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[2.5] 풍하중 (KDS 41 10 15, 5)
5. 풍하중 (KDS 41 10 15)
(1) 이 장은 강풍에 의한 건축구조물의 탄성적 거동을 전제로 한 최소풍하중을 산정하는 경우에 적용한다.
(2) 주골조설계용 풍하중은 건축물의 주골조를 설계하는 경우에 적용하고, 외장재설계용 풍하중은 외장재와 이를 지지하는 부골조(이하 외장재 등이라 한다)의 설계에 적용한다.
다음의 각 조건에 해당하는 경우에는 바람으로 인하여 건축구조물에 발생하는 특수한 영향들을 고려하기 위해 5.15(풍동실험)에 따라 특별풍하중을 산정하여야 한다.
(1) 풍진동의 영향을 고려해야 할 건축물
형상비가 크고 유연한 건축물 가운데 다음의 ①, ② 조건에 해당하는 경우에는 5.15(풍동실험)에 따라 풍방향진동 외에 풍직각방향진동 및 비틀림진동에 따른 동적 영향을 고려한 풍하중을 산정하여야 한다. 단, 평면형상이 사각형이고 높이방향으로 일정한 건축물로서 5.9.1, 5.10.1의 적용범위를 만족하는 경우에는 5.15(풍동실험)에 따르지 않고 각각 5.9.2, 5.10.2의 산정식에 따라 풍직각방향풍하중과 비틀림풍하중을 산정할 수 있다.
① 원형평면인 건축물
(5.1-1)
여기서, H：높이
d : 2/3H 에서의 건축물의 외경 (m)
② 원형평면이 아닌 건축물
(5.1-2)
여기서, H：건축물의 기준높이(m), (5.1.2(4))에 따른다)
B：건축물의 대표폭(m)
D：건축물의 깊이(m)
Af：건축물의 기준층 바닥면적(㎡)
(2) 특수한 지붕골조
장경간의 현수, 사장, 공기막 지붕 등 경량이며 강성이 낮아 공기력불안정진동 거동을 하는 지붕골조의 경우에는 5.15(풍동실험)에 따라 풍하중을 산정하여야 한다.
(3) 골바람효과가 발생하는 건설지점
국지적인 지형 및 지물의 영향 또는 풍상측의 장애물로 인하여 골바람효과가 발생하는 곳에 건축물이 위치하는 경우에는 그 효과를 확인하여야 한다. [ 절벽, 동산, 계곡, 해협, 분지, 방풍림 등 ]
(4) 인접효과가 우려되는 건축물
신축건축물이 집단으로 건설될 경우 풍상측 장애물의 와류방출영역에 건축물이 위치할 때에는 진동으로 인해 증가하는 풍하중의 효과를 검토하여야 하고, 또한 풍상측 장애물의 후류버펫팅이 발생하는 곳에 건축물이 위치할 때에는 국부적으로 증가하는 풍하중의 효과를 검토하여야 한다.
(5) 비정형적 형상의 건축물
이 장의 적용이 적합하지 않은 비정형적 형상을 가진 건축물의 경우에는 5.15(풍동실험)에 따라 풍하중을 평가하여야 한다.
5.15 풍동실험 (KDS 41 10 15)
(1) 이 절은 건축구조물이 5.1.3(특별풍하중)의 조건을 가질 때 적용한다.
(2) 이 풍동실험법은 5.2(주골조설계용 수평풍하중), 5.3(주골조설계용 지붕풍하중), 5.4(외장재설계용 풍하중), 5.11(건축물 부속물 및 기타 구조물의 풍하중) 및 5.14(간편법에 따른 풍하중)을 대신하여 건축구조물에 대한 풍압, 풍하중 및 풍응답을 평가할 때 사용한다.
풍동실험은 다음 조건을 만족하여야 한다.
(1) 풍동 내의 평균풍속의 고도분포, 난류강도분포 및 변동풍속의 특성은 건축 현지의 자연대기경계층 조건에 적합하도록 재현하여야 한다.
