고정 하중과 적재 하중은 무엇인가?

건축물은 하중을 받기 마련입니다. 하중에도 종류가 있기 마련인데 오늘은 고정 하중과 적재 하중은 무엇인지 알아보겠습니다. 

 

 

고정 하중이란?

건축물 자체에 실리는 모든 하중의 무게와 피할 수 없는 무게가 고정 하중을 구성하게 됩니다. 구조부재의 치수는 원래 거기에 작용하는 여러 가지 하중에 의하여 결정하게 됩니다. 그중의 하나가 고정하중이고, 고정하중은 다시 그 부재의 치수에 의하여 결정되게 됩니다. 설계자는 구조물이 치수 및 그에 따른 고정하중을 추측함으로써 구조물의 계산을 시작할 수밖에 없게 됩니다. 다음으로 거기에 그 밖의 하중을 모두 합하고, 그 강도를 검토하고, 계산의 마지막에 가서 그의 추측이 옳았는지를 알아냅니다. 

 

고정하중은 많은 경우에는 구조물에 걸리는 가장 중요한 하중입니다. 특히 고정하중은 큰 구조물과 무거운 재료로 된 구조물에서는 큰 비율을 차지하기 때문에 다른 어느 하중보다 무겁다고 할 수 있습니다. 예를 들어, 중량 형식의 석조나 조적 구조물이나 교량이나 큰 공간을 덮는 지붕은 고정하중에 의하여 흔히 저항 부재의 치수가 결정됩니다. 어떠한 경우에 있어서 고정하중은 중요한 요소일 뿐 아니라 유용하고, 또 필수적인 것이기도 합니다. 예를 들자면, 고정하중으로 물의 압력에 저항케 하는 중력 댐(dam) 같은 것이 있습니다. 

 

구조물의 치수가 이전의 경험을 바탕으로 일단 정해지면, 그 무게는 구조 재료의 단위 중량 표를 통해서 구해지게 됩니다. 

고정하중은 쉽게 산정할 수 있게 되는데, 콘크리트의 무게는 1.6~2.4t/㎥, 강철의 무게는 7.8t/㎥, 알루미늄의 무게는 강철의 3분의 1, 나무는 평균 0.48t/㎥, 벽돌은 1.9t/㎥ 임을 알게 됩니다.

 

여러 가지 재료의 단위 무게 차이는 구조재료의 치수에 영향을 줍니다. 하지만 구조 재료의 능력을 정하는 본질적 요소는 곧 강도에 대한 단위 중량의 비율이란 것을 나중에 알게 될 것입니다. 그렇기 때문에 경험이 없는 자들이 강철이라는 재료가 철근콘크리트보다 그 단위 무게에 있어서 더 무겁다고 느끼더라도 일정한 목적하에서는 강철 부재가 철근 콘크리트 부재보다 반드시 더 무거운 것은 아닙니다. 고정하중에 대해 모호한 점은 없지만, 이러한 계산은 힘들고 지루한 작업입니다. 

왜냐하면 구조물에 쓰이는 재료의 총액은 노무비와 함께 구조물 건설비의 중요한 부분이기 때문에 가장 기본적인 작업이라고 할 수 있습니다.   

 

적재하중이란?

적재하중은 구조물의 고정하중 이외의 모든 하중을 말합니다. 예를 들면, 적재하중은 움직일 수 있는 모든 가동 하중을 포함하는데 기계와 비품, 인간과 동물, 눈(snow), 비, 얼음, 바람의 압력과 흡입력, 흙의 압력, 물의 압력이 적재하중에 포함됩니다. 건축법규에서 제시하고 있는 적재하중은 비현실적으로 과도하게 부과되는 적재하중을 피하기 위하여 건물의 층수와 독립적 구조 요소에 의해 지탱되는 면적에 따른 적재하중의 감소를 허용하고 있습니다. 이러한 적재하중의 감소는 건물의 모든 층 또는 독립적 구조 요소에 의해 지지가 되는 큰 전체의 면적에서 동시에 가득히 작용하는 적재하중이 일어나지 않는다는 것을 고려하기 때문에 가능합니다. 

 

하중의 대부분이 불확실한 성질을 가지고 있기 때문에 기준법의 작성자에 의하여 안전한 평균치를 설정할 필요가 있습니다. 이를테면, 뉴욕의 건축법에서는 아파트에 있어서 바닥의 적재하중은 195kg/㎡의 동일하거나 등분포 하중으로 가정하게 되어 있고, 창고건물 바닥의 적재 하중은 586kg/㎡를 취하게 되어 있습니다. 적설의 무게는 건물이 세워지게 될 지역의 기후에 따라 따르기도 합니다. 예를 들어, 뉴욕에서는 195kg/㎡이지만, 캐나다에서는 293kg/㎡가 적용됩니다. 

 

고정하중과 지구의 인력으로 인해 생기는 그 밖의 중력 하중은 적절한 구조방식에 의하여 저항 됩니다. 바람의 압력과 흡인 및 기타 수평하중은 그 하중들의 흡수를 위하여 다양한 구조 방식이 필요하게 됩니다. 수평으로 된 내풍 사재 방식을 교량 하부에서 볼 수 있으며, 수직으로 된 내풍 사재 방식은 대부분 건물의 벽 속이나 코어 속에 감추어집니다. 골조들로 이루어진 건물은 대각선의 부재 또는 패널로 층과 벽의 베이(bay)를 번갈아 보강함으로써 바람에 버틸 수 있게 합니다.