 형상을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 영역(31)이 부채꼴 형상을 갖는 경우, 부채꼴의 중심은 건축물(32)이 위치하는 건축지점이 될 수 있다. 상기 부채꼴의 중심각 θ는 45°일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 그보다 크거나 작은 각도로 설정될 수 있다. 상기 부채꼴의 반지름 d는 건축물의 기준높이 H의 40배와 3 ㎞ 이내의 범위 중 작은 값일 수 있다. 건축물(32)의 설계하중 계산 시 고려하는 바람은 상기 영역(31)을 거쳐 건축물(32)을 향하여 불어올 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 영역(31)은 다각형, 예를 들어 삼각형 형상을 가질 수 있다(도 4 참조). 상기 삼각형의 일 꼭지점은 건축물(32)이 위치하는 건축지점일 수 있으며, 건축지점에 위치한 꼭지점의 내각 θ는 45°일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 그보다 크거나 작은 각도로 설정될 수 있다. 건축지점에 위치한 꼭지점으로부터 다른 꼭지점까지의 거리 d는 건축물의 기준높이 H의 40배와 3 ㎞ 이내의 범위 중 작은 값일 수 있다. 마찬가지로, 건축물(32)의 설계하중 계산 시 고려하는 바람은 상기 영역(31)을 거쳐 건축물(32)을 향하여 불어올 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 영역(31)은 원의 형상을 가질 수 있다(도 5 참조). 상기 원의 원주 상에 건축물(32)이 위치할 수 있으며, 지름 d는 건축물의 기준높이 H의 40배와 3 ㎞ 이내의 범위 중 작은 값일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 영역(31)을 다수의 구역으로 분할하는 단계(S21)는, 상기 영역(31)을 용도지역별로 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용도지역은 도시지역, 관리지역, 농림지역 및 자연환경 보전지역을 포함할 수 있다. 상기 도시지역은 주거지역, 상업지역, 공업지역 및 녹지지역을 포함할 수 있다. 상기 주거지역은 제 1 종 전용주거지역, 제 2 종 전용주거지역, 제 1 종 일반주거지역, 제 2 종 일반주거지역, 제 3 종 일반주거지역 및 준주거지역을 포함할 수 있다. 상기 상업지역은 중심상업지역, 일반상업지역, 근린상업지역 및 유통상업지역을 포함할 수 있다. 상기 공업지역은 전용공업지역, 일반공업지역 및 준공업지역을 포함할 수 있다. 상기 녹지지역은 보전녹지지역, 생산녹지지역 및 자연녹지지역을 포함할 수 있다. 상기 관리지역은 보전관리지역, 생산관리지역 및 계획관리지역을 포함할 수 있다.
전술한 용도지역의 구분은 예시적인 것으로, 상기 용도지역은 해당 지역의 건폐율과 용적율을 고려하여 보다 다양하게 또는 단순하게 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정하는 단계(S22)는, 상기 용도지역의 건폐율 및 용적율 중 적어도 하나에 기초하여 지표면 조도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건폐율은 대지면적에 대한 건축면적의 비율로서, 건축밀도를 나타내는 지표 중 하나이다. 도 6을 참조하면, 상기 건폐율은 건물(62)의 면적을 대지(61)의 면적으로 나누고 100을 곱하여 산출된 값일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지표면 조도를 결정하는 단계(S22)는, 상기 용도지역의 용적율이 높을수록 높은 등급의 지표면 조도를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 용적율은 대지면적에 대한 건물의 연면적의 비율로서, 건축물에 의한 토지 이용도를 나타내는 척도로 사용된다. 상기 건물의 연면적은 건물의 지하 부분을 제외한 지상 부분의 면적의 합이다. 도 7을 참조하면, 상기 용적율은 건물(72)의 연면적, 예컨대 1층에서 6층까지 각 층의 면적을 합한 값을 대지(71)의 면적으로 나누고 100을 곱하여 산출된 값일 수 있다. 상기 용적율이 높을수록 해당 지역의 거칠기는 높아질 수 있으며, 그 결과 높은 등급의 지표면 조도가 할당될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 위에서 다양하게 구분된 용도지역들 중, 제 2 종 일반주거지역, 제 3 종 일반주거지역, 준주거지역 및 상업지역은 거칠기가 가장 높은 A 등급의 지표면 조도로 분류될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 종 전용주거지역, 제 2 종 전용주거지역, 제 1 종 일반주거지역, 공업지역 및 관리지역은 거칠기가 두 번째로 높은 B 등급의 지표면 조도로 분류될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 녹지지역은 거칠기가 세 번째로 높은 C 등급의 지표면 조도로 분류될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 농림지역 및 자연환경 보전지역은 거칠기가 네 번째로 높은 D 등급의 지표면 조도로 분류될 수 있다. 전술한 본 발명의 일 실시에에 따라 분류된 용도지역별 지표면 조도는 아래의 표 4와 같다.
