목차
Ⅰ. 총칙ㆍ설계방침
제1장 총칙
1.1 개요 ... 3
1.2 적용범위 ... 5
1.3 풍력발전기의 기초지식 ... 6
1.3.1. 풍력발전기 개요 ... 6
1.3.2. 블레이드 ... 8
1.3.3. 증속기 ... 9
1.3.4. 발전기 ... 9
1.3.5. 계통연계 ... 9
1.3.6. 운전제어 ... 10
1.3.7. 운전특성 ... 11
1.4 용어정의 및 해설 ... 12
1.5 기호 설명 ... 23
1.6 좌표계 ... 39
제2장 설계의 흐름
2.1 구조설계의 기본 방침 ... 41
2.2 하중의 종류 및 조합 ... 49
2.3 하중평가 ... 51
2.3.1. 기본 개념 ... 51
2.3.2. 설계풍속의 평가 ... 53
2.3.3. 풍하중의 평가 ... 55
2.3.4. 지진하중의 평가 ... 58
2.3.5. 그 외 하중의 평가 ... 60
2.4 구조계산 ... 62
2.4.1. 기본 개념 ... 62
2.4.2. 타워 구조계산 ... 63
2.4.3. 정착부 구조계산 ... 66
2.4.4. 기초 구조계산 ... 68
Ⅱ. 하중평가
제3장 설계풍속의 평가
3.1 설계풍속 평가의 기본 ... 73
3.1.1. 적용범위 ... 73
3.1.2. 바람조건평가의 기본 ... 74
3.2 폭풍시 풍하중 평가를 위한 50년 재현기대풍속의 평가 ... 75
3.2.1. 50년 재현기대풍속의 평가 ... 75
3.2.2. 50년 재현풍속시 난류강도의 평가 ... 85
3.3 피로하중평가를 위한 평균풍속출현빈도분포 및 풍속별 난류강도의 평가 ... 90
3.3.1. 평균풍속출현빈도 ... 90
3.3.2. 풍속별 난류강도 ... 93
3.4 그 외의 난류통계량 ... 94
3.4.1. 변동풍속의 파워스펙트럼밀도와 길이스케일 ... 94
3.4.2. 난류의 공간상관 ... 95
제4장 풍하중 평가
4.1 풍하중 평가의 기본 ... 98
4.1.1. 기본 개념 ... 98
4.1.2. 폭풍시의 최대풍하중 ... 100
4.1.3. 발전시 최대풍하중 ... 102
4.1.4. 발전시 연평균 풍하중 ... 103
4.2 풍력계수의 평가 ... 103
4.2.1. 기본개념 ... 103
4.2.2. 블레이드의 평균풍력계수 ... 104
4.2.3. 너셀의 평균풍력계수 ... 110
4.2.4. 타워의 평균풍력계수 ... 116
4.2.5. 너셀의 피크풍력계수 ... 118
4.3 폭풍시의 최대풍하중의 평가 ... 123
4.3.1. 폭풍시 풍하중 산정의 개념 ... 123
4.3.2. 최대풍하중시의 풍력발전기 자세의 정의 ... 124
4.3.3. 풍력발전기 본체의 치수와 질량 ... 126
4.3.4. 1차고유진동수와 1차모드형의 산정 ... 129
4.3.5. 풍하중위 산정 ... 134
4.3.6. 거스트영향계수의 산정 ... 140
4.3.7. 바람바향과 바람직교방향의 풍하중 조합 ... 149
4.3.8. 로터유전시 풍하중의 저감 ... 151
4.3.9. 최대 비틀림모멘트의 산정 ... 152
4.3.10. P-△효과의 평가 ... 153
4.4 발전시 풍하중의 평가 ... 154
4.4.1. 발전시 풍하중 산정의 개념 ... 154
4.4.2. 발전시 최대풍하중의 평가 ... 161
4.4.3. 발전시 평균풍하중 및 연평균치의 평가 ... 169
4.5 발전시 피로하중의 평가 ... 171
4.5.1. 피로하중평가의 기본 ... 171
4.5.2. 풍력발전기의 공력탄성모델 ... 175
4.5.3. 풍력발전기의 제어모델 ... 177
4.5.4. 바람모델 ... 188
제5장 지진하중의 평가
5.1 지진하중 평가의 기본 ... 195
5.1.1. 기본 개념 ... 195
5.1.2. 시간이력응답해석에 의한 지진하중평가의 순서 ... 197
