WO2018080029A1 - 풍진동 제어 시스템 - Google Patents

풍진동 제어 시스템 Download PDF

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WO2018080029A1
WO2018080029A1 PCT/KR2017/010447 KR2017010447W WO2018080029A1 WO 2018080029 A1 WO2018080029 A1 WO 2018080029A1 KR 2017010447 W KR2017010447 W KR 2017010447W WO 2018080029 A1 WO2018080029 A1 WO 2018080029A1
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WO
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wind
vibration control
control system
control unit
rotating body
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/010447
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English (en)
French (fr)
Inventor
강현구
정승용
Original Assignee
서울대학교 산학협력단
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/14—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate against other dangerous influences, e.g. tornadoes, floods
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/002—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer
    • F15D1/0025—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/10—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates movable, e.g. dampers

Definitions

  • the present invention is equipped with a wind vibration control unit configured to include a wind moving passage on the structure, by measuring the wind speed and the wind direction in real time without additional load burden to prevent the generation of vortices caused by the wind and the resulting resonance and to control the vibration of the building
  • the present invention relates to a wind vibration control system that can reduce the torsional moment due to wind load.
  • High-rise parts of various structures have a higher wind speed than the ground, so the effect of wind on buildings is relatively high. Therefore, when designing a high-rise building, consideration should be given to lateral load resistance due to wind load as well as usability due to vibration.
  • the building vibrates or twists in the direction perpendicular to the wind blowing direction due to the vortex as well as the vibration in the wind blowing direction generated by the wind directly collides.
  • Vibration caused by such vortices is larger as the building gets taller like a skyscraper.
  • the tuned mass attenuator has excellent damping efficiency, but has a problem in that it is disadvantageous to design the gravity load of the building because a large mass must be additionally installed in the building and has to reinforce the structure around the mass separately.
  • the present invention is to provide a possible wind vibration control system that can prevent the generation of vortices caused by wind and the resonance caused by the wind load and to reduce the torsional moment due to wind load without additional load burden on the structure.
  • the present invention is to provide a wind vibration control system that can measure the wind speed and direction in real time based on this automatically control the vibration of the building to actively cope with the wind load.
  • the present invention according to a preferred embodiment is provided on one side of the structure inlet through which the wind flows; An outlet through which the introduced wind flows to the other side of the structure; And a wind movement passage provided at the inside of the structure, one end of which is in communication with the inlet and the other end of which is in communication with the outlet. It provides a wind vibration control system comprising a wind vibration control unit consisting of.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a wind vibration control system, characterized in that the air flow control device for selectively opening and closing the wind movement passage is provided inside the wind movement passage.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides the wind vibration control system, characterized in that provided in the diagonal direction on the inner edge of the planar structure.
  • the present invention according to another preferred embodiment of the present invention provides a wind vibration control system, characterized in that the air flow control device is composed of a rotating shaft and a rotating body to selectively open and close the wind moving passage by rotating around the rotating shaft.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a wind vibration control system, characterized in that the one side of the wind movement passage is formed in communication with the wind movement passage containing a part of the air flow control device.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a wind vibration control system, characterized in that a fixing portion for selectively fixing the rotating body is provided.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a wind vibration control system, characterized in that the wind vibration control unit is provided with a power generation module for producing electric power by the rotation of the rotating body of the airflow control device.
  • the wind vibration control unit may be installed on a plurality of floors at each corner of the structure, and further comprising a controller for controlling the airflow control device of each wind vibration control unit.
  • a controller for controlling the airflow control device of each wind vibration control unit.
  • control unit provides a wind vibration control system, which measures the wind speed and the wind direction of the outside wind by comparing the rotation amounts of the respective wind vibration control units.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a wind vibration control system, characterized in that the damper for controlling the rotational speed of the rotating body of the rotary shaft of the airflow control device.
  • the wind vibration control unit is composed of an inlet, an outlet and a wind passage, by providing a wind vibration control unit penetrating the structure to the structure can control the wind vibration of the structure. Since the wind vibration control unit has a simple structure, it is easy to construct and manage, and is easy to access in the room, which is convenient in terms of maintenance.
  • the wind hitting the structure can be partially discharged to the wind moving passage, the wind load applied to the outer surface of the structure can be reduced, and if the wind moving passage is properly opened or closed, the vibration cycle due to the vortex changes to change Resonance can be prevented.
  • 1 is a diagram showing a tuned mass damper for conventional wind vibration control.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the present invention wind vibration control system.
  • FIG. 3 is a view showing the airflow control concept by the present invention wind vibration control system.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the airflow control device.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a structure in which wind movement passages are disposed at corners
  • FIG. 6 is a plan view showing another embodiment of the airflow control device.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a structure in which the airflow control device of FIG. 6 is disposed in a wind path;
  • FIG. 8 illustrates a torsional moment control method according to the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing an operating relationship of the airflow control device by the fixed portion
  • FIG. 10 shows a plurality of wind vibration control units controlled by a control unit.