Figure 112012068081033-pat00005
전술한 표 4에 따른 용도지역별 지표면 조도는 예시적인 분류이며, 실시예에 따라 용도지역의 건폐율 및 용적율 중 적어도 하나를 고려하여 상이하게 분류될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 구역으로 분할된 영역(31)을 나타내는 예시적인 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영역(31)은 용도지역별로 다수의 구역(311, ..., 317)으로 분할될 수 있으며, 각 구역은 건폐율 및 용적율 중 적어도 하나에 따라 지표면 조도가 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 영역(31)을 다수의 구역으로 분할하는 단계(S21)는, 상기 영역(31)을 건축물, 필지, 행정구역 또는 도로망별로 분할하는 단계를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다수의 구역으로 분할된 영역(41)을 나타내는 예시적인 도면이다. 도 9에서 상기 영역(41)은 도로망(43)별로 구획되었으며, 상기 도로망(43)을 경계로 다수의 구역(411, ..., 415)으로 분할된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 영역(31)을 다수의 구역으로 분할하는 단계(S21)는, 상기 영역을 격자망별로 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 영역(51)이 부채꼴 형상을 갖는 경우, 상기 영역(51)은 기설정된 각도마다 분할되어 다수의 구역(511, ..., 51n)으로 구성된 격자망을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부채꼴의 중심각은 45°일 수 있으며, 상기 기설정된 각도는 5°로 설정될 수 있으나, 위 각도들은 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정하는 단계(S22)는, 상기 구역 내 건축물의 평균높이, 건축물의 최대높이, 및 건축물의 면적을 가중치로 적용한 건축물의 가중평균높이 중 적어도 하나에 기초하여 지표면 조도를 결정할 수 있다. 상기 건축물의 면적을 가중치로 적용한 건축물의 가중평균높이는, 구역 내 건축물 각각의 높이에 해당 건축물의 면적을 가중치로 승산하고, 승산된 값을 합하여 건축물의 개수로 나눔으로써 계산할 수 있다.
이 경우, 상기 건축물의 평균높이, 상기 건축물의 최대높이, 상기 건축물의 가중평균높이가 높을수록 해당 구역의 거칠기가 커질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건축물의 평균높이, 상기 건축물의 최대높이, 상기 건축물의 가중평균높이가 높을수록 높은 등급의 지표면 조도가 할당될 수 있다.
예를 들어, 구역 내 건축물의 높이(예컨대, 평균높이 또는 최대높이)에 따라 지표면 조도를 분류하는 경우, 아래의 표 5에 따라 지표면 조도를 결정할 수 있다.
Figure 112012068081033-pat00006
여기서, 지표면 조도 A는 지표면의 거칠기가 가장 높은 등급이며, D는 지표면의 거칠기가 가장 낮은 등급이며, A에서 D로 갈수록 지표면의 거칠기가 낮아진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건축물의 높이는 정부 및 지방자지단체가 운영하는 공간정보시스템 또는 건축행정시스템(AIS)의 건축물대장 데이터베이스를 사용하여 구할 수 있다. 예를 들어, 상기 공간정보시스템 또는 건축행정시스템의 건축물대장 데이터베이스로부터 상기 구역 내 건축물의 지상층수에 대한 데이터를 획득하고, 상기 지상층수에 3미터를 곱하여 건축물의 높이를 산출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 면적비율을 산출하는 단계(S23)는, 지표면 조도별로 해당 지표면 조도를 갖는 구역의 면적을 영역(31)의 전체 면적으로 나누어 각 지표면 조도별 면적비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 영역(31)의 경우, 지표면 조도 A에 해당되는 구역(311, 312, 313)의 면적이 12 km2이고, 영역(31)의 전체 면적이 27 km2인 경우, 지표면 조도 A에 해당되는 구역의 면적비율은 12/27 ≒ 0.44로 산출될 수 있다. 지표면 조도 B에 해당되는 구역(314, 315)의 면적이 6 km2인 경우, 해당 구역의 면적비율은 6/27 ≒ 0.22로 산출될 수 있다. 지표면 조도 C에 해당되는 구역(316)의 면적이 4 km2인 경우, 해당 구역의 면적비율은 4/27 ≒ 0.15로 산출될 수 있다. 지표면 조도 D에 해당되는 구역(317)의 면적이 5 km2인 경우, 해당 구역의 면적비율은 5/27 ≒ 0.19로 산출될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법(20)은, 각 지표면 조도별로 해당 구역의 면적에 기초하여 영역의 전체 면적에 대한 면적비율을 계산할 수 있다.
