건축물의 구조해석시 사용하는 건축 설계 하중에 대해 알아보아요. 건축 설계 하중은 국토교통부에서 제공하는
KDS 41 00 00 건축구조기준
건축 설계 하중 에 대한 내용이 있습니다.
에서 찾아 볼 수 있습니다.
https://www.kcsc.re.kr/StandardCode/Guide
건축 설계 하중의 종류
- 고정하중
- 활하중
- 지붕활하중
- 적설활하중
- 풍하중
- 지진하중
- 지하수압 토압 분말 및 입자형 재료의 횡압력
- 온도하중
- 유체압 및 용기내용 물하중
- 운반설비 및 부속장치 하중
- 강우하중
- 기타하중
하나씩 살펴보면
1. 고정하중
한마디로 자중입니다. 콘크리트 바닥, 벽, 지붕 특수한(무게가 많이 나가는) 어떤 것 일 수도 있습니다. 단위중량에 부피를 곱함으로서 그 자중을 구할 수 있겠죠.
고정하중은 건축구조물 자체의 무게와 구조물의 생애주기 중 지속적으로 작용하는 수직하중을 말합니다.
2. 활하중
사용 중에 발생하는 최대 하중을 사용합니다. 예를 들어 주택은 사람이 위에서 걸어 다니면 발생하는 하중일 수 도 있고 무거운 물건을 들고 있을 수도 있어요 또 주차장 같은 경우는 차량의 하중(설계하중) 일 수 도 있습니다.
(1) 이 조항은 건축구조물의 설계에 적용하여야 하는 활하중의 최소값을 규정하고 있다.
(2) 활하중은 점유·사용에 의하여 발생할 것으로 예상되는 최대의 하중이어야 한다.
(3) 건축구조물은 이 조항에서 규정한 등분포활하중과 집중활하중 중에서 구조부재별로 더 큰 하중효과를 발생시키는 하중에 대하여 설계하여야 한다.
(4) 이 조항의 규정을 적용하지 않는 경우 또는 이 조항에 규정되지 않은 용도에 대해서는 합리적인 방법으로 활하중을 산정하여야 하며, 산정 근거를 명시하여야 한다.
2.1 유사활하중
1) 손스침 하중
지붕, 발코니, 계단 등의 손스침 부분은 0.9kN 이며 주거용일 때는 0.4kN/m 입니다.
기타 구조물일 경우는 0.8kN/m의 수평 등분포 하중을 고려합니다.
2) 건물 내부 1.8m 이상 내벽은 직각으로 0.25kN/㎡이상의 등분포 하중을 제하합니다.
3. 지붕활하중
위의 표에서 13번 지붕의 활하중을 적용하면 된다. 지붕 활하중의 부하면적과 물매에 따른 저감이 있지만 문제가 없다면 보수적으로 적용해도 상관없을 것으로 보입니다.
Lr : 수평투영면적에 대한 지붕활하중
그리고 저감 계수는 다음과 같습니다.
4. 적설하중
4.1 평지붕적설하중
지붕에 작용하는 적설하중은 지붕의 작용하는 하중이 위의 활하중 과 유사활하중 보다 클 때에 적용합니다. 계수 나열만 해서는 복잡해 보이니 예시를 통해 알아볼까요.
계수가 많은것 뿐이지 어렵지 않습니다. 자세한 내용은 건축구조기준을 참고하세요
(1) 지붕에 작용하는 설하중의 영향이 3.2(등분포활하중) 및 3.7(유사활하중)에 규정된 지붕의 최소 활하중보다 클 때에는 이 조항에서 규정한 설하중을 적용한다.
(2)설하중의 작용이 예상되는 지붕과 벽면이나 기타 구조물의 표면에 대해서는 설하중의 영향을 고려한다.
(3) 설계용 지붕설하중은 기본지상설하중을 기준으로 하여 기본지붕설하중계수, 노출계수, 온도계수, 중요도계수 및 지붕의 형상계수와 기타 재하분포상태 등을 고려하여 산정한다.
(4) 기본지상설하중은 재현기간 100년에 대한 수직 최심적설깊이를 기준으로 하며, 그림 4.2.1의 값을 사용한다. 다만, 구조물의 용도 등에 따라 재현기간 100년을 적용하지 않을 때는 소요 재현기간에 맞추어 환산한 지상설하중 값을 사용할 수 있다.
4.2 경사지붕적설하중
평지붕적설 하중에 계수를 곱해 사용하는데 강원도 산간지역 말고는 적설에 대해 크게 문제 될 건 없기 때문에 설계의 편의성을 위해 평지붕적설 하중을 재하하고 문제가 있으면 확인해 보는게 좋을 것 같습니다.
5. 풍하중
풍하중의 종류는
1) 주골조설계용 수평풍하중
– 풍방향풍하중
– 풍직각방향풍하중
-비틀림풍하중
2) 지붕풍하중
3) 외장재설계용
이 있습니다.
풍하중은 설계 풍압에 유효수압면적(Effective Area: 풍방향직각에 대한 투영면적)을 곱하여 산정합니다.
자세한 내용은 내용이 길어 다음 포스트에 정리했습니다.
GPTs 챗봇으로 풍하중 알아보기
https://chat.openai.com/g/g-o9F4oyuvS-kds-wind-load-expert
6. 지진하중
내진설계는 내용이 길어 다음 포스트에 정리했습니다.
7. 지하수압 토압 분말 및 입자형 재료의 횡압력
구조물의 바닥과 벽체에 작용하는 토압과 수압등에 대한 하중입니다. 이 항목은 지하 구조물의 경우 필요 할 것같네요. 지상층으로 구성된 구조물에는 적용 할 필요가 없겠죠? 간단하게 보면
이러한 하중입니다. 상재 하중이 있는경우는 다음과 같습니다.
또한 지하수위가 있는 경우는 다음과 같습니다. 지하수위의 밑 흙의 단위중량은 포화 단위 중량임을 주의해야 합니다.
점성토는 계산이 다르나 건축구조물을 점성토에 건축할 일은 없겠죠?
8. 온도하중
건축 구조기준에는 알아서 온도 효과를 고려하라고 나와있는데요. 관련 내용이 없어 다른 기준으로 살펴보겠습니다.
1) 일단 온도 변화에 대한 하중은 태양의 직사와 그늘의 온도차는 15℃ 로 합니다. 하지만 단면의 치수가 700mm 이상인 경우는 10℃로 해도 무방합니다.
2) 슬래브와 거더의 온도차는 5’c로 볼 수 있습니다.
3) 적용 선팽창계수는 다음과 같습니다.
강재 : 1.2×10^-5
콘크리트 : 1.0×10^-5
합성 : 1.2×10^-5
4) 건조수축은 온도로 환산하여 20℃로 적용할 수 있습니다.
9. 유체압 용기내용 물하중
수조나 기름탱크 등 유체가 들어있는 용기 설계시 사용합니다.
10. 운반설비 및 부속장치 하중
동력장치를 지지하는 구조물 운반설비 부속장치이에 의해 발생하는 하중과 충격에 의한 하중도 포함합니다.
11. 강우하중
기준에는 하중종류에는 나와있지만 그에대한 설명이 없습니다
12.기타하중
기타 현장이나 건축 설계 상황에 맞도록 여러 하중이 있을 수 있습니다.
GPTs 챗봇으로 풍하중 알아보기