  • the wind vibration control system of the present invention is provided on one side of the structure inlet through which wind is introduced; An outlet through which the introduced wind flows to the other side of the structure; And a wind movement passage provided at the inside of the structure, one end of which is in communication with the inlet and the other end of which is in communication with the outlet. It characterized in that it comprises a wind vibration control unit consisting of.
  • Fig. 2 is a perspective view showing the present invention wind vibration control system
  • Fig. 3 is a view showing the concept of airflow control by the present invention wind vibration control system.
  • the present invention is a wind vibration control system is provided on one side of the structure (1) inlet 21 through which the wind flows; An outlet 22 through which the introduced wind is discharged to be provided at the other side of the structure 1; And a wind moving passage 23 provided at the inside of the structure 1 so as to communicate with the inlet 21 at one end thereof and communicate with the outlet 22 at the other end thereof. It characterized in that it comprises a wind vibration control unit (2) consisting of.
  • the present invention provides a wind vibration control unit (2) that can penetrate the structure (1) inside the structure (1), thereby preventing the generation of vortices caused by wind and resonance caused by this, to control the vibration of the building and torsional moment due to wind load
  • the wind vibration control system can reduce the
  • the wind vibration control system includes an inlet 21, an outlet 22, and a wind moving passage 23.
  • the inlet 21 is provided on one side of the structure (1), the portion of the wind is introduced into the structure (1).
  • the outlet 22 is provided on the other side of the structure (1) except for the one side surface on which the inlet 21 is formed, a portion in which the wind flowing into the inlet 21 flows out through the wind passage (23) to be.
  • the wind movement path 23 is provided inside the structure 1 to penetrate the structure 1.
  • the wind that strikes the structure 1 is introduced into the wind passage 23 through the inlet 21 and can flow out of the structure 1 through the outlet 22. Accordingly, the magnitude of the wind load applied to the outer surface of the structure 1 can be reduced (FIG. 3).
  • the wind vibration control unit 2 may be installed on each floor or several layers of the structure 1, and a plurality of wind vibration control units 2 may be installed on each floor.
  • the wind vibration control unit 2 is preferably installed on the facility floor so as not to affect the space utilization of the structure 1.
  • the present invention vibrating control system is widely applicable to various building and civil engineering structures (1) such as bridges as well as high-rise buildings.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the airflow control device.
  • an airflow control device 24 may be provided in the wind moving passage 23 to selectively open and close the wind moving passage 23.
  • the airflow control device 24 is illustrated in the form of a door, one end of which is hinged to the upper portion of the wind moving passage 23 on the inlet 21, and is not limited to this embodiment. ) Can be configured to be opened and closed on either side of the wind movement passage (23).
  • the opening and closing of the airflow control device 24 it is possible to selectively control the wind flowing into the wind moving passage (23). Accordingly, it is possible to change the flow of wind applied to the structure 1 and consequently to control the wind vibration.
  • the airflow control device 24 is installed in the wind moving passage 23 located near the inlet 21 desirable.
  • the airflow control device 24 may be installed near the inlet 21 and the outlet 22, respectively.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a structure in which wind movement passages are disposed at corners.
  • the wind movement passage 23 may be configured to be provided in a diagonal direction on the inner edge of the planar structure (1).
  • the wind moving passages 23 When the wind moving passages 23 are arranged in the x and y directions parallel to the horizontal and vertical sides of the building plane, the wind moving passages 23 in the x and y directions may interfere with each other and be installed on different floors. None else but to do.
  • FIG. 6 is a plan view showing another embodiment of the airflow control device
  • FIG. 7 is a plan view showing a structure in which the airflow control device of FIG. 6 is disposed in a wind movement path
  • FIG. 8 is a torsional moment control method according to the present invention. It is a figure which shows.
  • the airflow control device 24 may be configured as a rotating body 242 that rotates about the rotating shaft 241 and the rotating shaft 241 to selectively open and close the wind moving passage 23. have.
  • the airflow control device 24 may be configured to open and close the wind moving passageway 23 in the form of a door as shown in FIG. 4, but as shown in FIG. 6, the air flow control device 24 may control the speed of the wind passing by the wind resistance.
  • the whole 242 may be located in the wind moving passage 23 and the rotating body 242 may be configured to rotate together with the inflow of wind.
  • the airflow control device 24 including the rotating shaft 241 and the rotating body 242 is formed in a diagonal direction at an inner edge of the planar structure 1. It may be provided in the), and may be located in pairs on the inlet 21 and outlet 22 for each wind movement path (23).
  • FIG. 8 looks at how to control the torsional moment acting on the structure (1) when the present invention is applied.
  • One side of the wind movement passage 23 may be formed so that the receiving portion 25 in which a part of the air flow control device 24 is received communicates with the wind movement passage 23.
  • the rotating body 242 of the airflow control device 24 may be configured of a plurality of panels attached to an outer surface of the rotating shaft 241.
  • the rotating body 242 rotates in accordance with the inflow of wind, only the rotating body 242 on one side of the rotating shaft 241 is located in the wind passage 23 to move the wind to facilitate the rotation of the rotating body 242
  • the accommodating part 25 may be formed at one side of the passage 23.
  • the accommodating part 25 may be configured to protrude outward of the wind moving passage 23.