상기 지표면 조도에 따라 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계(S24)는, 전술한 표 1 및 표 2에 기재된 기준에 따라 각 지표면 조도의 개별적인 풍속고도분포계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 면적비율을 기반으로 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 최종적인 풍속고도분포계수를 산정하는 단계(S25)는, 상기 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 상기 면적비율을 곱하는 단계(도 11의 S251), 및 곱셈 결과 산출된 값을 합산하는 단계(도 11의 S252)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지표면 조도 A 내지 D의 개별 풍속고도분포계수가 각각 0.58, 0.81, 1.0, 1.13으로 결정되고, 지표면 조도 A 내지 D의 면적비율이 각각 0.44, 0.22, 0.15, 0.19로 산출된 경우, 영역(31)의 최종적인 풍속고도분포계수는 다음과 같이 계산될 수 있다:
풍속고도분포계수 = 0.58 × 0.44 + 0.81 × 0.22 + 1.0 × 0.15 + 1.13 × 0.19 = 1.2099
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역(31)의 풍속고도분포계수 산정 시, 설계자의 주관적인 판단에 의해 해당 영역(31)의 풍속고도분포계수가 부적절하게 결정되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 건축물 설계 시 바람에 의한 하중이 객관적이고 신뢰성 있게 반영되어 건축물의 안전성과 경제성이 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법(60)은, 건축물의 높이를 계산하는 단계(S61), 상기 건축물의 높이를 이용하여 GIS 높이속성자료를 생성하는 단계(S62), 상기 건축물의 면적을 이용하여 GIS 면적속성자료를 생성하는 단계(S63), 면적비율을 산출하는 단계(S64), 지표면 조도별로 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계(S65), 및 가중치를 적용하여 최종적인 풍속고도분포계수를 산정하는 단계(S66)를 포함할 수 있다.
단계(S61)에서는, 영역(31) 내 건축물의 높이를 계산한다. 건축물의 높이를 계산하는 일 실시예로, 각 지방자치단체에 구축되어 있는 공간정보시스템을 이용하거나, 건축행정시스템(AIS)을 통해 건축물대장 데이터베이스에 저장된 건축물의 지상층수 데이터를 획득하여, 상기 지상층수에 한 개 층의 평균높이인 3미터를 곱하여 건축물의 높이를 계산할 수 있다.
단계(S62)에서는, 단계(S61)에서 계산된 건축물의 높이를 이용하여 GIS 높이속성자료를 생성한다.
단계(S63)에서는, GIS의 면적 속성값 계산 기능을 이용하여 영역 내 건축물의 면적을 이용한 GIS 면적속성자료를 생성한다.
단계(S64)에서는, 단계(S62)에서 생성된 GIS 높이속성자료와 단계(S63)에서 생성된 GIS 면적속성자료를 이용하여, 영역의 전체 면적에 대한 지표면 조도별 구역의 면적의 비율을 산출한다.
단계(S65)에서는, 지표면 조도별로 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 산정한다.
단계(S66)에서는, 단계(S64)에서 산출된 면적비율을 기초로 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용한다.
도 12에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법은, GIS의 데이터베이스를 이용하여 풍속고도분포계수의 산출에 필요한 데이터(예컨대, 건축물의 높이, 면적, 층수; 구역 및 영역의 면적, 건폐율, 용적율 등)를 정량적으로 분석 및 획득하기 때문에, 도 1의 일반적인 풍속고도분포계수 산정방법에 비해서 설계자의 주관적인 판단에 따라 풍속고도분포계수가 부적절하게 산정되는 문제점이 개선될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치를 나타내는 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치(70)는, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역(31)의 풍속고도분포계수를 산정하며, 상기 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 해당 지역의 최종적인 풍속고도분포계수를 산정할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치(70)는, 산출부(73), 계수 결정부(74) 및 가중치 적용부(75)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 풍속고도분포계수 산정 장치(70)는 분할부(71) 및 지표면 조도 결정부(72)를 더 포함할 수 있다.
상기 분할부(71)는 건축물 설계 시 반영할 풍속고도분포계수의 결정기준이 되는 영역(31)을 다수의 구역으로 분할할 수 있다. 여기서, 상기 영역(31)은 부채꼴, 다각형 또는 원의 형상을 가질 수 있다.
