개념 한 쪽
건축구조 설계에서는 고정하중과 활하중을 구분하여 산정하고, 설계법에 따라 각 하중에 계수를 곱해 소요강도를 결정한다. 또한 건물 용도에 따라 등분포 활하중의 기준값이 정해져 있으므로 용도별 값을 확인해야 한다.
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출제기준 단원 「고정하중 및 활하중 산정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 설계모멘트 계수 적용 | 1 | 고정·활 하중에 각각 계수를 곱해 설계모멘트 계산하기 |
| 풍압 영향 요소 판별 | 1 | 풍압력과 무관한 요소를 가려내기 |
| 하중조합 계수 선택 | 1 | 극한강도설계법의 고정·활 하중 계수 조합을 확인하기 |
고정하중(D)은 건물 자중 등 시간이 지나도 변하지 않는 하중을 의미한다. 활하중(L)은 사람, 가구, 적재물 등 변동하는 하중을 의미한다. 설계에서는 이 둘을 구분하여 적절한 계수를 적용한 후 합산하여 구조물의 소요강도를 산정한다.
설계법에 따라 적용하는 하중조합 계수가 다르다. 강도설계법(KBC 기준 등)에서는 일반적으로 고정하중에 1.2배, 활하중에 1.6배를 곱하는 조합 U = 1.2D + 1.6L을 기본으로 사용한다. 한편 극한강도설계법 등 특정 설계문맥에서는 고정하중에 1.4배, 활하중에 1.7배를 곱하는 조합 U = 1.4D + 1.7L이 예시로 제시된다. 설계 시 어느 계수를 적용할지는 기준과 상황에 따라 결정해야 한다.
활하중의 기준값은 건물의 용도별로 규정되어 있다. 대표적인 등분포 활하중 기준값으로 일반사무실 2.5 kN/m², 교실 4.0 kN/m², 백화점 1층 5.0 kN/m², 서고(도서관의 서고) 6.0 kN/m²가 제시된다. 문제 해결 시 용도별 상대적 크기(사무실 < 교실 < 백화점 < 서고)를 떠올리면 도움이 된다.
설계 문제에서는 하중의 종류와 적용하는 계수를 혼동하지 않는 것이 중요하다. 예를 들어 지진이나 풍하중이 포함되는 조합은 고정·활 조합과 계수가 달라질 수 있으므로 해당 조합 규정을 따르는지 확인해야 한다.
예 1 — 극한강도설계법 계수 적용: 고정하중에 의한 모멘트가 5 t·m, 활하중에 의한 모멘트가 10 t·m일 때 극한강도설계법의 설계모멘트 Mu는 1.4×5 + 1.7×10 = 7.0 + 17.0 = 24.0 t·m가 된다.
예 2 — 강도설계법 계수 적용: 고정하중 ωD = 4 kN/m², 활하중 ωL = 5 kN/m²일 때 강도설계법의 계수하중 U는 1.2×4 + 1.6×5 = 4.8 + 8.0 = 12.8 kN/m²가 된다.
고정하중에 의하여 5tㆍm,활하중에 의하여 10tㆍm를 받는 단철근 직사각형보에서 설계 모멘트(Mu)는?
정답 ③ · 강도설계법에서 설계 모멘트(Mu)는 하중조합에 의해 산정됩니다. 일반적인 하중조합인 1.4 × (고정하중) + 1.7 × (활하중) 공식을 적용하면, Mu = 1.4 × 5t·m + 1.7 × 10t·m = 7.0 + 17.0 = 24.0 t·m가 됩니다.
설계모멘트는 고정하중 1.4배+활하중 1.7배 합산으로, 1.4×5+1.7×10=24.0t·m이다.
건축물의 지붕면이 받는 풍압력과 관계없는 사항은?
정답 ④ · 지붕면이 받는 풍압력의 결정 인자와 관계없는 것을 고르는 문제이다. 풍압력은 속도압에 풍력계수와 면적을 곱하여 산정되므로 속도압, 지붕모양(형상에 따른 계수), 지붕면적이 직접적인 영향을 미친다.
풍압력은 지면의 공기 흐름 특성과 구조물 형상에 의해 결정되며, 구조물 자체의 중량과는 무관하다.
극한 강도설계법에 의한 철근콘크리트 구조설계에서 고정 하중 및 적재하중에 대한 소요강도 중 맞는 것은? (단, D : 고정하중, L : 활하중)
정답 ④ · 철근콘크리트 구조의 극한 강도 설계법(Ultimate Strength Design Method)에서 소요강도(U)는 하중 계수를 적용하여 산정합니다. 일반적인 고정하중(D)과 활하중(L)의 조합에 대해서는 콘크리트 구조 설계 기준에 따라 U = 1.4D + 1.7L을 사용합니다.
극한강도설계법에서 고정하중과 활하중 조합의 기본 소요강도 계수는 U=1.4D+1.7L이다.
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