  • FIG. 6 four panels are coupled to the outer side of the rotating shaft 241 at intervals of 90 degrees to form the rotating body 242, and the rotating shaft 241 is configured to be positioned on one side of the wind moving passage 23.
  • the rotating shaft 241 is configured to be positioned on one side of the wind moving passage 23.
  • the wind vibration control unit 2 may be provided with a power generation module for generating power by the rotation of the rotating body 242 provided in the airflow control device (24).
  • the power generated by the power generation module may be used as a power required for operating the fixing unit 26 to selectively fix the rotating body 242 or other users.
  • a damper for controlling the rotational speed of the rotating body 242 may be provided on the rotation shaft 241 of the airflow control device 24.
  • the damper may serve to reduce the speed of the inflowing wind by applying a resistance to the rotation of the rotary shaft 241.
  • the rotational speed of the rotating body 242 is first reduced at the inlet 21 side airflow control device 24, and the rotational speed of the rotating body 242 is secondarily at the outlet 22 side airflow control device 24.
  • decelerating it is possible to minimize the effects of vibration and noise due to wind by sequentially configured to reduce the rotational speed of the rotating body 242.
  • the damper may be a hydraulic damper or the like.
  • FIG. 9 is a plan view showing an operation relationship of the airflow control device by the fixed portion.
  • the wind vibration control unit 2 may be provided with a fixing part 26 for selectively fixing the rotating body 242.
  • the fixing part 26 is possible in various embodiments, and may be configured as a stopper to prevent the rotating body 242 from rotating as shown in FIG.
  • the stopper type fixing part 26 may be configured to be slidably moved into the housing 25.
  • FIG. 9 illustrates a state in which the stopper type fixing part 26 is opened so that the rotating body 242 can freely rotate.
  • (b) of Figure 9 is a pair of fixing parts 26 located at both ends of the housing 25 is moved to the inside of the housing 25, respectively, to support both ends of the rotating body 242, the rotating body 242 Shows a state in which both directions of rotation of) are stopped.
  • the fixing part 26 may be configured of a friction pad or the like for stopping the rotation of the rotation shaft 241 itself.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a plurality of wind vibration control units controlled by a control unit.
  • the wind vibration control unit 2 is installed on a plurality of floors at each corner of the structure 1, and controls the airflow control device 24 of each wind vibration control unit 2. It can be comprised so that (3) is further provided.
  • the wind vibration control unit 2 can be provided not only on every floor but on several floors.
  • the control unit 3 can be configured to measure the wind speed and the wind direction of the outside wind by comparing the rotation amount of each wind vibration control unit (2).
  • the northwest side wind vibration control unit 2 is the first unit 2a
  • the northeast side wind vibration control unit 2 is the second unit 2b
  • the southeast side wind vibration control unit 2 is the third unit 2c.
  • the southwest side wind vibration control unit 2 is referred to as a fourth unit 2d.
  • the controller 3 not only calculates the wind speed and the wind direction, but also selectively drives the airflow control devices 24 of the plurality of wind vibration control units 2 according to the measured wind speed and the wind direction to minimize vibration of the structure 1. Can be actively controlled.
  • the airflow control device 24 determines whether the vortices are generated on the floor on which the airflow control device 24 is installed based on the measured wind speed and the wind direction, and when the vortex is generated, the rotor 242 of the airflow control device 24 is fixed so that the wind moving path 23 By closing), the airflow acting on the structure 1 can be changed and vortex and vibration can be prevented.
  • the wind vibration control system of the present invention can control the wind vibration of the structure by providing the structure with a wind vibration control unit composed of an inlet, an outlet, and a wind passage.
  • the wind moving passage is configured to discharge some of the wind that hits the structure, it can reduce the wind load applied to the outer surface of the structure, and if the wind moving passage is properly opened or closed, the vibration cycle caused by the vortex changes to change the building. The entire resonance can be prevented.
  • the real-time measurement of wind speed and wind direction, and the building vibration can be automatically controlled by using it, there is potential for industrial use in that it can actively cope with the ever-changing wind load.

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Abstract

본 발명은 바람 이동 통로를 포함하여 구성되는 풍진동 제어 유니트를 구조물에 구비함으로써, 추가적인 하중 부담 없이 풍속과 풍향을 실시간 계측하여 바람에 의한 와류 발생과 이로 인한 공진을 방지하고 건물의 진동을 제어하며 풍하중에 의한 비틀림 모멘트를 감소시킬 수 있는 풍진동 제어 시스템에 대한 것이다. 본 발명 풍진동 제어 시스템은 구조물의 일측 면에 구비되는 것으로 바람이 유입되는 유입구; 상기 구조물의 다른 측면에 구비되는 것으로 유입된 바람이 유출되는 유출구; 및 상기 구조물의 내부에 구비되는 것으로 일단은 유입구와 연통되고, 타단은 유출구와 연통되어 유입된 바람이 이동하는 바람 이동 통로; 로 구성되는 풍진동 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍진동 제어 시스템
본 발명은 바람 이동 통로를 포함하여 구성되는 풍진동 제어 유니트를 구조물에 구비함으로써, 추가적인 하중 부담 없이 풍속과 풍향을 실시간 계측하여 바람에 의한 와류 발생과 이로 인한 공진을 방지하고 건물의 진동을 제어하며 풍하중에 의한 비틀림 모멘트를 감소시킬 수 있는 풍진동 제어 시스템에 대한 것이다.
