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건축물에서 하중이 중요한 이유는?
건축물에서 하중은 매우 중요한 요소다. 하중은 건축물, 구조물의 안정성, 강도, 변형 및내구성 같은 중요한 요소를 결정하는데 필수적인 역할을 한다.
1) 안전성 : 건축물의 안저한 설계에 있어서 핵심이 되는 거동 해석을 위해 필요한 구조물 과 그 부재들에 작용하는 하중에 따른 응력, 변형과 변형률을 결정하는 것이 재료 역학의 주 목적이다. 건축물이 안전하게 설계 되기 위해선, 구조물이 견딜수 있는 하중을 정확히 알아야 한다.
2) 강도 : 재료역학에서 재료의 강도는 파괴나 소성변형(Plastic deformation) 없이 작용하중(Applied load) 을 견딜 수 있는 능력을 의미한다.
3) 내구성 : 반복적인 하중은 흔히 취성 균열을 야기하고, 이는 파괴가 일어날 때까지 계속해서 번져나갑니다. 따라서, 건축물의 내구성을 보장하기 위해서는 하중에 대한 충분한 고려가 필요하다.
1. 풍하중,고정하중, 활하중, 설하중, 지진하중이란?
1) 풍하중( Wind Load)
풍하중은 바람의 힘에 의해 건물 및 구조물에 작용하는 하중을 의미한다. 바람의 속도, 지역적 특성, 건물의 형태와 높이, 건물의 위치(EX: 해안가, 도시중심 등)에 따라 풍하중이 달라진다.
건물의 외형, 표면 거칠기, 구조물 주변의 장애물과 지형도 풍하중에 영향을 미친다.
풍하중은 동적 하중의 일종으로, 갑작스러운 돌풍, 또는 지속적인 강풍을 모두 고려해야한다. 특히 고층 건물, 대형옥외 광고판, 교각 등은 바람의 영향을 크게 받는 구조물이기 때문에 풍하중 고려가 매우 중요하다.
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2) 고정하중(Dead Load)
고정 하중은 구조물 자체에 고정적으로 설치된 요소들의 무게에 의한 하중을 말한다. 이 하중은 구조물, 건물이 서있는 동안 거의 변하지 않는다.
주로 벽, 지붕, 바닥, 설비, 구조체 등의 무게가 이에 해당한다. 건물의 설계 초기부터 고려되야 하는 중요한 요소다.
3)활하중 (Live Load)
건물이나 구조물에 일시적으로 작용하는 하중. 사람이나 가구, 차량,장비 등 일시적으로 변동되는 무게나 힘에 의해 발생한다.
예를 들면 사무실, 상점, 창고, 주차장 등에서 발생하는 사용자(사람), 장비(자동차,가구 등)의 무게처럼 수시로 변동되는 무게가 이에 해당한다.
4)설하중 (Snow Load)
건물과 구조물의 지붕에 쌓이는 눈의 무게에 의한 하중을 말한다. 지역 기후, 적설량, 지붕의 기울기와 형태등에 따라 설하중은 크게 달라질 수 있다.
눈이 오랫동안 지붕에 머물지 않도록 설계된 지붕, 눈을 제거하고 관리하는 체계가 잘 갖춰진 건물은 이런 적설하중을 낮출수 있다.
설하중이 중요한 이유는, 겨울철 적설량이 많은 경우 지붕의 붕괴로 이어질수 있기 때문이다. 지역에 따라 눈이 많이 오는 지역에서는 이 적설하중에 대해 안전한 설계와 구조를 확보해야한다.
4)지진하중
지진하중은 지진발생 시, 지진의 에너지에 의해 건물이나 구조물에 작용하는 하중을 말한다. 지진 하중은 주로 지진의 강도, 깊이, 건물의 위치, 건물의 구조적 특성에 따라 결정된다.
지진하중은 수직 방향뿐 아니라, 수평방향으로도 작용하며 그로인해 건물과 부재에 구조적으로 큰 부담을 줄수 있다.
특히 지진 활동이 활발한 지역에서는 건물이나 구조물의 설계시 지진하중을 반드시 고려해야 하며 지진하중에 따라 건물이나 구조물이 휘어질수 있기때문에, 충분한 강성을 갖춘 설계가 필요하다.