(2) 대상건축물을 포함하여 주변의 건축물 및 지형조건을 건축 현지조건에 적합하도록 재현하여야 한다.
(3) 풍동 내 대상건축물 및 주변 모형에 의한 단면폐쇄율은 풍동의 실험단면에 대하여 8% 미만이 되도록 하여야 한다.
(4) 풍동 내의 압력 분포는 일정하도록 하여야 한다.
(5) 레이놀즈수에 의한 영향은 최소화하여 실험하여야 한다.
(6) 풍동 측정기기의 응답특성은 요구하는 조건을 충족하여야 한다.
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종류
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평가 방법 및 내용
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풍압실험
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- 강체모형에 작용하는 풍압을 측정, 외장재의 표면과 내면의 풍압의 차에 의해 외장재에 작용하는 풍하중을 평가
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풍력실험
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- 강체모형에 작용하는 풍력을 측정하고, 측정된 풍력을 이용하여 스펙트럼모드해석을 통해 풍하중에 대한 응답 평가, 주골조에 작용하는 풍하중 평가에 사용
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공력진동실험
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- 탄성모형(진동특성)을 이용하여 부가적인 공기력 및 구조물의 응답평가, 별도의 해석없이 구조물 응답계측 가능
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풍환경실험
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- 건설되는 건축물에 의한 인접효과를 포함한 건축물 주변의 풍환경을 예측
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5.2 주골조설계용 수평풍하중 (KDS 41 10 15)
(1) 이 절은 건축물의 주골조를 설계하는 경우의 수평풍하중으로 풍방향의 풍하중을 산정할 때 적용하며, 다음의 모든 조건을 만족해야 한다.
① 건축물의 형상은 정형적이어야 한다.
②건축물은 와류방출, 공기력불안정진동 등을 유발하는 응답특성을 나타내지 않아야 한다.
③건축물은 풍상측의 장애물에 의해 발생하는 골바람효과나 후류버펫팅을 받는 곳에 위치하지 않아야 한다.
(2) 주골조설계용 풍방향풍하중 WD 는 다음 식으로 산정한다.
(N) (5.2-1)
여기서,
：주골조설계용 설계풍압(N/㎡). 단, 500N/㎡ 보다 작아서는 안 된다.
：지상높이 z 에서 풍향에 수직한 면에 투영된 건축물의 유효수압면적(㎡)
위 식에서 설계풍압 PF 는 건축물의 밀폐와 개방 정도에 따라 다음과 같이 산정한다.
밀폐형건축물의 주골조설계용 설계풍압 PF 는 다음 식으로 산정한다.
(N/㎡) (5.2-2)
단, 원형평면을 가진 건축물의 경우에는
대신에 CD 를 적용한다.
여기서,
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡) (5.5에 따른다)
：풍방향가스트영향계수(5.6에 따른다)
：풍상벽의 외압계수(5.7.1에 따른다)
：풍하벽의 외압계수(5.7.1에 따른다)
：풍력계수(5.7.3 (1)에 따른다)
부분개방형건축물의 주골조설계용 설계풍압 PF 는 아래 2종류로 구분하여 산정한다.
(1) 풍상벽의 경우
(N/㎡) (5.2-3)
(2) 측벽 및 풍하벽의 경우
(N/㎡) (5.2-4)
여기서
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡) (5.5에 따른다)
：풍방향가스트영향계수(5.6에 따른다)
：내압가스트영향계수(5.7.2에 따른다)
：풍상벽의 외압계수(5.7.1에 따른다)
：측벽, 풍하벽의 외압계수(5.7.1에 따른다)
：내압계수(5.7.2에 따른다)
개방형건축물의 주골조설계용 설계풍압 PF 는 다음 식에 따라 산정한다.
(N/㎡) (5.2-5)
여기서,
：높이방향압력분포계수(표 5.7-1의 ①에 따른다)
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡) (5.5에 따른다)
：풍방향가스트영향계수(5.6에 따른다)
：풍력계수(5.7.3에 따른다)
(1) 이 절은 건축물의 주골조를 설계하는 경우의 지붕풍하중을 산정할 때 적용하며, 다음의 모든 조건을 만족하여야 한다.
