건축구조기준 KBC2016 #3 고정하중

이번 장에서는 하중의 종류와 조합에 대해 살펴보고, 비교적 설명이 간단한 고정하중에 대해 먼저 살펴 보겠습니다.

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하중종류

하중의 종류는 아래와 같이 크게 12가지 하중이 있습니다.

- 고정하중(D, Dead Load)

- 활하중(L, Live Load)

- 지붕활하중(Lr, Roof Live Load)

- 적설하중(S, Snow Load)

- 풍하중(W, Wind Load)

- 지진하중(E, Earthquake Load)

- 횡압력(H, Hydraulic and Soil Pressure)

- 온도하중(T, Thermal Load)

- 유체압(F, Fluid Pressure)

- 운반하중(M, Moving Load)

- 빗물하중(R, Rain Load)

- 기타하중(진동 또는 충격에 의한 돌발하중 Ak 등)

통상의 건축물 구조설계시에는 D, L, Lr, S, W, E 하중들에 대해서 조합하여 검토합니다. 그 외 하중들은 지하구조물, 사일로 및 방호구조 등 특수한 구조물이 작용받는 하중에 대해 추가하여 검토할 수 있습니다.

하중은 작용방향에 대해 크게 수직(중력,연직)하중과 수평(횡)하중으로 분류됩니다. 수직하중은 중력방향으로 작용하는 D, L, Lr, S이고, 수평하중은 중력방향에 직각인 수평방향으로 작용하는 W, E, 돌발하중 중 차량충격하중Ak 등 입니다.

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하중조합

구조설계 실무에서는 처음 시작할 때 Design Load Chart(설계하중표)를 작성하면서 구조물에 작용하는 공간별로  Factored Load와 Service Load를 사용합니다.

Factored Load는 계수하중이라고도 하며, 강도설계법 또는 한계상태설계법의 하중조합입니다. 각 하중별로 계수를 정하는 이유는 구조물에 부담이 되는 외부적 요인인 재하 상태의 불확실성이 확률론적 접근에 의해 반영된 것입니다. 하중계수를 사용하여 각각의 하중을 증가시키고, 이 하중들을 조합시켜서 구조시스템 및 부재별 소요강도를 계산합니다.

강도설계법 또는 한계상태설계법의 하중조합인 계수하중 조합은 7가지가 있습니다. 해당하는 하중들의 모든 조합 조건을 검토하여 가장 큰 값을 갖는 하중을 유효한 계수하중으로 삼습니다.

1) 1.4(D+F)

2) 1.2(D+F+T)+1.6L+0.5(Lr or S or R)

3) 1.2D+1.6(Lr or S or R)+(L or 0.65W)

4) 1.2D+1.3W+L+0.5(Lr or S or R)

5) 1.2D+E+L+0.2S

6) 0.9D+1.3W

7) 0.9D+E

횡압력(H, 지하수압, 토압, 분말입자재료)이 단독으로 작용하거나 다른 하중효과를 증대하는 경우에는 1.6H를 추가하여 조합하고, H가 영구적이면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 0.9H로 하고, 영구적이지 않으면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 0으로 합니다.

Service Load는 사용하중이라고도 하며, 허용응력설계법의 하중조합입니다. 기본적으로 대부분 하중계수는 1.0을 적용합니다. 통상 사용성검토에 사용하거나, 재료에 대한 불확실성 범위가 지나치게 큰 경우의 강도(응력)검토시 안전율을 적용하면서 사용합니다.

허용응력설계법의 하중조합은 8가지가 있습니다. 해당하는 하중들의 모든 조합 조건을 검토하여 가장 큰 값을 갖는 하중을 유효한 사용하중으로 삼습니다.

1) D+F

2) D+F+L+T

3) D+F+(Lr or S or R)

4) D+F+0.75(L+T)+0.75(Lr or S or R)

5) D+F+(0.85W or 0.7E)

6) D+F+0.75(0.85W or 0.7E)+0.75L+0.75(Lr or S or R)

7) 0.6D+0.85W

8) 0.6D+0.7E

사용하중 조합에서 횡압력(H, 지하수압, 토압, 분말입자재료)이 단독으로 작용하거나 다른 하중효과를 증대하는 경우에는 1.0H를 추가하여 조합하고, H가 영구적이면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 0.6H로 하고, 영구적이지 않으면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 0으로 합니다.

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고정하중

고정하중은 오래전에는 사하중이라고도 불렸습니다. 건물이 서있는 동안 지속적으로 작용하는 정적인 연직하중이고, 건물 골조나 마감재의 자중이며, 가장 기본적인 하중입니다.

Q : 마감재 중에는 고정하중에 속하는지, 활하중에 속하는지 구분이 모호한 경우가 있습니다. 이 경우는 어떻게 하나요?

A : 칸막이로 사용하는 벽체의 종류가 헤아릴 수 없이 많습니다, 또 설비도 구분이 모호한 경우가 많습니다. 설계자의 판단에 따라 구분합니다. 일례로 바닥에 완전히 고정되어 지진시에 건물골조와 거동을 같이 한다면 고정하중으로 볼 수 있고, 그렇지 않으면 활하중으로 볼 수도 있습니다.

Q : 고정하중은 어떻게 산정합니까?

A : 슬래브나 보와 같은 수평방향 부재와 이에 설치되는 마감재에에 대해서는 사용하중 재료의 단위체적중량(밀도)에 시공두께를 곱하여 면적당 단위하중(KN/㎡)을 계산하고, 벽체와 같이 수직방향 부재와 이에 설치되는 마감재에 대해서는 단위체적중량(밀도)에 시공두께와 설치높이를 곱하여 길이당 단위하중(KN/m)을 계산합니다.

Q : 활하중표처럼 고정하중도 상황조건(재료)에 따라 일률적으로 적용할 수 있는 하중표는 없습니까?

A : KBC2016에서는 활하중에서 처럼 어떤 상황인지에 따른 고정하중의 제안표는 별도로 없습니다. 사용하는 재료(마감재 포함)가 너무나 많기 때문입니다. 다만 실무에서는 대한건축학회에서 2000년도에 발간한 '건축물의 하중기준 및 해설'을 참조하여 적용하기도 합니다. 다만 이 경우는 SI단위로 환산하여 사용하여야 합니다.

실무에서 고정하중의 산정은 상황을 고려한 설계자의 판단에 의합니다. 다만 일례를 소개하면 아래와 같습니다.

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