각종 구조물의 고층 부분은 지상보다 바람의 속도가 빨라 바람이 건물에 미치는 영향이 상대적으로 크다. 따라서 고층 건물의 설계시에는 풍하중에 의한 횡하중 저항은 물론 진동에 의한 사용성까지 고려하여야 한다.
일반적으로 바람이 건물에 부딪히게 되면, 바람이 직접 충돌하여 발생하는 바람이 부는 방향의 진동은 물론 와류로 인하여 바람이 부는 방향의 직각 방향으로 건물이 진동하거나 비틀림이 발생한다.
이러한 와류에 의한 진동은 초고층 건물과 같이 건물이 세장할수록 크게 나타난다. 특히, 건물의 형상비(=
Figure PCTKR2017010447-appb-I000001
, H: 건물의 높이, B: 건물의 폭, D: 건물의 깊이)가 3 이상이 되면, 풍방향 진동에 비해 풍직각 방향의 진동이 더 증가한다(하영철, "바람에 의한 건축물의 진동, 한국풍공학회지" 특집기사, 2011).
뿐만 아니라 와류로 인한 진동이 건물의 고유 주파수와 일치할 경우 에너지가 크게 증폭되어 사용성이 크게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 나아가 풍하중은 지진하중과 달리 건물 형상에 편심이 없는 경우에도 와류에 의해 측면에 작용하는 비대칭적인 압력 분포로 인해 비틀림 모멘트를 발생시킬 수 있다.
종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 풍진동을 제어하기 위해 동조질량감쇠기를 많이 사용하였다(특허 제10-0823625호 등).
그러나 이러한 동조질량감쇠기는 감쇠 효율은 뛰어난 반면, 큰 질량체가 건물에 부가 설치되어야 하므로 건물의 중력 방향 하중 설계에 불리하며 질량체 주변을 별도로 구조 보강해야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 구조물에 추가적인 하중 부담 없이 바람에 의한 와류 발생과 이로 인한 공진을 방지하고 풍하중에 의한 비틀림 모멘트를 감소시킬 수 있는 가능한 풍진동 제어 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 풍속과 풍향을 실시간 계측할 수 있어 이를 토대로 건물의 진동을 자동 제어하여 풍하중에 능동적으로 대처 가능한 풍진동 제어 시스템을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 구조물의 일측 면에 구비되는 것으로 바람이 유입되는 유입구; 상기 구조물의 다른 측면에 구비되는 것으로 유입된 바람이 유출되는 유출구; 및 상기 구조물의 내부에 구비되는 것으로 일단은 유입구와 연통되고, 타단은 유출구와 연통되어 유입된 바람이 이동하는 바람 이동 통로; 로 구성되는 풍진동 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 바람 이동 통로의 내부에는 바람 이동 통로를 선택적으로 개폐하는 기류제어장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 바람 이동 통로는 평면상 구조물의 내부 모서리에 대각선 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 기류제어장치는 회전축 및 회전축을 중심으로 회전하여 바람 이동 통로를 선택적으로 개폐하는 회전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 바람 이동 통로의 일측에는 기류제어장치의 일부가 수납되는 수납부가 바람 이동 통로와 연통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 회전체를 선택적으로 고정하는 고정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 풍진동 제어 유니트에는 기류제어장치의 회전체의 회전에 의해 전력을 생산하는 전력생성모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 풍진동 제어 유니트는 구조물의 각 모서리마다 복수 층에 설치되며, 각 풍진동 제어 유니트의 기류제어장치를 제어하는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제어부는 각 풍진동 제어 유니트의 회전량을 비교하여 외풍의 풍속 및 풍향을 측정하는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 기류제어장치의 회전축에는 회전체의 회전 속도를 제어하는 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유입구, 유출구 및 바람 이동 통로로 구성되는 것으로 구조물을 관통 가능한 풍진동 제어 유니트를 구조물에 구비함으로써 구조물의 풍진동을 제어할 수 있다. 상기 풍진동 제어 유니트는 간단한 구조를 가지므로 시공 및 관리가 용이하고, 실내에서 접근이 용이하여 유지 면에서도 편리하다.
둘째, 본 발명을 구조물에 적용하는 경우 기존 제진 장치에 비해 공간 활용성이 우수하고 별도로 중량이 추가되지 않으므로 수직하중에 대한 추가적 부담이 없다.
셋째, 구조물에 부딪히는 바람을 바람 이동 통로로 일부 배출할 수 있으므로, 구조물 외측면에 가해지는 풍하중을 줄일 수 있으며, 바람 이동 통로의 개폐 여부를 적절히 조절하면 와류로 인한 진동주기를 변화시켜 건물 전체의 공진을 방지할 수 있다.
넷째, 풍진동을 제어하면서도 풍속과 풍향을 실시간 계측하고 이를 이용하여 자동으로 건물 진동이 제어되도록 함으로써, 시시각각 변하는 풍하중에 능동적으로 대처할 수 있다.
