구조물 부력

구조물 부력이란

구조물 부력은 물속에 잠긴 물체가 받는 상향의 힘이다.

지하 구조물에서는 저면에 작용하는 상향 수압인 양압력으로 나타난다.

지하수위가 높고 지하층이 깊을수록 이 힘은 커진다.

부력이 자중을 넘으면 건물이 뜨므로 반드시 검토한다.

부상의 원리

물속 물체는 밀려난 물의 무게만큼 가벼워진다.

지하 구조물도 같은 원리로 아래에서 위로 밀어올리는 힘을 받는다.

구조물을 누르는 자중 W보다 양압력 U가 커지면 건물이 떠오른다.

그래서 부력 검토는 자중과 양압력의 비인 안전율로 판단한다.

양압력 계산

양압력은 기초 저면 면적 A에 저면 수압 γw·h를 곱해 구한다.

예를 들어 저면 면적이 1,000 m², 수두가 5 m인 지하 2층을 보자.

그러면 양압력은 γw에 5,000을 곱한 값이며, 단위는 kN이다.

건물 자중이 이 값보다 작으면 부상하므로 대책이 필요하다.

부상 방지 대책

대책은 자중을 키우거나, 하향 저항을 더하거나, 저면 수압을 줄이는 방식으로 나뉜다.

하중 증가형은 자중을 늘리고, 인장 지지형은 록앵커로 암반에 긴결한다.

마찰 지지형은 말뚝의 주면마찰력으로, 수위 저하형은 강제 배수로 수압을 낮춘다.

록앵커는 저항력을 직접 확보해 부상 여유가 크지만, 긴장력 관리가 필요하다.

배수 공법은 펌프가 멈추면 즉시 부상 위험이 생기므로 비상 전원이 필요하다.

정리와 계측

앞서 낸 문제의 정답은 펌프 고장이나 정전 시 즉시 부상 위험이다.

부력 검토의 핵심은 자중과 양압력의 비인 안전율을 확보하는 것이다.

설계 단계에서는 지하수위와 우기 최고수위를 반영해 부력을 산정한다.

지하수위 조사를 가장 먼저 하고, 시공 중에는 수위와 부상 여부를 계측한다.