세계적으로 국민들의 문화수준이 향상되면서 레저, 스포츠 등에 대한 관심이 증가하였고, 이로 인해 200m-300m 전후인 장경간의 대공간 구조물에 대한 관심과 수요가 높아지고 있다. 개폐식 지붕 구조물은 크게 강성과 연성 구조물로 나뉜다. 그 중 경량의 막을 사용하는 연성 개폐식 지붕 구조물은 강성 지붕 구조물에 비해 경제적인 구동 에너지, 상대적으로 적은 유지비와 짧은 개폐시간이라는 장점을 가지며 케이블 구조를 사용하는 특성상 적은 하중으로 넓은 공간의 지붕을 덮을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 잘 정립된 크레인 기술에 의해 쉽게 접근이 가능했던 강성 개폐식 지붕과 달리 연성 개폐식 지붕은 많은 시행착오가 있었다. 국내외 연성 대공간 구조물은 경량화된 지붕 구조 및 재료를 사용하는 특징으로 인해 강풍에 의한 많은 피해가 발생하였다. 국내의 경우 제주월드컵경기장, 인천문학경기장, 그리고 부산아시아드경기장 등 강풍에 의한 지붕의 파손 및 붕괴사례가 발생하였고, 국외의 경우 Georgia Dome, Metro Dome, Montreal Olympic Stadium 등을 포함하여 다수의 경기장 지붕이 찢기거나 붕괴되는 사례가 발생하였다.
앞선 피해사례에서 볼 수 있듯이 연성 대공간 구조물은 특히 풍하중이 구조 안전성에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있다. 바람에 의한 외장재의 손상은 풍압력의 피크치에 의하여 발생한다. 일반적으로 단순한 형태의 건축물 외장재에 작용하는 피크 풍압력을 산정하기 위해서는 국내외의 내풍 관련 기준들을 사용할 수 있지만 연성 대공간 구조물과 같은 형태가 특이한 경우에는 풍동실험을 통한 피크 풍압력의 정량적인 산정이 필요하게 된다. 연성 개폐식 대공간 구조물은 상황에 따라 개방 또는 닫힌 상태로 운영이 되기 때문에 개폐 상태에 따른 풍하중을 고려해야한다. 그러나 현행 풍하중 기준은 개방형 지붕에 대한 풍압계수를 제시하고 있지 않기 때문에 개방 상태에 따른 풍하중을 예측하기에는 한계가 있다.
따라서 개폐식 대공간 구조물에 대한 안정적이고 경제적인 설계와 설계단계에서의 시행착오를 줄이기 위해서는 개방형 지붕에 대한 적절한 풍압계수를 산정할 필요성이 있다.

따라서 이 논문에서는 풍하중 기준과 동일한 조건으로 비교할 수 있도록 원형 형태의 개폐식 지붕으로 모형을 제작하고 풍동실험을 실시하였으며, 결과를 바탕으로 현행 풍하중 기준(KBC2015, AIJ-RLB2015)과 비교하여 밀폐형 및 개방형 지붕에 대한 기준의 적용성을 검토하였다. 또한 개폐율에 따른 지붕의 풍압 특성을 이용하여 개방형 지붕에 대한 새로운 풍압계수를 제안하였다. 이 논문을 요약하면 다음과 같다.

1. 밀폐형 지붕과 개방된 지붕의 기류 흐름 특성을 분석하기 위해 주 골조용 풍압계수로 사용되는 평균풍압계수를 분석하였다. 그 결과 실험에 이용된 원형 개폐식 돔 지붕은 부압이 지배적으로 발생되는 것을 확인하였다. 밀폐형(개폐율 0%) 지붕의 경우 기류의 전단 박리에 의해 지붕의 단부의 평균풍압계수는 최대 ?1.6으로 돔 중심부의 값 ?0.7 비해 최대 2.3배 크게 나는 반면 개방된 지붕(개폐율 10%, 30%, 50%)의 경우 지붕 단부와 돔 중심부의 차이는 최대 1.2배로 기류의 전단 박리에 의한 와류의 영향이 감소되는 것을 확인하였다.