도 1은 종래 풍진동 제어를 위한 동조질량감쇠기를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명 풍진동 제어 시스템을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명 풍진동 제어 시스템에 의한 기류 제어 개념을 도시하는 도면.
도 4는 기류제어장치의 실시예를 도시하는 사시도.
도 5는 모서리에 바람 이동 통로가 배치된 구조물을 도시하는 평면도.
도 6은 기류제어장치의 다른 실시예를 도시하는 평면도.
도 7은 바람 이동 통로에 도 6의 기류제어장치가 배치된 구조물을 도시하는 평면도.
도 8은 본 발명에 의한 비틀림 모멘트 제어 방법을 도시하는 도면.
도 9는 고정부에 의한 기류제어장치의 작동 관계를 도시하는 평면도.
도 10은 제어부에 의하여 제어되는 복수의 풍진동 제어 유니트를 도시하는 도면.
도 11은 회전체 회전에 의한 풍향 계측 개념을 도시하는 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍진동 제어 시스템은 구조물의 일측 면에 구비되는 것으로 바람이 유입되는 유입구; 상기 구조물의 다른 측면에 구비되는 것으로 유입된 바람이 유출되는 유출구; 및 상기 구조물의 내부에 구비되는 것으로 일단은 유입구와 연통되고, 타단은 유출구와 연통되어 유입된 바람이 이동하는 바람 이동 통로; 로 구성되는 풍진동 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 풍진동 제어 시스템을 도시하는 사시도이고, 도 3은 본 발명 풍진동 제어 시스템에 의한 기류 제어 개념을 도시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 풍진동 제어 시스템은 구조물(1)의 일측 면에 구비되는 것으로 바람이 유입되는 유입구(21); 상기 구조물(1)의 다른 측면에 구비되는 것으로 유입된 바람이 유출되는 유출구(22); 및 상기 구조물(1)의 내부에 구비되는 것으로 일단은 유입구(21)와 연통되고, 타단은 유출구(22)와 연통되어 유입된 바람이 이동하는 바람 이동 통로(23); 로 구성되는 풍진동 제어 유니트(2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 구조물(1)을 관통 가능한 풍진동 제어 유니트(2)를 구조물(1) 내부에 구비함으로써, 바람에 의한 와류 발생과 이로 인한 공진을 방지하고 건물의 진동을 제어하며 풍하중에 의한 비틀림 모멘트를 감소시킬 수 있는 풍진동 제어 시스템에 대한 것이다.
상기 풍진동 제어 시스템은 유입구(21), 유출구(22) 및 바람 이동 통로(23)를 포함하여 구성된다.
상기 유입구(21)는 구조물(1)의 일측 면에 구비되는 것으로, 바람이 구조물(1) 내측으로 유입되는 부분이다.
상기 유출구(22)는 유입구(21)가 형성된 일측 면을 제외한 구조물(1)의 다른 측면에 구비되는 것으로, 유입구(21)로 유입된 바람이 바람 이동 통로(23)를 거쳐 외부로 유출되는 부분이다.
상기 바람 이동 통로(23)는 구조물(1)을 관통하도록 구조물(1) 내부에 구비된다.
구조물(1)에 부딪히는 바람은 유입구(21)를 통하여 바람 이동 통로(23) 내부로 유입되며 유출구(22)를 통하여 구조물(1) 외부로 유출 가능하다. 이에 따라 구조물(1) 외측면에 가해지는 풍하중의 크기를 줄일 수 있다(도 3).
상기 바람 이동 통로(23)의 개폐 여부를 적절히 조절하면 와류로 인한 진동주기를 변화시켜 건물 전체의 공진을 방지할 수 있다.
아울러 풍진동을 제어하면서도 풍속과 풍향을 실시간 계측할 수 있으며, 이를 이용하여 정확하고 능동적으로 구조물(1)의 진동을 자동 제어되도록 함으로써, 시시각각 변하는 풍하중에 적극적으로 대처할 수 있다.
상기 풍진동 제어 유니트(2)는 구조물(1)의 각층 또는 여러 개의 층에 걸쳐 설치할 수 있으며, 각층마다 복수의 풍진동 제어 유니트(2)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 풍진동 제어 유니트(2)는 가급적 설비 층에 설치하여 구조물(1) 내부 공간 활용에 영향을 끼치지 않도록 함이 바람직하다.
본 발명을 구조물(1)에 적용하는 경우, 기존 제진 장치에 비해 공간 활용성이 우수하고 별도로 중량이 추가되지 않으므로 수직하중에 대한 추가적 부담이 없다.
아울러 비교적 간단한 구조를 가지므로 시공 및 관리가 용이하고, 실내에서 접근이 용이하여 유지 면에서도 편리하다.
본 발명 풍진동 제어 시스템은 고층 건물뿐 아니라 교량 등 각종 건축·토목 구조물(1)에 널리 적용 가능하다.
도 4는 기류제어장치의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바람 이동 통로(23)의 내부에는 바람 이동 통로(23)를 선택적으로 개폐하는 기류제어장치(24)가 구비될 수 있다.