① 건축물의 형상은 정형적이어야 한다.
② 건축물은 와류방출, 공기력불안정진동 등을 유발하는 응답특성을 나타내지 않아야 한다.
③ 건축물은 풍상측의 장애물에 의해 발생하는 골바람효과나 후류버펫팅을 받는 곳에 위치하지 않아야 한다.
(2) 주골조설계용 지붕풍하중 WR 은 다음 식으로 산정한다.
(N) (5.3-1)
여기서,
：지붕의 설계풍압(N/㎡). 단, 500N/m2 보다 작아서는 안 된다.
：지붕보가 부담하는 부분의 유효수압면적(㎡)
위 식에서 지붕의 설계풍압 PR 은 건축물 형상별로 다음과 같이 산정한다.
밀폐형건축물 및 부분개방형건축물의 주골조설계용 지붕의 설계풍압 PR 은 다음 식으로 산정한다.
(N/㎡) (5.3-2)
여기서,
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡)(5.5에 따른다)
：지붕의 외압가스트영향계수(5.6.4에 따른다)
：내압가스트영향계수(5.7.2에 따른다)
：외압계수(5.7.1에 따른다)
：내압계수(5.7.2에 따른다)
독립지붕의 주골조설계용 지붕의 설계풍압 PR은 다음 식으로 산정한다.
(N/㎡) (5.3-3)
여기서,
：기준높이
에 대한 설계속도압(N/m²)(5.5에 따른다)
：지붕의 외압가스트영향계수(5.6.4에 따른다)
：독립지붕의 순압력계수(5.7.3에 따른다)
5.4 외장재설계용 풍하중 (KDS 41 10 15)
(1) 5.4는 건축물의 외장재 등을 설계하는 경우의 풍하중을 산정할 때 적용하며, 다음의 모든 조건을 만족하여야 한다.
① 건축물의 형상은 정형적이어야 한다.
② 건축물은 와류방출, 공기력불안정진동 등을 유발하는 응답특성을 나타내지 않아야 한다.
③ 건축물은 풍상측의 장애물에 의해 발생하는 골바람효과나 후류버펫팅을 받는 곳에 위치하지 않아야 한다.
(2) 외장재설계용 풍하중 WC 는 다음 식에 따라 산정한다.
(N) (5.4-1)
여기서,
：외장재설계용 설계풍압(N/㎡). 단, 500N/㎡ 보다 작아서는 안 된다.
：외장재 등의 유효수압면적(㎡)
위 식에서 외장재설계용 설계풍압 PC 는 기준높이 H 에 따라 다음과 같이 산정한다.
기준높이가 20 m 이상인 건축물의 외장재설계용 설계풍압 PC 는 아래 2종류로 구분하여 산정한다.
(1) 정압인 외벽
(N/㎡) (5.4-2)
(2) 부압인 외벽 및 지붕면
(N/㎡) (5.4-3)
여기서,
：높이방향압력분포계수(표 5.7-1의 ①에 따른다)
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡)(5.5에 따른다)
：외장재설계용 피크외압계수(5.8.1에 따른다)
：외장재설계용 피크내압계수(5.8.2에 따른다)
기준높이가 20 m 미만인 건축물의 외장재설계용 설계풍압은 벽, 지붕을 구분하지 않고 다음 식으로 산정한다. 단, 여기서 건설지점의 지표면조도구분이 A, B, C 에 해당하는 경우에는 지표면조도구분 C 에서의 설계속도압 qH 를 적용하고, 건설지점이 지표면조도구분 D 인 경우에는 해당 지표면조도구분의 설계속도압 qH 를 적용한다.
(N/㎡) (5.4-4)
여기서,
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡) (5.5에 따른다)
：외장재설계용 피크외압계수(5.8.1에 따른다)
：외장재설계용 피크내압계수(5.8.2에 따른다)
독립지붕의 외장재설계용 설계풍압 PC 는 다음 식으로 산정한다.