5.2 공학적 기반면에서의 지진동과 지진지역계수 ... 199
5.2.1. 공학적 기반면에서의 수평지진동 ... 199
5.2.2. 공학적 기반면에서의 상하지진동 ... 200
5.2.3. 지진지역계수 ... 201
5.3 입력지진동의 평가 ... 203
5.3.1. 기본 개념 ... 203
5.3.2. 스펙트럼적합파 ... 204
5.3.3. 관측지진파 ... 210
5.3.4. 사이트파 ... 211
5.3.5. 표층지반에 의한 증폭 ... 212
5.4 시간응답해석에 의한 지진하중 평가 ... 222
5.4.1. 풍력발전기 타워ㆍ기초ㆍ지반의 모델화 ... 222
5.4.2. 직접기초용 지반스프링의 평가 ... 226
5.4.3. 말뚝기초용 지반스프링과 감쇠계수 설정 ... 232
5.4.4. 고유치해석 ... 244
5.4.5. 응답해석 ... 247
5.4.6. 지하진도의 산정 ... 249
5.4.7. 말뚝응답 평가 ... 250
5.5 부가적인 하중효과 ... 254
5.5.1. P-△ 효과 ... 254
5.5.2. 비틀림 영향 ... 255
5.5.3. 상하동 영향 ... 256
5.5.4. 하중조합 ... 257
제6장 그밖의 하중
6.1 그밖의 하중평가의 기본 ... 260
6.2 고정하중과 적재하중의 평가 ... 261
6.3 적설하중의 평가 ... 261
6.3.1. 기본 개념 ... 261
6.3.2. 설계수직적설량 ... 262
6.3.3. 너셀상면에 작용하는 적설하중의 평가 ... 262
6.4 파랑하중의 평가 ... 264
6.4.1. 적용범위 및 파랑하중 평가에 대한 사고법 ... 264
6.4.2. 해상조건의 설정 ... 266
6.4.3. 파도의 운동 평가 ... 288
6.4.4. 파력의 평가 ... 298
6.5 정수압 ... 323
Ⅲ. 구조계산
제7장 타워 구조계산
7.1 타워 구조계산의 기본 ... 329
7.1.1. 적용범위 ... 329
7.1.2. 타워 형식 ... 329
7.2 타워 설계조건 ... 330
7.2.1. 하중 ... 330
7.2.2. 사용재료 및 재료 정수 ... 331
7.2.3. 기준강도 ... 334
7.2.4. 허용응력도 ... 335
7.2.5. 고장력볼트 공경 ... 337
7.3 강재타워의 구조계산 ... 339
7.3.1. 구조계산의 개념 ... 339
7.3.2. 볼트 허용내력 ... 339
7.3.3. 이음부의 내력평가 ... 347
7.3.4. 타워 몸통의 구조계산 ... 358
7.3.5. 개구부의 구조계산 ... 367
7.3.6. 타워 각부의 구조계산 ... 375
7.4 피로손상도 평가 ... 378
7.4.1. 피로손상도 평가의 개념 ... 378
7.4.2. 타워 몸통 용접부의 피로손상도 평가 ... 381
7.4.3. 볼트의 피로손상도 평가 ... 384
제8장 정착부의 구조계산
8.1 정착부 구조계산의 기본 ... 395
8.1.1. 적용범위 ... 395
8.1.2. 정착부의 형식 ... 396
8.2 정착부의 설계 조건 ... 398
8.2.1. 기본 개념 ... 398
8.2.2. 하중 ... 399
8.2.3. 사용 재료 및 재료 정수 ... 400
8.2.4. 기준 강도 및 허용응력도 ... 401
8.3 정착부의 구조계산 ... 402
8.3.1. 기본 개념 ... 402
8.3.2. 정착의 종류와 기본 사항 ... 403
8.3.3. 앵커볼트의 구조계산 ... 404
8.3.4. 베이스플레이트 또는 앵커플레이트의 구조계산 ... 407
8.3.5. 페데스탈부의 구조계산 ... 411
8.3.6. 앵커볼트 또는 앵커링의 인발에 대한 정착부의 구조계산 ... 416
8.3.7. 전단력 및 비틀림모멘트에 대한 정착부의 구조계산 ... 430
제9장 기초의 구조계산
9.1 기초 구조계산의 기본 ... 437
