건축구조기준 KBC2016 #5 활하중-활하중저감, 유사활하중 등

전편 활하중에 이어서, 활하중 저감과 유사활하중 및 기타에 대해 살펴 보겠습니다.

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[활하중 저감계수]

 

활하중 저감계수가 왜 필요할까요?

실제로 건물의 바닥 전체에 기본등분포활하중이 모두 재하되는 경우는 극히 드뭅니다. 기본등분포활하중이 모두 재하된다고 가정하여 구조설계를 하는 경우 실제보다 과한 부재설계가 될 가능성이 높기 때문에, 보다 현실적이고 경제적인 부재설계를 위하여 활하중 저감계수를 적용합니다.

그러나 대부분의 구조설계에서는 설계자가 다양한 변수를 우려하여 보수적인 설계를 하는 경우, 또는 저감계수를 하나하나 부재 조건에 따라 적용하는 것이 시간적으로나 노력적으로 부담을 느끼는 경우가 대부분이기 때문에 이를 반영하는 사례는 적습니다. 다만 기존 구조물에 대해서 구조안전검토나 정밀안전진단시 중력하중에 대한 부재 안전성이 NG 또는 Say OK인 경우에는 활하중 저감계수를 반영한 계수하중조합을 통해 고려합니다.

 

활하중은 어떻게 저감할까요?

기본등분포할하중 L₀에 저감계수 C를 곱합니다.

저감계수 C는 0.3+4.2/√(A_i)입니다. 단, A_i는 36m² 이상인 경우에만 적용합니다.

A_i는영향면적(Influence area)으로서, KBC에서는 그냥 A로 표현하고, IBC(국제건축설계기준)와 ASCE(미국토목학회기준) 등에서는 K_LLA_T(K_LL:활하중요소계수=Live load element factor, A_T:부하면적=Tributary area)으로 표현되어 있습니다. A_i=K_LLA_T라는 뜻입니다.

부하면적(Tributary area)은 연직하중전달 구조부재가 순수하게 분담하는 하중이 재하되는 면적입니다.

영향면적(Influence area)은 연직하중전달 구조부재에 영향을 미치는 하중이 재하되는 면적입니다.

K_LL(활하중요소계수)에 대해 KBC에서는 간단하게 기둥 및 기초는 4, 보 또는 벽체는 2, 슬래브나 캔틸레버부분은 1입니다. 참고로 IBC에서는 내부기둥 또는 캘틸레버슬래브를 지지하지 않는 외부기둥은 4, 캔틸레버 슬래브를 지지하는 테두리 기둥은 3, 캔틸레버 슬래브를 지지하는 코너기둥 또는 캔틸레버슬래브를 지지하지 않는 테두리 또는 내부 보는 2, 상기외 기타 상황에서는 1을 적용합니다.(참조 IBC CHAPTER 16 TABLE 1607.10.1)

 

저감계수를 통해 활하중을 얼마까지 줄일 수 있을까요?

활하중 저감계수는 영향면적 36m² 이상에서 적용합니다.

그런데, 저감계수를 상기 식 대로 나오는 값을 적용하면 지나치게 과소하게, 또는 실제와 다르게 계산될 우려가 크기 때문에 몇가지 제한사항이 따르며, 그 내용은 아래와 같습니다.

① 영향면적이 지나치게 커지면 저감계수가 상당히 작아질 수 있기 때문에, 1개 층을 지지하는 부재의 C는 0.5 이상, 2개 층 이상을 지지하는 부재의 C는 0.4 이상으로 제한합니다.

② 비교적 상당한 하중이 부하되는 5KN/㎡ 초과 활하중에 대해서는 원칙적으로는 저감을 할 수 없습니다. 단, 그렇더라도 2개 층 이상을 지지하는 부재의 C는 0.8까지는 적용할 수 있습니다. 5KN/㎡를 초과하는 활하중에는 창고형매장, 집회 및 유흥장에서 무대와 주방, 도서관의 서고, 총중량 30KN을 초과하는 차량이 진입되는 주차장이나 차도, 모든 창고, 모든 공장, 그리고 옥외광장이 해당하는데, 넓은 면적이라도 이렇게 상당한 하중이 만재하될 가능성이 높기 때문에 저감을 금지하는 것이고, 다만 이 활하중의 80%이상이 2개 층 이상에서 동시에 작용할 가능성은 희박하므로 최소 0.8까지 적용할 수 있는 것입니다.

③ 공중집회 용도에 사용되는 경우에는, 공중의 생명과 안전을 위해서 5KN/㎡ 이하여도 영향면적과 지지층수와 관계없이 저감할 수 없습니다.

④ 1방향 슬래브도 활하중 감소를 적용합니다. 다만, 1방향 슬래브는 양측 장변 방향으로 모든 하중이 전달되기 때문에, 2방향 슬래브처럼 교차되는 방향이 서로 하중을 부담하면서 기대되는 잉여성능이 없다고 보아야 합니다. 따라서 1방향 슬래브의 영향면적은 실제 부담면적에 1.5배한 값을 적용하여 여유를 확보합니다. 

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[지붕활하중 저감계수]

 

지붕활하중 저감계수는 어떤 경우에 적용할까요?

지붕활하중의 저감은 모든 지붕에 적용하는 것이 아닙니다.