(N/㎡) (5.4-5)
여기서,
：기준높이 H 에 대한 설계속도압(N/㎡) (5.5에 따른다)
：독립지붕의 피크순압력계수(5.8.3에 따른다)
5.5 설계속도압 (KDS 41 10 15)
기준높이 H 에서의 설계속도압 qH 는 다음 식으로 산정한다.
(N/㎡) (5.5-1)
여기서,
：공기밀도로서 균일하게 1.22kg/㎥로 한다.
：설계풍속(m/s) (5.5.1에 따른다)
설계풍속 VH 는 다음 식으로 산정한다.
(m/s) (5.5-2)
여기서,
：기본풍속(m/s) (5.5.2에 따른다)
：풍속고도분포계수로 기준높이 H 에서의 값(5.5에 따른다)
：지형계수(5.5.4에 따른다)
：건축물의 중요도계수(5.5.5에 따른다)
기본풍속 V0 는 지표면상태가 5.5.3에서 정한 지표면조도구분 C 인 경우, 지상 10 m 높이에서 10분간 평균풍속의 재현기간 100년에 대한 값이고, 건설지점이 위치한 지역에 따라 그림 5.5-1 또는 표 5.5-1에 의해 정한다. 다만, 건설지점 부근의 유효한 풍관측자료가 있는 경우에는 그 값에 따라 설정할 수 있다. 이 경우 풍속자료를 처리할 때에는 공인된 극치통계해석법을 사용하고, 자료의 길이, 측정오차, 평가시간, 풍속계높이, 풍속계 주변의 지표면상태 등을 고려해야하며, 풍속자료는 지표면조도구분 C 인 지상 10 m에서 10분간 평균풍속의 재현기간 100년 값으로 균질화해야 한다. 바람은 항상 수평방향에서 불어오는 것으로 가정한다.
표 5.5-1 지역별 기본풍속 V0 (m/s)
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지역
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(m/s)
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서울특별시
인천광역시
경기도
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옹진
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30
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인천, 강화, 안산, 시흥, 평택
|
28
|
|
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서울, 김포, 구리, 수원, 군포, 오산, 화성, 의왕, 부천, 고양, 안양, 과천, 광명, 의정부, 동두천, 양주, 파주, 포천, 남양주, 가평, 하남, 성남, 광주, 양평, 용인
|
26
|
|
|
안성, 연천, 여주, 이천
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24
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|
강원도
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속초, 양양, 강릉, 고성
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34
|
|
동해, 삼척, 홍천, 정선, 인제
|
30
|
|
|
양구
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26
|
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|
철원, 화천, 춘천, 횡성, 원주, 평창, 영월, 태백
|
24
|
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대전광역시
충청남북도
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서산, 태안
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34
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|
당진
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32
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서천, 보령, 홍성, 청주, 청원
|
30
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예산, 세종, 대전, 공주, 부여
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28
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아산, 계룡, 진천
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26
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|
천안, 증평, 청양, 논산, 금산, 음성, 충주, 제천, 단양, 괴산, 보은, 영동, 옥천
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24
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부산광역시
대구광역시
울산광역시
경상남북도
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울릉(독도)
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40
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|
부산
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38
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포항, 경주, 기장, 통영, 거제
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36
|
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양산, 김해, 남해, 울산, 울주
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34
|
|
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영덕, 고성
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32
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|
울진, 창원, 사천, 영천
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30
|
|
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청송, 대구, 경산, 청도, 밀양, 하동
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28
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영양, 군위, 칠곡, 성주, 달성, 함안, 고령, 창녕, 진주
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26
|
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봉화, 영주, 예천, 문경, 상주, 추풍령, 안동, 의성, 구미, 김천, 의령, 거창, 산청, 합천, 함양
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24
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광주광역시
전라남북도
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완도, 해남
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36
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|
진도, 여수, 고흥, 신안, 무안, 장흥
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34
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|
목포, 부안, 영암, 강진
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32
|
|
|
영광, 함평, 나주
|
30
|
|
|
익산, 김제, 순천, 고창, 광양
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28
|
|
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광주, 보성, 완주, 전주, 장성
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26
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|
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무주, 진안, 장수, 임실, 정읍, 순창, 남원, 담양, 곡성, 구례
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24
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제주도
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서귀포, 제주
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44
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주 1) 표에 나타낸 지역명칭은 통계청의 2012년 1월 25일 기준 ʻʻ한국행정구역분류ʼʼ에 따라 시 및 군을 최소단위로 작성하였다.