9.1.1. 적용범위 ... 437
9.1.2. 기초의 형식 ... 438
9.2 기초의 설계 조건 ... 438
9.2.1. 기본 개념 ... 438
9.2.2. 조사 ... 439
9.2.3. 하중 ... 441
9.2.4. 사용 재료 및 재료 정수 ... 442
9.2.5. 기준강도 및 허용응력도 ... 445
9.3 직접기초의 구조계산 ... 450
9.3.1. 기본 개념 ... 450
9.3.2. 직접기초의 형상 ... 450
9.3.3. 안정계산 ... 451
9.3.4. 구조계산 ... 464
9.4 말뚝기초의 구조계산 ... 470
9.4.1. 기본 개념 ... 470
9.4.2. 말뚝기초의 형상 ... 471
9.4.3. 안정계산 ... 473
9.4.4. 구조계산 ... 484
9.5 기초와 말뚝의 구조 세목 ... 505
9.5.1. 기초의 구조 세목 ... 505
9.5.2. 말뚝의 구조 세목 ... 514
Ⅳ. 설계ㆍ해석 예
제10장 지침에 의한 설계 예
10.1 설계 개요 ... 523
10.1.1. 일반사항 ... 523
10.1.2. 설계방침 ... 525
10.1.3. 허용값 ... 526
10.1.4. 하중의 종류와 조합 ... 526
10.2 하중의 산정 ... 527
10.2.1. 고정하중의 산정 ... 527
10.2.2. 적재하중의 산정 ... 527
10.2.3. 적설하중의 산정 ... 527
10.2.4. 풍하중의 산정 ... 527
10.2.5. 지진하중의 산정 ... 548
10.2.6. 설계용 하중 ... 548
10.3 구조계산 ... 550
10.3.1. 타워의 구조계산 ... 550
10.3.2. 정착부의 구조계산 ... 565
10.3.3. 기초의 구조계산(직접기초의 경우) ... 575
10.3.4. 기초의 구조계산(말뚝기초의 경우) ... 589
제11장 수치계산에 의한 해석 예
11.1 수치 유체해석에 근거하는 설계풍속의 평가 ... 601
11.1.1. 기본 개념 ... 601
11.1.2. 대상지점과 지형 및 지표면 조도의 모델화 ... 602
11.1.3. 해석결과의 평가 ... 603
11.1.4. 설계풍속의 산정 ... 603
11.1.5. 유의점 ... 606
11.2 시간이력응답해석에 근거하는 풍하중의 평가 ... 607
11.2.1. 기본 개념 ... 607
11.2.2. 해석대상 풍력발전기의 제원 ... 607
11.2.3. 해석방법 ... 607
11.2.4. 구조계와 공기력의 모델화 방법 ... 608
11.2.5. 해석결과의 평가 ... 610
11.2.6. 유의점 ... 613
11.3 시간이력응답해석에 근거하는 지진하중의 평가 ... 613
11.3.1. 기본 개념 ... 613
11.3.2. 해석 대상 기초의 제원 ... 613
11.3.3. 지반 모델과 지반의 지진응답해석 ... 614
11.3.4. 해석 방법 및 풍력발전기와 기초의 해석모델 ... 618
11.3.5. 고유치 해석결과 ... 621
11.3.6. 직접기초의 설계에 이용하는 지진하중 ... 623
11.3.7. 말뚝기초의 설계에 이용하는 지진하중과 지반변형 ... 626
11.3.8. 비틀림의 영향 ... 628
11.3.9. 유의점 ... 628
11.4 FEM 해석에 근거하는 타워의 구조계산 ... 629
11.4.1. 기본 개념 ... 629
11.4.2. 해석대상 타워의 제원 ... 629
11.4.3. 해석 방법 ... 630
11.4.4. 모델화 방법 ... 632
11.4.5. 해석결과의 평가 ... 633
11.4.6. 유의점 ... 636
11.5 FEM 해석에 근거하는 정착부의 구조계산 ... 637
11.5.1. 기본 개념 ... 637
11.5.2. 해석 대상 정착부의 제원 ... 637
11.5.3. 해석 방법 ... 639
