지표면조도와 풍속고도분포계수의 관계

지표면조도는 지표면의 거칠기 상태로서 바람의 속도가 수목이나 건축물의 높이와 밀집상태에 의해 마찰이 생기면서 감소되는 효과를 반영하기 위해 A, B, C, D의 4개 등급으로 구분한 것입니다.

지표면에 수목이나 건축물이 촘촘할수록 바람의 진행을 방해하는 효과가 커서 지표면에서의 풍속도 크게 낮아집니다. 또한 이러한 수목이나 건축물이 높을수록 이 효과는 더욱 커집니다.

이러한 지표면에서 풍속은 가장 낮고 위로 점차 올라갈수록 증가합니다.

■에서와 같이 일정 높이 이하에서는 그 수준에서 가장 불리한 높이 수준에서의 풍속이 동일하게 작용하는 것으로 단순화시킨 일정한 풍속을 설계풍속을 산정하고 있습니다. 이 높이를 '대기경계층 시작높이(z_b)'라고 합니다. 지표면조도 A에서는 20m, B에서는 15m, C에서는 10m,  D에서는 5m로 정하고 있습니다.

■는 '기준경도풍 영역'으로서 지표면의 영향을 받지 않고 풍속이 거의 일정하고 높은 영역입니다. 이 기준경도풍과 대기경계층의 경계를 '기준경도풍 높이(Z_g)'라고 합니다. 지표면조도 A에서는 550m, B에서는 450m, C에서는 350m,  D에서는 250m로 정하고 있습니다.

■에서와 같이 대기경계층 시작높이보다 높고 기준경도풍 높이보다 낮은 구간을  '대기경계층 영역'이라고 합니다. 지표면의 영향을 받아 마찰력이 작용함으로써 높이에 따라 풍속이 변하는 영역입니다. 건축물 높이(z)가 '대기경계층 시작높이' 보다 높거나 낮은 구간에서는 이에 해당하는 풍속고도분포계수를 반영하여 적용하여 설계풍속을 산정합니다.

지표면 조도구분	주변지역 지표면상태	Kzr		zb	Zg	α
		z ≤ zb	zb < z ≤ Zg
A	대도시 중심부에서 고층건축물(10층 이상)이 밀집해 있는 지역	0.58	0.22zα	20m	550m	0.33
B	수목⋅높이 3.5 m 정도의 주택과 같은 건축물이 밀집해 있는 지역 중층건물(4~9층)이 산재해 있는 지역	0.81	0.45zα	15m	450m	0.22
C	높이 1.5~10 m 정도의 장애물이 산재해 있는 지역 수목⋅저층건축물이 산재해 있는 지역	1.0	0.71zα	10m	350m	0.15
D	장애물이 거의 없고, 주변 장애물의 평균높이가 1.5 m 이하인 지역 해안, 초원, 비행장	1.13	0.98zα	5m	250m	0.10

즉, 지표면의 거칠기 정도는 지표면 근처 높이에서 설계풍속 강약에도 영향을 주지만, 대기경계층 시작높이와 기준경도풍 높이에도 영향을 줍니다.

태풍이 불어올 때, 해상에서 해수온도가 높으면 에너지가 축적되어 세력이 커지고 풍속도 증가하며, 일단 육상으로 진입하면서는 지표면 거칠기에 따른 마찰력으로 에너지를 점차 빼앗겨 세력이 약해지고 풍속도 감소하며, 결국 육상에서 소멸하기도 합니다. 그러나 이 약해진 에너지량은 결국 마찰력을 제공하는 수목, 지형, 건축물들이 받아들여 견뎌야 하는 외력 즉 풍하중이 됩니다.

 

 

건축물 구조설계에 적용하는 풍속은?