2) 표 및 그림 5.5-1에 나타낸 지역명칭 중 굵은 글씨와 ●는 기상관청이 있는 지역으로 기상관청이 위치한 곳, 일반 글씨와 ◯는 기상관청이 없는 지역으로 시청 및 군청 소재지가 위치한 곳이다.
3) 표에 나타낸 기본풍속 는 해당 시나 군의 행정구역 중 가장 큰 값을 그림 5.5-1로부터 구한 것이다.
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지표면
조도구분 |
주변지역의 지표면 상태
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풍속고도분포계수 ( Kzr ) |
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A
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대도시 중심부에서 고층건축물(10층 이상)이 밀집해 있는 지역
|
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B
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수목·높이 3.5 m 정도의 주택과 같은 건축물이 밀집해 있는 지역
중층건물(4~9층)이 산재해 있는 지역
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C
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높이 1.5~10 m 정도의 장애물이 산재해 있는 지역
수목·저층건축물이 산재해 있는 지역
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D
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장애물이 거의 없고, 주변 장애물의 평균높이가 1.5 m 이하인 지역
해안, 초원, 비행장
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(2) 평탄한 지역에 대한 풍속고도분포계수 Kzr 는 위 (1)에서 규정한 건설지점의 지표면조도구분에 따라 표 5.5-3 및 표 5.5-4에 따라 정한다.
(1) 산, 언덕 및 경사지의 영향을 받지 않는 평탄한 지역에 대한 지형계수 Kzt 는 1.0이다.
건축물의 풍방향고유진동수 nD 가 1Hz를 초과하는 경우 또는 바람에 의한 동적 효과를 무시할 수 있는 강체구조물 또는 기타 구조물인 경우의 주골조설계용 풍방향가스트영향계수 GD 는 다음 식으로 산정한다.
(5.6-1)
단,
여기서,
：풍속변동계수
：비공진계수
：풍속고도분포지수(5.5.3에 따른다)
：기준높이에서의 난류강도
：기준높이에서의 난류스케일(m)
：건축물의 기준높이(m)
：건축물의 폭(m)
：기준경도풍높이(m) (5.5.3.에 따른다)
건축물의 풍방향고유진동수
가 1Hz 이하인 경우 또는 바람에 의한 동적효과를 무시할 수 없는 세장한 구조물 또는 기타 구조물인 경우의 주골조설계용 풍방향가스트영향계수 GD 는 다음 식으로 산정한다. 단, 굴뚝과 같이 수직으로 세장한 구조물은 H/B 의 값이 7 이하인 경우에는 강체구조물로 한다.
(5.6-2)
단,
여기서,
：풍방향피크팩터
：풍속변동계수
：비공진계수
：공진계수
：풍방향레벨크로싱수로서 건축물의 풍방향1차고유진동수 nD 로 근사할 수 있다.(Hz)
：풍속고도분포지수(5.5.3에 따른다)
：기준높이에서의 난류강도
：기준높이에서의 난류스케일(m)
：건축물의 폭(m)
：건축물의 기준높이(m)
：건축물의 풍방향1차감쇠비
：풍방향풍력스펙트럼계수
：규모계수
：건축물의 풍방향1차고유진동수(Hz)
：기준경도풍높이(m) (5.5.3에 따른다)
：설계풍속(m/s) (5.5.1에 따른다)
CITATION
* 국가건설기준센터 (https://www.kcsc.re.kr/) KDS 기준 참고
* KBC 2016
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