국내의 급속한 경제적 성장에 따라 철골조 고층아파트와 주상복합의 고층 건물 건설이 증대되는 추세이다. 이로 인해 사용성에 강풍에 의한 관심이 고조되고 있다. 그러나 철골조 타워전망대 및 고층건물은 세장비가 크고 중량, 감쇠율의 감소로 인하여 풍하중에 의해 예민하게 진동한다. 특히 건축물의 최상층의 응답가속도가 일정 수준 이상을 초과하면 거주자가 불쾌감을 느끼는 것처럼 진동의 취약성을 갖고 있다. 이는 구조적 안정성 문제뿐만 아니라 거주성능이나 사용성 문제와도 직결된다. 그렇기 때문에 설계단계에서의 사용성 검토는 매우 중요하다. 설계단계에서의 사용성 검토는 해외기준이나 풍동실험을 이용하여 일정재현주기별 응답가속도를 산정하여 검토할 수 있으나 이때에 신뢰성 있는 응답가속도를 얻기 위해서는 정확한 고유진동수의 예측이 매우 중요하다. 그러나 현재 국내의 건축물의 진동에 대한 사용성 기준이 제시되지 않기 때문에 해외기준을 참고하여 엔지니어링의 판단에 맡기는 실정이다. 또한 고유진동수는 설계단계에서 일반적으로 고유치해석을 통해서 산정할 수 있지만 비구조재의 모델링 등의 어려움으로 실제 건물의 정확한 고유진동수를 예측하는데 어려움이 있다. 해외의 연구결과에 의하면 계측치에 의한 고유진동수가 해석치보다 평균적으로 20%전후로 큰 것으로 보고되고 있다. 이러한 응답가속도를 산정하기 위해서는 현재 고가의 진동계측 장비를 이용하여 계측하고 의존하고 있는 실정이다. 그러나 현재의 진동계측 장비는 고가이며 센서, 리드와이어, 증폭기, Acquisition 등의 진동계측장비가 필요하고, 설치시간 또한 오래 걸리며 전문지식을 갖춘 전문가를 필요로 한다. 그러나 이 논문에서는 저가의 비용과 짧은 준비기간으로 수월하게 진동계측을 실시할 수 있는 휴대용 진동계측기를 통한 고층건물과 타워전망대를 대상으로 상시진동계측을 10~15회 실시하여 시계열파형, 파워스펙트럼, 고유진동수를 분석하였다. 파워스펙트럼에서 분석되는 고유진동수를 바탕으로 경간별 고유진동수 상관관계와 구조시스템에 따른 경간과 고유진동수의 상관관계를 분석하였다. 이 논문을 요약하면 다음과 같다.
1. 휴대용 진동계측기의 정밀도를 검토하기 위하여 실험을 실시하였다. 건물의 고유진동수가 저 진동대역에 있으므로 0.3Hz 0.5Hz, 1Hz의 진동대역으로 설정하고 휴대용 진동계측기의 Sampling Rate를 10㎐로 설정한 후 계측시간을 409.6로 설정하여 ICP타입의 계측장비와 진동대를 통하여 3차례씩 실험하였다. 진동대 실험을 통하여 얻은 시계열파형과 고유진동수를 비교분석한 결과 0.00%~1.00%의 근사한 오차율을 나타냈으며 일부 데이터는 휴대용 진동계측기가 조금 더 명확히 나타남으로써 휴대용 진동계측 시스템의 적용성에 대하여 검증하였다.