상기 지표면 조도 결정부(72)는 상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분할부(71)는 상기 영역(31)을 용도지역별로 분할할 수 있다. 이 경우, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 상기 용도지역의 건폐율 및 용적율 중 적어도 하나에 기초하여 지표면 조도를 결정할 수 있다. 일 예로, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 상기 용도지역의 용적율이 높을수록 높은 등급의 지표면 조도를 할당할 수 있다. 다른 예로, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 전술한 표 4와 같은 룩업 테이블을 참조하여 용도지역별로 지표면 조도를 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍속고도분포계수 산정 장치(70)는 저장부(76)를 더 포함할 수 있으며, 상기 저장부(76)는 지표면 조도 결정에 사용될 수 있는 데이터(예컨대, 상기 건폐율, 용적율, 룩업 테이블에 관한 데이터)를 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 상기 저장부(76)로부터 관련 데이터를 독출하여 이를 기반으로 지표면 조도를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 풍속고도분포계수 산정 장치(70)는 상기 데이터를 외부 시스템, 예컨대 각 지방자치단체에 구축되어 있는 공간정보시스템 또는 건축행정시스템(AIS)으로부터 수신하고, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 수신된 데이터를 이용하여 지표면 조도를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 분할부(71)는 상기 영역(31)을 건축물, 필지, 행정구역 또는 도로망별로 분할할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 영역(31)이 부채꼴 형상을 갖는 경우, 상기 분할부(71)는 상기 영역(31)을 기설정된 각도마다 분할할 수 있다.
이 경우, 상기 지표면 조도 결정부(72)는, 상기 구역 내 건축물의 평균높이, 건축물의 최대높이, 및 건축물의 면적을 가중치로 적용한 건축물의 가중평균높이 중 적어도 하나에 기초하여 지표면 조도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 지표면 조도 결정부(72)는, 상기 건축물의 평균높이, 상기 건축물의 최대높이, 및 상기 건축물의 가중평균높이 중 적어도 하나가 높을수록 높은 등급의 지표면 조도를 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지표면 조도 결정부(72)는 상기 저장부(76) 또는 외부 시스템으로부터 지표면 조도 결정에 사용될 수 있는 데이터(예컨대, 건축물의 높이, 면적, 층수, 구역 내 건물의 수 등에 관한 데이터)를 수신할 수 있으며, 상기 수신된 데이터를 이용하여 구역별 지표면 조도를 결정할 수 있다.
상기 산출부(73)는 상기 지표면 조도별로 해당 지표면 조도를 갖는 구역의 면적과 상기 영역(31)의 전체 면적 간의 비율을 산출할 수 있다. 일 예로, 상기 산출부(73)는 임의의 지표면 조도를 갖는 구역의 면적을 합산하고, 합산값을 영역(31)의 전체 면적으로 나누어 해당 지표면 조도에 대한 면적비율을 산출할 수 있다.
상기 계수 결정부(74)는 지표면 조도에 따라 각 구역의 개별 풍속고도분포계수를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 계수 결정부(74)는 표 1 및 표 2와 같은 룩업 테이블을 참조하여 지표면 조도에 따라 개별 풍속고도분포계수를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 저장부(76)는 상기 룩업 테이블에 관한 데이터를 저장할 수 있으며, 상기 계수 결정부(74)는 상기 저장부(76)로부터 계수 결정에 사용되는 데이터를 독출하여 이를 기반으로 개별 풍속고도분포계수를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 계수 결정부(74)는 외부 시스템(예컨대, 공간정보시스템 또는 건축행정시스템(AIS))으로부터 상기 데이터를 수신할 수 있으며, 이를 기반으로 개별 풍속고도분포계수를 결정할 수도 있다.
상기 가중치 적용부(75)는 상기 산출부(73)가 산출한 면적비율을 기반으로 상기 계수 결정부(74)가 결정한 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여, 영역(31)의 최종적인 풍속고도분포계수를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가중치 적용부(75)는 상기 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 지표면 조도별로 산출된 면적비율을 곱하여 계산된 값을 합산함으로써, 영역(31)의 최종적인 풍속고도분포계수를 산정할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치(80)를 나타내는 블록도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치(80)는 높이 계산부(81), 높이 입력부(82), 면적 생성부(83), 산출부(84), 계수 결정부(85) 및 가중치 적용부(86)를 포함할 수 있다.
상기 높이 계산부(81)는 영역(31) 내 건축물의 높이를 계산할 수 있다. 계산된 건축물의 높이는 높이 입력부(82)로 전달된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 높이 계산부(81)는 각 지방자치단체에 구축되어 있는 공간정보시스템 또는 건축행정시스템(AIS)의 데이터베이스에 저장된 건축물의 지상층수에 관한 데이터를 수신하고, 상기 지상층수에 한 개 층의 평균높이인 3미터를 곱하여 건축물의 높이를 계산할 수 있다.