도 4의 실시예에서 기류제어장치(24)는 일단이 유입구(21) 측 바람 이동 통로(23)의 상부에 힌지 결합되는 도어 형태로 도시되었으며, 이러한 실시예에 국한되지 않고 기류제어장치(24)는 바람 이동 통로(23)의 어느 일측에 개폐 가능하도록 구성할 수 있다.
상기 기류제어장치(24)의 개폐에 의하여 바람 이동 통로(23)의 내부로 유입되는 바람을 선택적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 구조물(1)에 가해지는 바람의 흐름을 변화시키고 결과적으로 풍진동을 제어하는 것이 가능하다.
바람의 유입을 막고자 하는 경우 바람이 바람 이동 통로(23) 내부로 유입되지 못하도록 하여야 하므로, 기류제어장치(24)는 유입구(21)의 가까이에 위치한 바람 이동 통로(23) 내부에 설치하는 것이 바람직하다.
아울러 유입구(21)와 유출구(22)는 바람의 방향에 따라 서로 바뀔 수도 있으므로, 유입구(21)와 유출구(22) 가까이에 각각 기류제어장치(24)를 설치할 수도 있다.
도 5는 모서리에 바람 이동 통로가 배치된 구조물을 도시하는 평면도이다.
도 5의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 바람 이동 통로(23)는 평면상 구조물(1)의 내부 모서리에 대각선 방향으로 구비되도록 구성할 수 있다.
상기 바람 이동 통로(23)를 건물 평면의 가로 및 세로와 평행한 x 방향과 y 방향으로 배치할 경우, x 방향과 y 방향의 바람 이동 통로(23)가 서로 간섭되어 각각 서로 다른 층에 설치해야 할 수밖에 없다.
따라서 구조물(1)의 모서리 부분에 대각선 방향으로 바람 이동 통로(23)를 설치하면 구조물(1)의 각 층에서 모든 방향에 대해 바람 이동 통로(23)의 기능을 유지할 수 있다.
즉, 바람 이동 통로(23)가 구조물(1) 평면에 대하여 각 모서리에 대각선 방향으로 구비되면, 도 5의 (a) 와 같이 y축 방향의 바람이나 도 5의 (b)와 같이 x축 방향의 바람에 모두 대응할 수 있다.
도 6은 기류제어장치의 다른 실시예를 도시하는 평면도이고, 도 7은 바람 이동 통로에 도 6의 기류제어장치가 배치된 구조물을 도시하는 평면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 비틀림 모멘트 제어 방법을 도시하는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기류제어장치(24)는 회전축(241) 및 회전축(241)을 중심으로 회전하여 바람 이동 통로(23)를 선택적으로 개폐하는 회전체(242)로 구성할 수 있다.
상기 기류제어장치(24)는 도 4와 같이 도어 형태로 바람 이동 통로(23)를 개폐하도록 구성할 수도 있으나, 도 6과 같이 바람에 의한 저항에 의하여 통과되는 바람의 속도를 제어할 수 있는 회전체(242)를 바람 이동 통로(23) 내에 위치시키고 바람의 유입에 따라 회전체(242)가 같이 회전하도록 구성할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 회전축(241)과 회전체(242)를 포함하여 구성되는 기류제어장치(24)는 평면상 구조물(1)의 내부 모서리에 대각선 방향으로 형성되는 바람 이동 통로(23) 내에 구비될 수 있으며, 각 바람 이동 통로(23)마다 유입구(21)와 유출구(22) 측에 한 쌍씩 위치시킬 수 있다.
도 8을 참조하여 본 발명 적용시 구조물(1)에 작용하는 비틀림 모멘트를 제어하는 방법에 대하여 살펴본다.
구조물(1)에 반시계방향으로 비틀림 모멘트가 작용하는 경우, 도 8과 같이 구조물(1) 우측에 위치한 바람 이동 통로(23)를 개방하여 시계 방향으로 역 비틀림 모멘트를 유도할 수 있다. 이에 따라 반시계방향의 비틀림 모멘트를 일정 크기 상쇄시킬 수 있으므로 결과적으로 전체 구조물(1)의 비틀림을 감소시킬 수 있다.
상기 바람 이동 통로(23)의 일측에는 기류제어장치(24)의 일부가 수납되는 수납부(25)가 바람 이동 통로(23)와 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 기류제어장치(24)의 회전체(242)는 상기 회전축(241)의 외측면에 부착되는 복수의 패널로 구성 가능하다.
이때, 바람의 유입에 따라 회전체(242)가 회전할 경우, 회전축(241) 일측의 회전체(242)만 바람 이동 통로(23) 내에 위치하여 회전체(242)의 회전이 용이하도록 바람 이동 통로(23)의 일측에 수납부(25)를 형성할 수 있다.
상기 수납부(25)는 바람 이동 통로(23)의 외측으로 돌출되도록 구성할 수 있다.
도 6에서는 회전축(241)의 외측에 4개의 패널이 90도 간격으로 결합되어 회전체(242)를 구성하며, 회전축(241)은 바람 이동 통로(23)의 일측 면 상에 위치되도록 구성되었다. 바람 유입시 회전축(241) 일측의 패널만 바람 이동 통로(23) 상에 위치되어 회전축(241)을 회전시키며 다른 패널들은 수납부(25) 측으로 이동된다.