2. 밀폐형 지붕과 개방된 지붕의 기류 흐름 특성을 분석하기 위해 외장재용 풍압계수로 사용되는 피크풍압계수(최대 및 최소풍압계수)를 분석하였다. 최대풍압계수 분석 결과 밀폐형 지붕에서 가장 큰 최대풍압계수는 0.9로 나타난 반면, 개폐율 10% 지붕의 경우에서는 밀폐형 지붕에 비해 1.3배 증가된 1.2의 값을 보였으며 개폐율 30%와 50%의 지붕에서는 밀폐형 지붕과 동일한 0.9의 값을 보여 지붕이 개방될 경우 정압의 영향이 커질 수 있을 것으로 사료되었으며, 최소풍압계수 분석 결과 밀폐형 지붕에서 가장 큰 최소풍압계수는 ?3.1로 나타난 반면, 개폐율 10% 지붕의 경우에서는 밀폐형 지붕에 비해 1.6배 작은 -1.9의 값을 보였으며 개폐율 30%와 50%의 지붕에서는 ?1.6의 값으로 부압의 영향이 감소된 결과를 보였다.

3. 현행 풍하중 기준(KBC2016 및 AIJ-RLB(2015))의 외장재용 피크풍압계수(최대 및 최소풍압계수)와 실험값을 비교해본 결과 개방된 지붕에서 최대풍압계수의 경우 실험값이 기준에 비해 최대 2.3배 크게 나타나 기준이 과소평가될 수 있음을 확인하였고 최소풍압계수의 경우 실험값이 기준에 비해 2.1배 작게 나타나 기준이 과대평가될 수 있음을 확인하였다. 또한 기준에서 제시하는 가장 불리한 조건인 외압+내압계수(이 논문에서 설정된 가장 불리한 조건은 외측면에서 최대풍압계수, 내측면에서 최소풍압계수)를 비교해본 결과 실험값이 기준에 비해 개폐율 30% 지붕에서 2.2배, 개폐율 50% 지붕에서 2.1배 크게 나타나 기준이 과소평가되는 것을 확인하였다.

4. 개방된 지붕에 대한 외장재 설계용인 피크풍압계수(최대 및 최소풍압계수)가 실험 데이터의 풍압계수 분석과 기준비교에 근거하여 제안되었다. 개방된 지붕의 영역은 두 영역(Zone 1과 Zone 2)으로 고려되었으며 Zone 1은 지붕 단부로부터 30% 이격된 거리로 정의 되었고 zone 2는 돔 중심을 포한한 나머지 영역으로 정의되었으며 H/D별 두 영역에서 가장 크게 나타난 실험값을 기준으로 제안하였다. 정의 피크풍압계수(최대풍압계수)는 Zone 1에서 0.1~1.2범위의 값을 보였고 Zone 2에서 0.0~0.2의 값을 보였으며, 부의 피크풍압계수(최소풍압계수)는 Zone 1에서 ?1.4~-1.9의 값을 보였고 Zone 2에서 ?1.2~-1.4의 값을 보였다.

As the cultural level of the people around the world has improved, interest in leisure, sports, etc. has increased, increasing the interest and demand for large span structures around 200m-300m. Retractable roof structures are largely divided into rigid and flexible structures. Among them, a flexible retractable roof using a light membrane has advantages such as an economical drive energy, a relatively low maintenance ratio and a short opening / closing time, compared with a rigid retractable roof structure, Due to the characteristics of using the cable structure, it is possible to cover the roof of a wide space with a small load. However, unlike the rigid retractable roof, which was easily accessible by well-established crane technology, the flexible retractable roof had many trial and error. Domestic and overseas flexible spatial structures have been heavily damaged by strong winds due to the use of lightweight roof structures and materials. In Korea, roof damage and collapse caused by strong winds such as Jeju World Cup Stadium, Incheon Munhak Stadium, and Busan Asiad Stadium occurred, and outside the country, many of the stadium roofs were collapsed, including Georgia Dome, Metro Dome, and Montreal Olympic Stadium.
As shown in the previous damage cases, flexible spatial structures have a significant impact on structural safety due to wind loads. Damage to wind-induced cladding is caused by peak wind pressure. In general, wind load design criteria can be used to estimate the maximum wind pressure acting on a simple type of building envelope. However, when the shape is the same as the spatial structure, it is necessary to quantitatively estimate the peak wind pressure of the wind tunnel test. Flexible retractable roof is operated open or closed depending on the circumstances, so wind loads should be considered depending on the opening and closing conditions. However, the current wind load design code does not provide a wind pressure coefficient for open roofs, so there is a limit to predicting wind load according to open conditions. Therefore, it is necessary to calculate the appropriate wind pressure coefficient for open roofs to reduce trial and error in the stable and economical design and design phases for open-spatial structures. Therefore, in this thesis, a circular retractable dome roof model was constructed to compare with the wind load standard and the wind tunnel test was conducted. The results were compared with current wind load standard (KBC2015, AIJ-RLB2015) and the applicability of the standard was examined. In addition, a new wind pressure coefficient for open roofs was proposed using the wind pressure characteristics of the roofs according to the opening and closing rate. The summary of this paper is as follows.