높이 입력부(82)는 높이 계산부(81)에서 전달된 건축물의 높이를 이용하여 GIS 높이속성자료를 생성할 수 있다. 생성된 GIS 높이속성자료는 산출부(84)로 전달될 수 있다.
면적생성부(83)는 GIS의 면적 속성값 계산 기능을 이용하여 해당 영역(31) 내 건축물의 면적을 이용한 GIS 면적속성자료를 생성한다. 또한, 생성된 GIS 면적속성자료를 산출부(84)로 전달한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치(80)의 산출부(84), 계수 결정부(85) 및 가중치 적용부(86)는 각각 도 13을 참조하여 설명된 산출부(73), 계수 결정부(74) 및 가중치 적용부(75)에 대응될 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 방법(20, 60)은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
이상에서, 풍속고도분포계수를 결정하기 위해 고려되는 영역이 다수의 지표면 조도를 갖는 경우, 지표면 조도별로 결정된 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 해당 영역의 최종적인 풍속고도분포계수를 산정하는 풍속고도분포계수 산정 장치 및 방법이 설명되었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속고도분포계수 산정 장치 및 방법에 따르면, 다수의 지표면 조도를 갖는 영역에 대해 보다 신뢰성 있고 객관적인 풍속고도분포계수를 획득할 수 있다. 그 결과, 건축물 설계 시 바람에 의한 하중이 객관적이고 신뢰성 있게 반영되어 건축물의 안전성과 경제성이 향상될 수 있다.
31: 영역 32: 건축물
71: 분할부 72: 지표면 조도 결정부
73: 산출부 74: 계수 결정부
75: 가중치 적용부 76: 저장부

Claims (28)

  1. 다수의 지표면 조도를 갖는 영역에 대하여 풍하중 계산에 사용되는 풍속고도분포계수를 산정하는 방법에 있어서,
    상기 영역을 다수의 구역으로 분할하는 단계;
    상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정하는 단계;
    상기 지표면 조도별로 동일한 지표면 조도를 갖는 구역의 전체 면적을 상기 영역의 전체 면적으로 나누어 지표면 조도별 면적비율을 산출하는 단계;
    상기 지표면 조도별로 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 단계; 그리고
    상기 지표면 조도별 면적비율을 기반으로 상기 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 상기 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 단계를 포함하되,
    상기 영역을 다수의 구역으로 분할하는 단계는:
    상기 영역을 용도지역별로 분할하는 단계를 포함하며,
    상기 지표면 조도를 결정하는 단계는:
    상기 용도지역의 용적율에 기초하여 지표면 조도를 결정하되, 상기 용도지역의 용적율이 높을수록 높은 등급의 지표면 조도를 할당하는 단계를 포함하는 풍속고도분포계수 산정 방법.
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  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 단계는:
    상기 지표면 조도별로 상기 개별 풍속고도분포계수에 상기 지표면 조도별 면적비율을 곱하여 산출된 값을 합산하는 단계를 포함하는 풍속고도분포계수 산정 방법.
  15. 제 1 항의 방법을 구현하는 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  16. 삭제
  17. 다수의 지표면 조도를 갖는 영역에 대하여 풍하중 계산에 사용되는 풍속고도분포계수를 산정하는 장치에 있어서,
    상기 영역을 다수의 구역으로 분할하는 분할부;
    상기 다수의 구역 각각의 지표면 조도를 결정하는 지표면 조도 결정부;
    상기 지표면 조도별로 동일한 지표면 조도를 갖는 구역의 전체 면적을 상기 영역의 전체 면적으로 나누어 지표면 조도별 면적비율을 산출하는 산출부;
    상기 지표면 조도별로 개별 풍속고도분포계수를 결정하는 계수 결정부; 그리고
    상기 지표면 조도별 면적비율을 기반으로 상기 개별 풍속고도분포계수에 가중치를 적용하여 상기 영역의 풍속고도분포계수를 산정하는 가중치 적용부를 포함하되,
    상기 분할부는 상기 영역을 용도지역별로 분할하고,
    상기 지표면 조도 결정부는 상기 용도지역의 용적율에 기초하여 지표면 조도를 결정하되, 상기 용도지역의 용적율이 높을수록 높은 등급의 지표면 조도를 할당하는 풍속고도분포계수 산정 장치.
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  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 가중치 적용부는,
    상기 지표면 조도별로 상기 개별 풍속고도분포계수에 상기 지표면 조도별 면적비율을 곱하여 산출된 값을 합산하는 풍속고도분포계수 산정 장치.
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