2. 선행연구에 계측대상으로 선정한 서울과 부산 및 인천의 장방형 고층건물 중 비정형 건물과 사용용도로 인하여 계측허가를 받지 못한 건물을 제외한 13개동의 고층건물을 선정하였다.
계측조건은 기존 진동계측기의 샘플링 간격이 13Hz인 선행연구와 조건을 최대한 비슷하게 하기 위하여 데이터 샘플링 간격은 10Hz로 하여, FFT 진동수 대역은 5Hz로 설정하였다. 또한 현장 계측 여건과 계측된 파형의 명료도 등을 감안하여 앙상블당 샘플수는 4,096로 하였고, 앙상블 수는 10~12회로 설정하였다.
구조시스템은 철근콘크리트, 철골조, 철골철근콘크리트조로 구분하고 가새골조 형식이 5개동, 모멘트골조 형식 2개동, 이중골조 형식이 2개동, 아웃리거 형식이 2개동, 입체형식이 1개동, 튜브 형식이 1개동, 벨트트러스 형식이 1개동의 진동계측을 실시하였다.

3. 국내 완공된 244개소 타워전망대 중 전망을 주목적으로 하는 타워형 전망대를 대상으로 계측여건과 구조시스템을 고려하여 10개소의 타워전망대를 선정하였다. 계측조건은 고층건물의 진동계측조건과 동일하며, 구조시스템은 철근콘크리트, 철골, 철골철근콘크리트조로 구분하였고 RC조 2개소, S조 6개소, SRC조 2개소 진동계측을 실시하였다. 계측데이터를 분석한 결과 타워의 높이에 따른 고유진동수의 상관관계를 확인하였다.

4. 선행연구에 계측대상으로 선정한 고층건물 중 계측여건 등을 고려하여 9개동의 고층건물을 선정하여 고유진동수를 기존 진동계측기를 통한 고유진동수와 비교 분석하였다. 건물의 높이가 높을수록 고유진동수가 감소하는 경향을 알 수 있었으며, 선행연구의 계측데이터와 비교분석한 결과 오차율은 단변의 경우 0.00% ~ 11.76%, 장변의 경우 0.00% ~ 16.66%로 단변의 평균 오차율은 8.32%이고, 장변의 평균 오차율은 5.90%로서 단. 장변 통합 7.11%로서 공학적으로 휴대용 진동계측기의 적용 가능성을 확인하였다.

5. 타워전망대의 10개소의 고유진동수를 바탕으로 높이별 고유진동수의 상관관계를 분석하였으며, 전체 계측데이터에 근거하여 산정하고, 제안식의 간편화를 위하여 고유진동수를 고유주기의 회귀식으로 제안하였다. 상관계수의 값은 0.94로서 고유주기와 건물의 높이와는 선형의 비례관계를 가지는 것을 확연히 알 수 있으며, T = 0.0226H의 근사식으로 나타났다. 이를 기존의 선행연구 및 해외기준에 명시되어 있는 고유주기 제안식 중 회귀분석을 통해 구한 경험식을 선별하여 비교하였다. 비교분석 결과 철골철근콘크리트구조에 대한 사용성 제안식인 Ellis 연구의 계측데이터에 대한 회귀식인 T=0.022H와 윤성원의 강구조 건물 제안식 T=0.024H와 가장 일치하는 것을 알 수 있다. 반면 나머지 국내외 기준식은 초고층건물의 고유주기 제안식이기 때문에 타워의 제안식과 차이가 큰 것을 알 수 있다. 추후 타워 전망대 설계시 구조시스템과 높이별 고유주기 제안식을 참고해야 할 것으로 판단된다.