1. In order to analyze the flow characteristics of air flow from closed and open roofs, the mean wind pressure coefficient for the design of structural frames was analyzed. As a result, the circular dome roofs used in the experiment showed that negative pressure was dominant. The average wind pressure coefficient at the edge of the roof is up to ?1.6 due to Separation of flow for closed roofs. In the case of open roofs (opening ratio of 10%, 30%, and 50%), the difference between the roof edge and the center of the dome is maximum 1.2 times, and the influence of the vortex due to the separation of the flow is reduced.

2. Peak wind pressure coefficient (maximum and minimum wind pressure coefficient) used as wind pressure coefficient for the design of cladding was analyzed to characterize flow between closed and open roofs. The analysis of the maximum wind pressure coefficient shows that the largest maximum wind pressure coefficient for a closed roof was 0.9 while for a opening ratio of 10% was 1.3 times higher than that for a closed roof. And roofs with a opening ratio of 30% and 50% the same value as the closed roof, it was deemed that if the roof was opened, the static pressure could increase. Analysis of the minimum wind pressure coefficient shows that the largest minimum wind pressure coefficient for a sealed roof was ?3.1, whereas for a opening ratio of 10% was 1.6 times smaller than that for a closed roof. And the effect of the negative pressure was reduced to -1.6 at opening ratio of 30% and 50% roofs.

3. Experimental results were compared with the peak wind pressure coefficient (maximum and minimum wind pressure coefficient) for cladding of current wind load standard (KBC2016 and AIJ-RLB (2015)). In the case of the maximum wind pressure coefficient at the open roof, the experimental value was 2.3 times larger than the standard value, which proved that the standard could be underestimated. In case of the minimum wind pressure coefficient, the experimental value was 2.1 times smaller than the standard value, and it was confirmed that the standard value could be overestimated. In addition, the most unfavourable condition, the external pressure plus the internal pressure coefficient, was compared with the experimental value.(the most unfavorable condition set in this paper is the maximum wind pressure at the external roof and the minimum wind pressure at the internal roof). The experimental value was 2.2 times higher than the wind load standard when the openings ratio of 30%, and 2.1 times higher when the openings ratio of 50%. Therefore, it was found that the standard were underestimated.

4. Peak wind pressure coefficient (maximum and minimum wind pressure coefficient) for the design of cladding for open roofs were proposed based on wind pressure coefficient analysis of the experimental data and standard comparisons.The area of the open roof was considered as two areas (Zone 1 and Zone 2) and Zone 1 is defined as a 30% distance from the edge of the roof and zone 2 is defined as the remaining area covering the center of the dome. and the proposal values were then based on the largest experimental values in both areas by H/D. The positive peak wind pressure coefficient (maximum wind pressure coefficient) was expressed in the range 0.1 to 1.2 at Zone 1 and in the range 0.0 to 0.2 at Zone 2. The negative peak wind pressure coefficient (minimum wind pressure coefficient) was expressed in the range -1.4 to -1.9 at Zone 1 and in the range -1.2 to -1.4 at Zone 2.