14. 힘(하중)의 흐름

 

POINT : 목구조는 수직하중과 횡하중을 고려해 안전하게 설계해야 한다. 작은 부재에서 큰 부재로 전달되고 횡하중은 바닥에서 내력벽으로 전달된다.

 

수직하중과 횡하중

 

중목구조를 안전하게 결구하기 위해서 염두해 두어야 할 것은 건물에 작용하는 두 종류의 힘, 즉 수직하중과 횡하중의 흐름이다. 수직하중은 중력 방향에 따라 위에서 아래로 작용하는 힘이다. 주로 고정하중(기둥, , 바닥 등의 부재와 마감재, 고정된 설비 기구 등의 건물 자중), 적재하중(사람과 가구 등, 이동 가능한 것의 중량). 적설하중(지붕 등에 쌓인 눈의 중량)을 들 수 있다. 기본적으로 위에서 아래로, 단면이 작은 부재에서 큰 부재로 전달되며 최종적으로는 그 하중이 지반에 전달된다.

2층짜리 건물은 1층이 지붕과 2층 하중을 부담하므로 2층보다 수직하중을 많이 받는다. 수직하중을 지탱하기 위해 중요한 역할을 하는 것이 기둥이다. 기둥은 2층보다 1층에 많이 세우는 것이 바람직하다. 

횡하중은 지진력과 풍압력으로 나뉜다. 횡하중은 바닥과 벽 등 무게가 있는 곳에 작용하며 풍압력은 외벽에 작용한다. 이러한 횡력은 바닥을 통해 내력벽에 전달된다. 따라서,바닥 및 내력벽에 횡력이 작용하므로 변형되지 않도록 견고하게 해야 한다. 벽에 전달 된 힘은 인접한 기둥으로 전달되어 수직하중과 마찬가지로 지반에 전달된다. 

2층짜리 건물은 1층 내력벽에 2층 내력벽이 받는 횡력이 전달된다. 1층 내력벽은 기둥과 마찬가지로 보다 많은 힘을 받게 된다. 벽량계산의 필요벽량 수치에서도 알수있는 것처럼 1층 내력벽의 양(강도)은 2층 보다 더 많아야 한다.

하중과 건물 무게의 관계

 

수직하중과 지진력의 크기는 건물 중량에 비례한다. 건물이 가벼우면 수직하중과 횡하중이 비교적 작고 구조 계획이 용이하다. 반대로 건물이 무거우면 각각의 힘이 커지므로 구조 계산이 어려워진다. 벽량계산에서는 지붕 종류에 따라 필요벽량의 수치가 달라진다. 기와 등의 무거운 지붕은 내력벽의 양을 늘려야 하고 금속 지붕 등의 가벼운 지붕은 내력벽의 양을 줄일 수 있다. 자유로운 설계를 원한다면 건물의 중량을 가능한 한 가볍게 하는것이 좋다.

, 풍압력은 외벽 면적에 비례하고 건물 중량과는 관계가 없다. 외벽 면적은 크지만 바닥면적이 작은 경우(바람을 받는 방향을 기준으로 건물의 양쪽에서 뒤끝까지의 거리가 짧은 경우)는 지진력보다 풍압력을 크게받을 수가 있으므로 주의해야한다.

 

수직하중의 흐름


 

수직하중의 흐름을 나타낸 그림이다. 지붕의 펄린이 받는 수직하중은 천장보를 경유해 좌우의 2층 기둥에 전달된다. 2층 바닥이 부담하는 수직하중은 2층 바닥보를 경유하여 기둥(통기둥, 층기둥)으로 흘려 토대를 통해 기초로 전달된다

 

횡하중의 흐름


 

횡하중의 흐름을 나타낸 그림이다. 2층 바닥이 횡하중을 받으면 그 힘은 좌우로 나뉘어져 2층 바닥보를 통해 1층 내력벽으로 전달된다. 이 내력벽(여기서는 가새 내력벽)이 받는 힘은 내력벽에 인접한 기둥에 전달되어 수직하중과 마찬가지로 토대와 기초로 흘러간다.

                                 출처: 중목구조 입문 <The Introduction of Wooden Post & Beam>, 미야자키현, 2016.03