상기 풍진동 제어 유니트(2)에는 기류제어장치(24)에 구비된 회전체(242)의 회전에 의해 전력을 생산하는 전력생성모듈이 구비될 수 있다.
상기 전력생성모듈에서 생성된 전력은 회전체(242)를 선택적으로 고정하는 고정부(26)를 가동하거나 기타 사용자에 필요한 전력 등으로 사용 가능하다.
도면에는 미도시되었으나 상기 기류제어장치(24)의 회전축(241)에는 회전체(242)의 회전 속도를 제어하는 댐퍼가 구비될 수 있다.
상기 댐퍼는 회전축(241)의 회전에 저항력을 가함으로써 유입되는 바람의 속도를 감속시키는 역할을 할 수 있다.
이에 따라 유입구(21) 측 기류제어장치(24)에서 1차로 회전체(242)의 회전 속도를 감속하고 유출구(22) 측 기류제어장치(24)에서 2차로 회전체(242)의 회전 속도를 감속하여, 순차적으로 회전체(242)의 회전 속도를 감속할 수 있도록 구성함으로써 바람으로 인한 진동 및 소음 영향을 최소화할 수 있다.
상기 댐퍼는 유압 댐퍼 등을 사용 가능하다.
도 9는 고정부에 의한 기류제어장치의 작동 관계를 도시하는 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 풍진동 제어 유니트(2)에는 상기 회전체(242)를 선택적으로 고정하는 고정부(26)가 구비될 수 있다.
상기 고정부(26)에 의하여 회전체(242)의 회전 여부를 조절 가능하다.
상기 고정부(26)는 다양한 실시예가 가능하며, 도 9와 같이 회전체(242)가 걸려 회전하지 못하도록 하는 스토퍼로 구성할 수 있다.
즉, 도 9와 같이 수납부(25) 내측으로 스토퍼 형식의 고정부(26)를 슬라이딩 이동 가능하도록 구성할 수 있다.
구체적으로 도 9의 (a)는 스토퍼 형식의 고정부(26)가 개방되어 회전체(242)가 자유롭게 회전 가능한 상태를 도시한다. 그리고 도 9의 (b)는 수납부(25)의 양단부에 위치한 한 쌍의 고정부(26)가 각각 수납부(25) 내측으로 이동되어 회전체(242)의 양단을 지지함으로써 회전체(242)의 양방향 회전을 모두 정지시킨 상태를 도시한다.
이 밖에 상기 고정부(26)는 회전축(241)의 회전 자체를 정지시키는 마찰패드 등으로 구성하는 것도 가능하다.
도 10은 제어부에 의하여 제어되는 복수의 풍진동 제어 유니트를 도시하는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 풍진동 제어 유니트(2)는 구조물(1)의 각 모서리마다 복수 층에 설치되며, 각 풍진동 제어 유니트(2)의 기류제어장치(24)를 제어하는 제어부(3)가 더 구비되도록 구성할 수 있다.
이에 따라 바람의 방향 및 속도에 대응하여 구조물(1)의 층 높이나 평면상 위치에 따라 각 풍진동 제어 유니트(2)의 기류제어장치(24)를 제어함으로써, 구조물(1) 전체의 진동을 최소화할 수 있다.
아울러 풍진동 제어 유니트(2)를 구조물(1)에 분산 설치하여 구조물(1) 전체의 진동을 능동적으로 제어하는 것이 가능하다.
상기 풍진동 제어 유니트(2)는 매층마다 설치하는 것이 아니라 몇 개층마다 설치할 수 있다.
이로 인해 다른 층과 바람의 흐름이 달라져 와류 탈락에 의한 다른 층과의 공진을 방지할 수 있다.
도 11은 회전체 회전에 의한 풍향 계측 개념을 도시하는 도면이다.
상기 제어부(3)는 각 풍진동 제어 유니트(2)의 회전량을 비교하여 외풍의 풍속 및 풍향을 측정할 수 있도록 구성 가능하다.
즉, 각 풍진동 제어 유니트(2)에 구비된 기류제어장치(24)의 회전체(242)가 회전하는 정도에 따라 유입된 바람의 속도를 측정하는 것이 가능하다.
아울러 각 풍진동 제어 유니트(2)의 기류제어장치(24)에서 회전체(242)의 회전 유무, 회전 방향, 회전 속도를 계측하여 종합함으로써, 바람의 속도는 물론 도 11과 같이 바람의 풍향을 측정할 수 있다.
도 11의 (a) 내지 (c)를 참고하여 풍향 계측 개념에 대하여 설명한다.
편의상 북서측 풍진동 제어 유니트(2)를 제1유니트(2a), 북동측 풍진동 제어 유니트(2)를 제2유니트(2b), 남동측 풍진동 제어 유니트(2)를 제3유니트(2c), 남서측 풍진동 제어 유니트(2)를 제4유니트(2d)라 한다.
