풍하중 산정: 설계풍압과 지표면조도

핵심 정리

풍하중은 바람이 건축물 표면에 작용하여 생기는 하중이다. 풍하중은 수직하중에 해당하지 않고 바람이 수평 방향으로 작용하는 수평하중이다. 중력 방향으로 누르는 고정하중이나 활하중과 달리 바람은 옆에서 밀어 오므로, 건물은 이 수평하중에 대해 따로 설계되어야 한다. 건물이 높아질수록 바람의 영향이 커지므로 풍하중은 고층 건물에서 특히 중요해진다.

풍하중의 크기는 설계풍압에 유효수압면적을 곱하여 정한다. 설계풍압은 건물 면마다 달라질 수 있으므로 면별 값을 구한 뒤 합산하는 방식이 기본이 된다. 입지 조건과 건물 형태에 따라 설계풍압이 달라지므로 같은 용도의 건물이라도 설계값이 다를 수 있다.

풍하중 산정은 지표면의 거칠기, 건물 표면의 풍압, 구조물의 동적 응답이라는 세 축으로 나누어 보면 정리가 쉽다. 각 축에서 무엇을 구하는지 구분해 두면 선지가 가리키는 대상이 어디인지 바로 가릴 수 있다.

다만 바람과 구조물의 동적 상호작용을 따져야 하는지에 따라 계산 방식이 갈리므로, 동적 효과를 무시할 수 있는 구조물과 그렇지 않은 구조물을 먼저 나눠야 한다.

자세히

지표면조도 구분

지표면조도 구분은 일정 지역의 지표면 거칠기에 해당하는 장애물이 바람에 노출된 정도에 따라 구분하는 것이다. 장애물이 많아 바람이 약해지는 지역과 장애물이 적어 바람이 그대로 닿는 지역은 같은 조도로 볼 수 없으므로, 지역의 장애물 상태를 먼저 판단해야 한다. 예를 들어 높이 1.5~10m 정도의 장애물이 산재한 지역은 지표면조도 C에 해당한다. 조도 구분은 높이에 따라 달라지는 풍속을 어떤 기준으로 적용할지 정하는 출발점이다.

풍상측과 풍하측

풍상측은 바람이 불어와 맞닿는 쪽이다. 풍하측은 바람이 맞닿는 측의 반대쪽으로 바람이 빠져나가는 측이다. 두 측은 모두 바람의 흐름 방향을 기준으로 한 명칭이므로, 건물의 어느 면을 가리키는지 방향부터 정해야 용어를 헷갈리지 않는다. 바람 흐름 방향 기준

동적 응답과 가스트영향계수

강체건축구조물은 바람과 구조물의 동적 상호작용에 의한 부가 하중효과를 무시할 수 있는 건축구조물이다. 이 구조물은 부가 하중효과 무시 대상이므로 동적 응답을 따로 계산하지 않아도 되는 쪽에 해당한다. 가스트영향계수는 바람의 난류로 생기는 구조물의 동적 거동을 나타내며, 평균변위에 대한 최대변위의 비를 통계적으로 나타낸 계수이다. 두 개념은 모두 동적 효과와 관련되지만, 강체는 부가 효과를 무시할 수 있는 대상을 가리키고 가스트영향계수는 그 동적 거동을 수치로 나타내는 계수라는 점에서 다르다.