KR200266533Y1 - 건축 구조물용 풍압계 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍압 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 말하자면 건물 외벽에 설치되어 바람에 의한 하중을 측정할 수 있는 풍압 측정 장치에 관한 것이다. 본 고안은, 건축 구조물 외벽에 고정되는 지지판과 양단 사이의 압력을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 일체형으로 구비하고 그 일단이 상기 지지판 상에 부착된 로드셀 및 상기 로드셀의 타단에 부착되며 상기 지지판과 실질적으로 평행한 면을 구비하는 덮개판을 포함하여 상기 덮개판이 받는 외부의 바람으로부터 받는 풍압을 측정하는 풍압계를 제공한다. 본 고안의 풍압계는 저비용으로 손쉽게 제작 및 설치가 가능하고, 풍압에 대한 신뢰성 있는 데이타를 얻을 수 있다.

Description

건축 구조물용 풍압계{AN INSTRUMENT FOR WIND PRESSURE MEASUREMENT OF A BUILDING}

본 고안은 풍압 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 말하자면 건물 외벽에 설치되어 바람에 의한 하중을 측정할 수 있는 풍압 측정 장치에 관한 것이다.

건축 구조물의 외벽에 작용하는 하중으로는 풍력, 즉 바람에 의해 건축 구조물이 받는 힘이 대표적인 것이다. 건축물의 외벽에 작용하는 하중을 측정하는 장치와 관련된 종래 기술로는 주로 건축물의 옥탑층에 설치 운용되고 있는 풍속계가 있다. 그러나, 이러한 풍속은 바람에 의해 건축 구조물이 받는 하중을 대변하지 못한다. 물론, 풍속이 클 때 건축물이 높은 하중을 받는다는 점은 주지의 사실이지만, 풍속은 바람에 의해 건축 구조물이 받는 절대적인 힘을 의미하지는 않는다.

그 이유 중 첫번째는 풍압은 공기 입자에 의해 건축물이 받는 힘이므로 풍속 외에도 공기의 밀도에 영향을 받게 되는데 풍속만으로는 풍압을 계산할 수 없게 된다는 점이다.

또한, 건축 구조물의 외벽은 외부의 바람에 의한 하중을 외벽면에 수직 성분만큼만 받게 된다는 점, 즉 풍향을 고려하여 실제 풍압을 계산하여야 하는 점도 풍속이 풍압을 대변할 수 없다는 점을 명백히 하고 있다.

건축 구조물의 구조 진단을 위해서 바람에 의한 하중을 실제로 계산할 필요가 있다는 점도 종래의 풍속계 이외에 새로운 풍압 측정 장치를 요구하게 되는 요인이 되고 있다. 건축 구조물의 구조 진단이란 외부의 응력에 대해 건축 구조물의 고유한 구조에 따른 변형의 정도를 측정하여 건축 구조물이 정상적으로 거동하고 있는지를 판단하는 것을 말한다. 여기서, 건축 구조물의 구조에 대해서는 설계도, 시방서 등을 통해 알 수 있고 변형의 정도는 스트레인 게이지 등을 사용하여 측정할 수 있다. 그러나, 외부의 응력에 대해서는 현재로서는 이를 측정할 수 있는 방법이 없기 때문에, 건축 구조물의 구조 진단이 제대로 이루어질 수 없는 실정이다.

건축 구조물에 사용되는 것은 아니지만, 바람에 의한 압력을 측정하는 종래의 장치로는 풍동 실험 장치가 있다. 그러나, 이러한 장치는 매우 고가이어서, 건축 구조물의 여러 곳에 설치되어 풍압을 측정하기에는 한계가 있다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 건축 구조물의 외벽에 손쉽게 설치되어 바람에 의해 건축 구조물이 받는 풍압을 측정할 수 있는 풍압계를 제공하는 것이다.

도 1a는 본 고안의 풍압계를 개략적으로 도시한 정면도이다.

도 1b는 도 1a의 풍압계를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.〈도면의 부호에 대한 설명〉100 : 풍압계110 : 지지판112 : 볼트120 : 로드셀130 : 덮개판150 : 내부 공간200 : 건축 구조물

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 고안은, 건축 구조물 외벽에 고정되는 지지판과 양단 사이의 압력을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 일체형으로 구비하고 그 일단이 상기 지지판 상에 부착된 로드셀 및 상기 로드셀의 타단에 부착되며 상기 지지판과 실질적으로 평행한 면을 구비하는 덮개판을 포함하여 상기 덮개판이 받는 외부의 바람으로부터 받는 풍압을 측정하는 풍압계를 제공한다.

본 고안의 풍압계는 상기 로드셀 내부의 스트레인 게이지로부터 신호를 하중으로 변환하기 위한 하중 측정 장치를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 고안의 풍압계는 상기 덮개판과 상기 지지판 사이에 외부의 바람으로부터 영향을 받지 않는 내부 공간을 형성하도록 상기 덮개판의 모서리는 상기 지지판 쪽으로 구부러져 있는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 고안을 상술한다.

도 1a는 본 고안의 풍압계를 개략적으로 도시한 정면도이고 도 1b는 도 1a를 A-A'로 절단한 단면도이다. 본 고안의 풍압계(100)는 지지판(110), 로드셀(120) 및 덮개판(130)으로 구성된다. 상기 지지판(110)은 300mm × 150 mm의 크기를 가진 사각형 형상의 아크릴판이다. 아크릴판 외에도 어느 정도의 강성을 가진 다른 재질들, 예컨데 금속 재질과 같은 지지판이 사용될 수 있다. 상기 지지판(110) 상에는 스트레인 게이지식 로드셀(120)이 부착되어 있다. 스트레인 게이지식 로드셀(120)은 스트레인 게이지를 금속 탄성체에 접착하여 탄성체에 가해진 하중에 따른 탄성체의 스트레인에 의한 스트레인 게이지의 저항값의 변화로부터 하중을 계산하는 장치이다. 상기 로드셀의 기능에 대해서는 당업자에게 널리 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다. 본 고안에 사용된 로드셀의 사양은 표 1과 같다.