In line with the rapid growth of Korean economy, the construction of steel frame tall apartments and high-rise residential buildings is increasing these days, which draws more attention to strong wind. Meanwhile, steel frame observatory towers and tall buildings are keenly affected by wind response due to their large slenderness ration, weight and small decay rate. Especially when the response acceleration of the top floor of building exceeds some degree, it becomes vulnerable to vibration causing uncomfort to inhabitants there. This is related directly to not only structural safety, but also living performance and serviceability. So, serviceability review becomes very important at design phase. Serviceability review can be done by applying response acceleration through foreign standard or wind tunnel test and it is very important to anticipate accurate natural frequency to get reliable response acceleration. Since there has been no domestic serviceability standard concerning vibration of buildings, we rely mostly on the judgement of engineering by overseas standard. Also, the natural frequency can be calculated generally through eigenvalue analysis at design phase, but the accurate anticipation of natural frequency of building can be hard due to the difficulty in modeling of non structural elements. According to overseas study results, it has been reported that the natural frequency by measured value is bigger than that by analyzed value by 20 % more or less. We depend on vibration detecting system in calculating response acceleration. However, the detecting system is expensive and required other equipment such as sensor, lead wire, amplifier, Acquisition, etc. and needs long time for installation and experts to read it. In this thesis, we analyzed time series wavy pattern, power spectrum and natural frequency by executing 10 -15 times of natural frequency measurements on tall buildings and observatory towers by using portable vibration detector which requires low cost and little time for preparation. Based on the natural frequency acquired from power spectrum, natural frequency correlation by clear span and the correlation between clear span and natural frequency by structural system are analyzed. This thesis can be summarized as below:

1. The precision of portable vibration detector was tested. Since the natural frequency of building is generally low, the vibration band was set at 0.3Hz, 0.5Hz and 1Hz, and the sampling rate of portable vibration detector at 10Hz with measurement time at 409.6. With these settings, we conducted tests 3 times through ICP type measurement equipment and vibration band. The result from the comparison of time series wavy pattern with natural frequency acquired from shaking table test showed a very close error rate of 0.00%~1.11% and portable detector demonstrated better performance thereby verifying its applicability.

2. 13 tall buildings are selected amongst rectangular buildings selected in Seoul, Busan and Incheon in the preceding research. For more similar test condition to that of preceding research, the data sampling gap was adjusted to 10Hz and vibration band to 5Hz. Also, considering the measurement condition at test spot and clarity of measured wavy pattern, the number of samples per ensemble was set at 4.096 and number of ensembles at 10-12. Structural systems were divided into reinforced concrete, steel frame and steel framed reinforced concrete and vibration measurement was conducted on 5 braced frames, 2 moment frames, 2 dual frames, 2 outrigger frames, 1 three-dimensional frame, 1 tube frame and 1 belt turss frame.

3. Amongst 244 domestic observatory towers focused mainly on observatory purpose, 10 observatory towers were selected considering measurement condition and structural system., The measurement condition was equal to that of tall buildings and structural system was divided into reinforced concrete, steel frame and steel framed reinforced concrete, and vibration measurement was conducted on 2 RC groups, 6 S groups and 2 SRC groups. We could verify the correlation between the height of tower and natural frequency from the analysis of the measured data.

4. 9 tall buildings, amongst those selected as measurement targets in the preceding research, were selected for a comparison of their natural frequency with those detected from other vibration detectors. The natural frequency showed the tendency of decrease as the height of the measured building gets higher. The result from the comparison of the data with those from preceding research showed error rates of -1.52%~-11.15% in short base(6.33% in average), 0.00%~11.90% in long base(5.95% in average), integrated error rate being 6.14%, thereby verifying the applicability of portable vibration detector.

5. Based on natural frequencies of 10 observatory towers, an analysis on the correlation between natural frequency and height of buildings was conducted and the natural frequency was suggested as regression equation of natural period for the purpose of simplification of suggestion equation. The coefficient of correlation being 0.94, there was a lineal proportional relation between natural period and the height of building, thereby drawing the approximate expression; T = 0.0226H. The result was compared with empirical formula derived from regression analysis among the natural period suggestion equations specified in preceding research and foreign standards. We found out that the regression equation of the measured data from Ellis'' study, T = 0.022H and the suggestion equation for steel structure buildings, T = 0.024H were in most accord with each other. Meanwhile, there was a huge gap between the suggestion equation of towers and other domestic and foreign equations, since the latter are natural period suggestion equations for skyscrapers. It is considered that the natural period suggestion equation by structural system and height be referred to in future designs fo observatory towers.