11.5.4. 모델화 방법 ... 640
11.5.5. 해석결과의 평가 ... 643
11.5.6. 파라미터 스터디에 근거하는 검토 ... 646
11.5.7. 유의점 ... 652
Ⅴ. 관련법규ㆍ참고자료
12장 관련 법규 및 기준
12.1 전기사업법 ... 659
12.1.1. 전기사업법의 보안체제 ... 660
12.1.2. 기술기준 ... 660
12.1.3. 발전용 풍력설비에 관한 기술기준을 정하는 성령 및 그 해석 ... 661
12.2 건축기준법 ... 662
12.2.1. 건축기준법으로 규정되는 발전용 풍력설비 ... 662
12.3 국제 규격 ... 663
12.3.1. IEC 61400-1 ... 663
12.3.2. GL Wind Guideline ... 666
12.4 일본내 관련 지침 ... 668
12.4.1. 일본토목학회 : 콘크리트 표준시방서[설계편] ... 668
12.4.2. 일본토목학회 : 강ㆍ합성구조표준시방서 ... 669
12.4.3. 일본도로협회 : 도로교시방서ㆍ동해설 ... 670
12.4.4. 일본도로협회 : 말뚝기초설계편람 ... 671
12.4.5. 일본콘크리트 파일 건설기술협회 : 기상 콘크리트말뚝 - 기초구조설계 매뉴얼 ... 672
12.4.6. 일본건축학회 : 건축물 하중지침ㆍ동해설 ... 673
12.4.7. 일본건축학회 : 강구조 설계규준〈허용응력도 설계법〉 ... 673
12.4.8. 일본건축학회 : 고장력볼트접합 설계시공 가이드북 ... 674
12.4.9. 일본건축학회 : 강구조 접합부 설계지침 ... 675
12.4.10. 일본건축학회 : 건축기초구조 설계지침 ... 675
12.4.11. 일본건축학회 : 건물과 지반의 동적상호작용을 고려한 응답해석과 내진설계 ... 676
12.4.12. 일본건축학회 : 철근콘크리트 구조계산규준ㆍ동해설 ... 677
12.4.13. 일본건축학회 : 용기 구조설계지침ㆍ동해설 ... 677
12.4.14. 일본건축학회 : 강관구조 설계시공지침ㆍ동해설 ... 678
12.4.15. 일본건축학회 : 각종 합성구조 설계지침ㆍ동해설 ... 678
12.4.16. 일본건축학회 : 탑형상 강구조 설계지침ㆍ동해설 ... 679
12.4.17. 일본건축학회 : 굴뚝구조 설계지침 ... 679
12.4.18. 일본강구조협회 : 교량용 고장력볼트 인장접합 설계지침 ... 680
12.4.19. 국토교통성 건축연구소 : 개정 건축기준법의 구조 관계규정의 기술적 배경 ... 681
12.4.20. 일본전기협회 : 풍력발전 규모 ... 681
12.4.21. 신에너지ㆍ산업기술 종합개발기구 : 풍력발전 시스템의 설계매뉴얼 ... 682
12.4.22. 혼슈시코쿠연락교공단 : 혼슈시코쿠연락교 내풍설계 기준(2001)ㆍ동해설 ... 682
13장 참고자료
13.1 전기사업법의 관련 조문 ... 685
13.1.1. 전기사업법 및 동법 시행규칙(2009년 12월 18일자 개정) ... 685
13.1.2. 전기 설비에 관한 기술 기준을 정하는 성령(2009년 12월 18일자 개정) ... 686
13.1.3. 발전용 풍력설비에 관한 기술 기준을 정하는 성령 및 그 해석 ... 687
13.2 건축기준법의 관련 조문 ... 689
13.2.1. 건축기준법과 시행령 ... 690
13.2.2. 건설성 고시 ... 707
13.3 허가인가 및 수속 ... 754
13.3.1. 전기사법에 따른 공사 계획 ... 754
13.3.2. 건축기준법에 따른 건축 확인신청 ... 756
13.4 풍력발전기 사양 ... 759
13.5 풍력발전기의 사고 예 ... 768
13.5.1. 정착부와 기초의 사고 예 ... 768
13.5.2. 타워의 사고 예 ... 773
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