도시된 바와 같이, 상기 로드셀(120)의 일단이 지지판(110)에 부착되며, 나머지 타단은 덮개판(130)에 부착된다. 덮개판(130)은 직경 200mm인 아크릴판이 사용되었다. 전술한 바와 같이 금속 재질과 같은 다른 재질의 덮개판이 사용될 수 있다. 상기 덮개판(130)은 본 고안의 풍압계(100)가 설치될 건축 구조물(200)의 벽면에 평행하게 부착된다. 이렇게 함으로써, 건축 구조물(200)이 받는 힘과 실질직으로 동일한 힘을 풍압계(100)가 받게 된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1b의 화살표(풍향)로 지시되는 것과 같은 바람에 의한 하중 중 상기 건축 구조물(200)의 벽면에 수직인 방향 성분만이 실제로 건축 구조물(200)이 경험하는 하중이다. 따라서, 본 고안의 풍압계(100)의 덮개판(130)을 건축 구조물(200)의 벽면에 실질적으로 평행하게 설치하는 것이 바람직하다. 이를 위해 건축 구조물(200)과 지지판(110)의 사이에는 덮개판(130)이 건축 구조물(200) 벽면과 수평이 유지되도록 추가적인 별도의 지지부재가 추가될 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 덮개판(130)은 지지판(110) 쪽으로 구부러져 있다. 이것은 상기 덮개판(130)과 지지판(110)에 의해 형성된 내부 공간(150)이 외부의 바람에 영향을 덜 받도록 하기 위한 것이다. 즉, 외부의 바람이 상기 내부 공간(150)에 유입되는 것을 방지하여 풍압을 정확하게 측정하기 위한 것이다. 도 1b에서는 덮개판(130)이 지지판(110) 쪽으로 구부러져 있지만, 덮개판(130) 대신 지지판(110)이 덮개판(130) 쪽으로 구부러져 있어도 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

이상의 구성을 가진 본 고안의 풍압계(100)는 지지판(110)에 부착된 볼트(112)와 같은 조임쇠에 의해 건축 구조물(200)의 벽면에 단단하게 고정하여 사용된다.

도시되지는 않았지만, 본 고안의 풍압계(100)는 외부의 힘, 즉 바람에 의해 발생된 상기 로드셀(120)의 신호를 하중으로 변환하기 위한 하중 측정 장치를 더 포함할 수 있다. 이 하중 측정 장치는 로드셀(120)의 저항을 측정하기 위한 10볼트 내외의 정밀한 전원 공급 전원, 상기 로드셀(120)에서 나오는 수 mV 내지 수십 mV의 미세한 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 이 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기 및 이 변환된 값으로부터 하중값을 계산하기 위한 간단한 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.

이상 설명한 본 고안의 풍압계에 대해 풍동 실험실에서 풍동 실험을 행하여 풍압을 측정하였다. 본 고안에 의한 풍동 실험 결과의 정확성을 검증하기 위해 동일한 조건에서 종래의 풍동 실험 장치로도 풍동 실험을 행하였다. 풍동 실험에 사용된 풍속 구간은 5m/s 내지 15 m/s의 범위였다. 본 고안의 풍압계는 앞서 설명한 하중 측정 장치로 일본 교와(kyowa)사의 UCAM 70A라는 모델명으로 판매되는 데이타 로거(data logger)를 사용하였다. 표 2는 풍동 실험 결과를 종래의 풍동 실험 장치와 비교한 것이다.

앞서 표 1에 나타난 바와 같이, 본 고안에 사용된 로드셀이 4gf 내지 10kgf의 측정값 범위에서 정확도가 보장되므로 표 2의 풍압 데이타 중 풍속이 9m/s 이상에서의 데이타 값이 신뢰성이 높다. 따라서, 풍속 9m/s 내지 15m/s에서 본 고안의 풍압과 풍동 실험 장치의 풍압은 그 비가 약 0.9 내지 1.0으로 거의 일치함을 알 수 있다.

본 고안은, 종래의 풍속계가 측정할 수 없었던 건축 구조물의 풍압을 측정할 수 있는 신규한 풍압계를 제공한다. 또한, 본 고안은 매우 간단한 구조의 풍압계로 건축물의 외벽에 저비용으로 손쉽게 설치하여 풍압에 대한 신뢰성 있는 데이타를 얻을 수 있으며, 건축 구조물의 구조 진단에 이용할 수 있다.

Claims (2)

1. 건축 구조물 외벽에 고정되는 지지판;

   양단 사이의 압력을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 일체형으로 구비하고 그 일단이 상기 지지판 상에 부착된 로드셀;

   상기 로드셀의 타단에 부착되며 상기 지지판과 실질적으로 평행한 면을 구비하는 덮개판을 포함하여 상기 덮개판이 받는 외부의 바람으로부터 받는 풍압을 측정하는 풍압계.
2. 제1항에 있어서, 상기 덮개판과 상기 지지판 사이에 외부의 바람으로부터 영향을 받지 않는 내부 공간을 형성하도록 상기 덮개판 또는 지지판의 모서리가 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 풍압계.