건축구조 건축물의 하중 개념정리 - 건축구조의 하중 정의를 알아보자

하중 ( Loads on Structures)

구조물의 목적

공간의 형성 - 건축 구조물, 토목 구조물 : 사용성의 차이

구조물의 하중(자중) : 필연적 요소

• 작용하는 모든 하중에 저항할 수 있어야 한다.
• 하중의 형태는 복잡하고 다양하다.
• 건축물의 형태, 재료, 위치에 따라 달라진다.

작용시간에 따른 분류

동 하중 (dynamic load) - 바람, 지진

정하중 (static load) - 동하중 이외의 모든 하중

• 시간에 따라 급격하게 변하지 않는 하중

작용방향에 따른 분류

• 중력(vertical load)- 고정하중, 적재하중, 시공하중 등 
• 수평하중 - 바람, 지진, 토압, 수압 등
• 기타 - 열하중

 

건축물의 하중산정 방법

기준법 (code)-통계적 방법

• 바닥판 하중 - 단위면적당 일정치수의 무게 (kg/cm2)
• 바람 - 시간에 변함없이 건물의 면에 고르게 분포하여 작용
• 건물이 파괴되지 않도록 결정 - 안전율

불명확한 하중

• 실험을 통한 산정(풍동실험, wind tunnel test)
• 수학적 검증
• 통계적처리

하중 산정의 중요성

• 공간분할 및 건물에 용도 등을 고려하면 구조물의 뼈대를 산정하는데 유리하다. 예) 콘크리트 설계강도
• 저강도에서 고강도로 간다.
• 기둥 및 벽체 두께는 감소된다. 주체 계획에 유리합니다.

 

하중 종류

• 정적하중(static load) - 사하중(dead load), 활하중 (live load)
• 동적하중 - 지진하중(seismic load), 바람하중(wind load)

• 열하중(thermal load)
• 침하하중

고정하중 [ 정의 ]

• 자중(slef weight)과 같이 영구적으로 작용하는 하중
• 구조물 설계시 고정하중은 어느 정도 예측 가능
• 기본적인 구조부재 예를 들어 보, 기둥, 슬래브 등의 치수를 정하여 구조물의 구조설계를 실시

구조물의 계획 및 완성 단계

1. 건축디자인(건축설계)
2. 구조디자인(구조설계), 설비디자인
3. 시공

구조물의 구조설계 순서

1. 하중예측
2. 구조부재크기가정
3. 구조해석
4. 가정된 부재크기의 검토 - O.K. - 세부적인 구조설계 - N.G. - 위 가정을 되풀이 한다.

 

구조물에 쓰이는 각종 재료의 단위하중 (tf/m3)

• 알루미늄 - 2.45
• 벽돌 -2.24
• 콘크리트 - 2.45
• 경량콘크리트 블록 -1.22
• 파이버 글라스 -1.84
• 강철 - 7.14
• 목재 - 0.61

재료선정에 수치에 따른 선택의 오류

• 철골구조와 철근콘크리트구조의 경우
• 비중 : 철 > CON'C
• 실제 : 건물의 자중 철골구조 < 철근콘크리트구조
• 이유 : 강도의 차이 - 철의 강도 4,000kg/cm2, 콘크리트 강도 270kg/cm2

예를 하나 들어보겠습니다. 길이 10.5m인 프리캐스트 콘크리트 보에서 보의 단위길이당 중량 (tf/m)은 어떻게 되며 /  보의 총 중량은 몇 일까요?

정답은 1. 보의 단위 길이당 중량 [ 0.09m2 X 2.45tf/m3 = 0.22 tf/m]  2.보의 총 중량 0.22tf/m X 10.5m = 2.31tf 입니다. 보의 단면적은 (0.6 x 0.25) - (0.4 x 0.15) = 0.09m2 입니다

판 형상의 재료에 대한 중량(kgf/m2) - 천장음향타일 = 10.2 , 아스팔트(19mm) = 45.9 , 알루미늄 지붕 시트 = 4.1, 석고(벽판) = 30.6, 석고보드 = 15.3 , 유리 = 10.2, 모래 / 시멘트 바름질 (25mm) = 61.2, 슬레이트 = 61.2, 철판지붕시트 = 15.3, 목재 마루판 = 15.3, 비닐타일 = 5.1 입니다.

활하중 (live load)

• 사하중 이외의 모든 하중
• 변동이 있는 모든 하중 (불확실성이 존재) - 예) 인간, 기계, 비품, 간막이벽, 비구조부재, 비, 바람, 눈, 흙의 압력, 바람의 압력, 물의 압력
• 기준법(code) : 평균치 적용 (불확실성이 존재함) - 예)주택의 바닥의 적재하중 : 200kgf/m2, 창고의 적재하중 : 600Kgf/m2(경량품), 도서관의 적재하중 : 750kgf/m2 (서고), 바(bar) : 510kgf/m2, 개인주택 : 150kgf/m2
• 적재하중감소계수 :과도하게 적용되는 하중 고려해야한다.

수평하중(횡하중)

풍하중, 지진하중

• 고층건물
• 횡력저항시스템과 중력저항시스템으로 구분
• 횡력저항 시스템 > 중력저항시스템

횡력 저항시스템

• 가새(brace)
• 코아(core)
• 전단벽
• 아우트리거
• 벨트 트러스

중력저항시스템

• 기둥(column)
• 보(beam)
• 슬라브(slab)

열하중

• 열에 의한 수축팽창에 의해 발생하는 하중
• 모든 재료는 열팽창계수가 있다
• 변형의 구속여부
• 변형에 대처하는 방법
• 무거운 하중, 작은 온도변화 - 강성을 키워줍니다.
• 큰 온도변화, 작은 하중 - 강성이 작고 순응하는 방법으로 대체 (접합부 조정)

• 교량의 길이를 유지하기 위해서는 압축하중이 요구됨
• 교량의 재료 저항성능 중 50% 사용
• 실제 교량에 작용하는 차량하중 등을 저항하기 위해서는 더 큰 크기의 교량이 요구
• 문제점 해결책 수평방향의 변위를 일부 허용한다.
• 로커(rocker) 사용

부동침하

발생원인 

• 비가와서 기초저반의 일부가 붕괴
• 지반(기초밀의 기반)의 종류가 다른 경우 이를 고려하지 않고 동일한 지반으로 가정하고 건물을 설계한 경우
• 주변 건물의 토공사로 인한 지반의 붕괴
• 붕괴된 지반이 하중을 지지하지 못함

열, 침하 응력

• 변형에 의한 응력
• 직접적인 하중이 작용하지 않은 상태에서 발생하는 응력

갇힌 응력

• 가락지를 한 부분을 잘라버리고 용접을 한 이후 다시 자를 경우 가락지가 갑자기 벌어지는 현상
• 응력이 갇혀있다.
• 적용의 예로는 프리스트레스 콘크리트가 있다.