구조물의 목적과 하중에 대해서 알아보자

구조물은 항상 일정한 목적을 위해 건조가 됩니다. 구조물을 위한 구조물은 존재하지 않다고 보아도 무방합니다. 

그러면 구조물의 목적은 무엇입니까? 또 하중은 우리에게 어떤 의미가 있는지 알아보겠습니다. 

 

구조물의 목적은 무엇인가?

 

구조물은 때때로 엘리베이터나 교량처럼 단지 두 점을 잇거나 댐(dam) 및 옹벽의 경우처럼 자연의 힘이 작용하는 것에 대항하기 위하여 세워지기도 하지만, 그 주요한 목적은 공간을 둘러싸고 한정하는 데에 있습니다. 

 

둘러싸인 공간은 여러 가지 목적에 쓰이게 됩니다. 예를 들자면, 공업제품의 생산, 신에 대한 숭배, 가족의 보호, 시민의 오락, 의회 등이 그러합니다. 또한 서로 다른 여러 가지 공간에 의하여 충족되는 다양한 목적은 다양한 구조를 필요로 합니다. 하지만 모든 구조물은 그것이 존재해야 한다는 간단한 이유로 여러 가지 하중을 받아야 하고, 또한 그것에 대항해야 하는 일이 발생합니다. 구조물의 첫 번째 목적은 하중에 대항하는 일입니다. 다시 말하면 하중은 피할 수 없는 필요악이라고 볼 수 있습니다. 예를 들어, 운동 경기장 스탠드 위에 캔틸레버(cantilever)로 된 지붕은 공간을 둘러싸지 않고도 관중을 비바람에서 보호해주지만, 이 비바람 막이 부분 방호 구조물이 떨어지지 않도록 하중을 잘 견뎌내도록 설계해야 한다는 것입니다.  

 

 하중의 종류

구조 강도의 점검을 간단하게 하기 위하여 실무에서 일반적으로 가장 많이 채택하는 하중은 하나하나 산정하지 않고 건축법규에 포함된 규칙과 규정으로서, 설계자에게 제시되거나 강제성을 띠기조차 합니다. 건물의 바닥이 지탱하는 하중은 거주자, 기계의 무게, 물건의 저장, 가구의 배치에 따라 매우 다르기 때문에 기준법은 그것을 등가 하중으로 대치합니다.

 

이 등가하중은 통계적인 자료에 근거를 두고서 건물의 일정 타입에 따라 결정되며 때에 따라 새로운 조건이 발생하면 수정이 됩니다. 이때 등가 하중은 가장 안 좋은 상황에서도 바닥은 파괴되거나 사용하지 못하도록 처져서는 안 됩니다. 법규 설계하중은 파괴 또는 도를 넘는 처짐을 일으키는 하중의 몇 배로 해야 합니다. 실제의 하중이 불확실할수록 기준법에서 채용되는 배수, 안전율은 더 커지게 됩니다. 

 

건축구조물이 지탱하고 있는 가장 주된 하중은 시간 경과에 따라 급격하게 변하지 않습니다. 그것을 '정하중'이라 불리며, 구조물 설계의 기초가 됩니다. 기준법의 하중은 협정 하중이라고 불립니다. 예를 들어, 바닥하중에 관하여 설명하자면, 실제로 하중을 고르게 받는 바닥이란 존재하지 않지만, 바닥의 단위 면적당 일정량의 무게로 가정하게 됩니다. 마찬가지로, 건물에 미치는 풍압은 시간상으로 일정하며, 건물의 면에 걸쳐 고르게 분포된다고 가정합니다. 하지만 바람은 돌풍이 되어 불기도 하고, 풍압은 건물의 개소에 따라 다르기 때문에 기준법은 바람의 변화를 통계적으로 참작하고, 또한 안전한 협정 풍압을 제시함으로써 설계과정을 간단히 할 수 있습니다.

 

하지만 한 건물의 하중이 기준법을 사용하여도 짐작되지 않을 때나, 그 하중이 구조물의 수명에 위험을 주는 특성을 난타 낼 때는 실험을 통하거나 수학적인 계산에 의하여 정확히 추정해야 합니다. 예를 들어, 마천루에 미치는 태풍의 영향은 풍동 속에서 행해지는 공기역학 실험에 의하여 찾아낼 수밖에 없습니다.

 

설계강도에 대한 책임은 설계자에게 있는 것이지 기준법의 권위에 있는 것이 아니기 때문에 기준법의 하중을 고려하는 것만으로는 설계자에게 충분치 못합니다. 기준법의 규정이 적용되지 않는 상황에서는 특히 그러합니다. 따라서 하중에 대한 인식을 터득하는 것은 건축사에게 필수적인 일입니다. 하중의 종류에는 다양하게 많이 있습니다. 다음 글에서는 고정하중과 적재하중에 대해 알아보도록 하겠습니다.