점유·사용하지 않는 평지붕, 출입이 제한된 조경구역의 지붕, 경사지붕, 곡면지붕 등 기본활하중 1KN/㎡를 적용하는 지붕에서만 적용하고, 점유·사용하여 산책로, 집회용도, 출입이 가능한 조경을 갖는 평지붕은 '활하중 저감'에 따라야 합니다.

 

지붕활하중은 어떻게 저감할까요?

지붕활하중 L_r은 기본등분포할하중 L₀에 저감계수 R₁과 R₂를 곱합니다.

L_r=L₀R₁R₂

R₁은 부하면적저감계수로 1.2-0.01A_T 이며, 최소 0.6 이상이어야 합니다.

R₁=1.2-0.01A_T(≥0.6)

식을 통해서 살피면 영향면적(A_i)이 아닌 부하면적(A_T)으로 고려하고, 이 부하면적은 20㎡ 미만일 때, R₁=1로 하고, 60㎡를 초과하더라도 최소 R₁=0.6으로 합니다. 

R₂는 지붕경사(물매)저감계수로 1.2-0.6F 이고, 최소 0.6 이상이어야 합니다.

R₂=1.2-0.6F(≥0.6)

식을 통해서 살피면 경사(물매) F는 1/3과 1 사이 값이며, 아치나 돔과 같은 곡면지붕의 F는 높이/경간×8/3으로 계산하여 적용합니다. 

KBC에 따라, 부하면적이 60㎡를 초과하면서 물매가 1을 초과하는 경우하면 0.36KN/㎡까지 지붕활하중이 저감될 수 있겠지만, 최저 0.6KN/㎡까지만 감소시킬 수 있습니다 . 참고로 IBC에서 최저값은 12psf(0.58KN/㎡)입니다.

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 [유사활하중]

 

유사활하중으로는 손스침 하중, 내벽 횡하중, 고정사다리 하중이 있습니다.

KBC2009까지는 손스침 하중과 내벽 횡하중만 존재했지만, KBC2016부터는 고정사다리 하중도 포함되었습니다.

 

손스침 하중(Handrails and guards)

지붕, 발코니, 계단 등의 난간 손스침 부분에 대해서 집중하중 0.9KN, 2세대 이하 주거용 구조물에서는 0.4KN/m, 기타 구조에서는 0.8KN/m를 적용합니다. KBC2009까지는 모든 주거용 구조물에서 0.4KN/m를 적용하였지만, KBC2016부터는 2세대 이하 주거용 구조물에만 적용하므로 공동주택이나 연립주택 등 2세대 이상인 경우는 변경된 하중으로 적용하여야 합니다.

참고로 여기에 더하여 IBC 1607.8.1.2 및 ASCE4.5.1에는 손잡이부분을 제외한 중간레일, 난간동자, 패널필러 등도 집중하중 0.22KN를 견디도록 규정하고 있습니다.

 

내벽 횡하중(Interior walls and partitions)

건축물 내부에 설치되는 높이 1.8m 이상의 모든 내벽은 벽면의 직각으로 등분포하중 0.25KN/㎡ 이상에도 안전하도록 설계하여야 합니다. 

참고로 IBC 1607.14에서는 높이 6 feets(1829mm)를 초과하는 벽체에 대해 수평하중 5psf(0.24KN/㎡)이상을 견디도록 규정하고 있습니다.

 

고정사다리 하중

점검 또는 비상통로 용도로 설치되는 고정사다리는 3m높이 마다, 최소 집중하중 1.5KN을 하중효과가 가장큰 위치에 적용하여야 합니다.

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 [차량방호하중(Vehicle barriers)]

 

KBC2016부터 추가된 차량방호하중은 IBC CHAPTER 1607.8.3 및 ASCE 7의 4.5.3과 함께 살펴 보겠습니다.

 

승용차용 방호하중

바닥면에서 0.45~0.7m 사이 가장 큰 하중효과로 판단되는 (차량의 범퍼)높이에서 하중접촉면은 0.3×0.3m 이하 (충돌면예상면적)에 수평방향으로 집중하중 30KN에 저항하여야 합니다. 참고로 IBC 및 ASCE에서는 6,000파운드(26.7KN)에 저항하도록 되어 있습니다. 극장이나 대형마트의 지상층 또는 옥상 주차장의 차량난간에 적용할 수 있고, 승용차 최대 총중량 30KN를 그대로 정하중으로 보아 밀었을 때의 기준이며, 급발진등의 상황을 고려한다면 우려되는 가속지점부터 충돌방호부재까지의 거리에 급발진시 가속도와 차량의 중량을 곱한 값을 SI단위 KN값으로 변환하여 여유있게 적용하면 가능할 것입니다.

 

화물차 및 버스 방호하중

승용차용 방호하중은 IBC CHAPTER 1607.8.3 및 ASCE 7의 4.5.3를 참조하여 KBC2016에 반영시킨 것입니다. 그러나 그외의 화물차나 버스 등에 대해서는 외국의 기준 조차 없습니다. 또한 '도로교설계기준'에도 구체적인 규정사항이 없습니다. 따라서 건축주의 요구사항이나 기타 국내외 공인된 설계지침 및 차량제원에 따라 산정하여야 할 것입니다. 

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 [계속]

 

 

 

 

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