도 11의 (a)와 같이 구조물(1)에 남풍이 작용하면, 제3유니트(2c)와 제4유니트(2d)의 회전체(242)만 회전하게 된다. 이때, 제4유니트(2d)의 회전체(242)는 시계 방향, 제3유니트(2c)의 회전체(242)는 반시계방향으로 회전한다.
즉, 제4유니트(2d)와 제3유니트(2c)의 회전체(242)만 각각 시계 방향과 반시계방향으로 회전하면, 남풍이 불어오고 있는 것임을 알 수 있다.
그리고 도 11의 (b)와 같이 구조물(1)에 서풍이 작용하면, 제1유니트(2a)와 제4유니트(2d)의 회전체(242)만 회전하게 된다. 이때, 제1유니트(2a)의 회전체(242)는 시계 방향, 제4유니트(2d)의 회전체(242)는 반시계방향으로 회전한다.
즉, 제1유니트(2a)와 제4유니트(2d)의 회전체(242)만 각각 시계 방향과 반시계방향으로 회전하면, 서풍이 불어오고 있는 것임을 알 수 있다.
또한, 도 11의 (c)와 같이 구조물(1)에 남서풍이 작용하면, 제1유니트(2a)와 제3유니트(2c)의 회전체(242)만 회전하게 된다. 이때, 제1유니트(2a)의 회전체(242)는 시계 방향, 제3유니트(2c)의 회전체(242)는 반시계방향으로 회전한다.
즉, 제1유니트(2a)와 제3유니트(2c)의 회전체(242)만 각각 시계 방향과 반시계방향으로 회전하면, 남서풍이 불어오고 있는 것임을 알 수 있다.
상기 제어부(3)는 풍속과 풍향을 산출할 뿐만 아니라 계측된 풍속과 풍향에 따라 복수의 풍진동 제어 유니트(2)의 기류제어장치(24)를 선택적으로 구동하여 구조물(1)의 진동을 최소화하도록 능동적으로 제어할 수 있다.
즉, 계측된 풍속과 풍향에 의해 기류제어장치(24)가 설치된 층에 와류가 발생하는지 여부를 판단하고, 와류 발생시 기류제어장치(24)의 회전체(242)를 고정시켜 바람 이동 통로(23)를 폐쇄함으로써 구조물(1)에 작용하는 기류를 변화시키고 와류 및 진동을 방지할 수 있다.
본 발명의 풍진동 제어 시스템은 유입구, 유출구 및 바람 이동 통로로 구성된 풍진동 제어 유니트를 구조물에 구비함으로써 구조물의 풍진동을 제어할 수 있다. 또한, 바람 이동 통로가 구성되어 구조물에 부딪히는 바람을 일부 배출할 수 있으므로, 구조물 외측면에 가해지는 풍하중을 줄일 수 있으며, 바람 이동 통로의 개폐 여부를 적절히 조절하면 와류로 인한 진동주기를 변화시켜 건물 전체의 공진을 방지할 수 있다. 아울러 풍진동을 제어하면서도 풍속과 풍향을 실시간 계측하고 이를 이용하여 자동으로 건물 진동이 제어될 수 있어 시시각각 변하는 풍하중에 능동적으로 대처할 수 있다는 점에서 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (10)

  1. 구조물(1)의 일측 면에 구비되는 것으로 바람이 유입되는 유입구(21);
    상기 구조물(1)의 다른 측면에 구비되는 것으로 유입된 바람이 유출되는 유출구(22); 및
    상기 구조물(1)의 내부에 구비되는 것으로 일단은 유입구(21)와 연통되고, 타단은 유출구(22)와 연통되어 유입된 바람이 이동하는 바람 이동 통로(23); 로 구성되는 풍진동 제어 유니트(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 바람 이동 통로(23)의 내부에는 바람 이동 통로(23)를 선택적으로 개폐하는 기류제어장치(24)가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 바람 이동 통로(23)는 평면상 구조물(1)의 내부 모서리에 대각선 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 기류제어장치(24)는 회전축(241) 및 회전축(241)을 중심으로 회전하여 바람 이동 통로(23)를 선택적으로 개폐하는 회전체(242)로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 바람 이동 통로(23)의 일측에는 기류제어장치(24)의 일부가 수납되는 수납부(25)가 바람 이동 통로(23)와 연통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  6. 제4항에서,
    상기 회전체(242)를 선택적으로 고정하는 고정부(26)가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  7. 제4항에서,
    상기 풍진동 제어 유니트(2)에는 기류제어장치(24)의 회전체(242)의 회전에 의해 전력을 생산하는 전력생성모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  8. 제2항에서,
    상기 풍진동 제어 유니트(2)는 구조물(1)의 각 모서리마다 복수 층에 설치되며, 각 풍진동 제어 유니트(2)의 기류제어장치(24)를 제어하는 제어부(3)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 제어부(3)는 각 풍진동 제어 유니트(2)의 회전량을 비교하여 외풍의 풍속 및 풍향을 측정하는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
  10. 제4항에서,
    상기 기류제어장치(24)의 회전축(241)에는 회전체(242)의 회전 속도를 제어하는 댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 풍진동 제어 시스템.
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