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적설 하중 안전가이드(3)

출처: https://www.fema.gov/media-library/assets/documents/83501

 

https://www.fema.gov/media-library-data/7d8c55d1c4f815edf3d7e7d1c120383f/FEMA957_Snowload_508.pdf

 

3. 건물 기본

 

    적설 하중으로 인한 구조적 실패의 위험은 건물의 특성에 의해 영향을 받습니다. 일부 지붕 구조와 재료는

 

    다른 지붕에 비해 눈으로 인한 붕괴에 더 취약합니다. 건물의 환경 설정은 눈이 날리거나 미끄럼의 위험을

    초래할 수 있는 조건을 만듭니다. 이 장에서는 건물의 특성, 재료, 구조 시스템 및 해당 취약점에 대해서

    설명합니다.

 

 1) 건물 특성 및 모양

 

     2장에서 설명한 바와 같이, 지붕의 적설 하중은 지상의 적설 하중과는 다릅니다. 지붕 적설 하중의 변수는

     지붕 기하학과 지붕 재료, 바람에 대한 노출 및 단열입니다.

 

  (1) 사용 유형

 

       건물의 구조는 주택, 상업, 공업, 기관 또는 농업 등으로 분류됩니다.

 

  (2) 지붕 기하학과 지붕 재료

 

       지붕 건축물은 많은 형태가 있습니다. 기하학적 구조는 지붕 적설 하중 분포에 중요한 영향을 미칩니다.

       ​방된 평평한 지붕, 장애물이나 옥상에 장비가 없는 지붕의 적설 하중은 균등한 반면, 기하학적으로 불

       규칙하고 장애물이 있는 지붕은 불균형한 패턴으로 눈을 축적합니다. 직감적으로 다른 변수를 감안하더

       라도 가파른 지붕은 평평하고 낮은 경사 지붕보다 미끄러짐을 통해 눈을 떨어트릴 가능성이 높습니다.

 

       상업용, 공업용 및 농업용 건물은 일반적으로 구조 전체에 하나의 지붕 구성을 사용하고 때로는 다양한

       지붕 및 용마루 높이가 서로 다릅니다. 주거와 같은 건축적 미학에 영향을 받는 설계는 종종 여러 개의

       지붕 구조를 통합합니다.

 

       아래 그림은 일반적인 지붕 구성을 보여줍니다.

[그림1. 지붕 배수가 있거나 없는 평평한 또는 낮은 경사 지붕]

 

[그림2. 계단식 지붕]

[그림3. 톱니 모양 지붕]

[그림4. 한쪽 경사 지붕]

[그림5. 용마루 지붕]

       지붕의 기하학적 특성은 다음과 같은 하중 조건의 불균형을 초래하는 적설 및 눈이 날리는 기회를 제공합

       니.

 

   ■ 공기 역학의 그늘로 알려진 눈을 불어내는 것으로부터 바람을 막는 기하학적 특징은 눈이 날리는 기회를

       제공합니다. 이것은 일반적으로 용마루 지붕 및 한쪽 경사 지붕이나 옥상 돌출부와 같은 계단 타워나

       기계실의 측면에 바람이 불어가는 쪽에서 발생합니다.(그림4, 5 참조)

 

   ■ 평평하거나 낮은 경사 지붕에 있는 파라펫과 계단식 지붕의 지붕 높이의 변화는 눈이 날리는 일반적인

       위치입니다.(그림1, 2 참조)

 

   ■ 톱니 모양의 지붕과(그림3) 경사진 주거 지붕의 교차점(그림6)에 있는 계곡은 지붕의 다른 곳보다 더 깊

       은 눈을 축적합니다.

 

 

[그림6. 경사진 주거 지붕 교차점]

 

   ■ 기계식 스크린 벽, 옥상 통풍구, 채광창과 같은 지붕 장애물은 눈 날림을 모읍니다.

   ■ 난방 및 냉방 장치 또는 태양전지판과 같은 옥상 장비는 눈이 쌓일 수 있는 장소를 제공합니다.

   ■ 주거용 지붕의 경우 굴뚝, 지붕 창, 현관 지붕 및 채광창과 같은 불규칙한 요소로 인해 눈이 쌓일 수 있습니다.

       지붕 기하학적 구조와 지붕 재료는 지붕에서 눈이 미끄러지는 경향에 다음과 같은 영향을 줍니다.

 

 

   ■ 낮은 경사 지붕은 급경사 지붕보다 눈을 더 많이 유지합니다. 그러나 10° 정도의 낮은 지붕 경사는 눈이

       미끄러지는 것으로 관찰되었습니다.

 

   ■ 가파른 지붕 경사면은 눈이 더 효과적으로 미끄러집니다. 따라서 더 큰 지붕 경사면은 눈이 많이 내리는

       지역이나 산악 지역의 건물에 일반적입니다.

 

   ■ 눈이 쌓이는 각도를 초과하는 지붕 경사는 눈이 미끄러지는 결과를 가져옵니다. 눈이 쌓이는 각도는 눈이

       미끄러지지 않는 최대 각도이며, 30°의 지붕 경사로 6:12 또는 7:12라고 합니다. 이것은 낮은 경사를

       가진 지붕 위에 눈이 미끄러지지 않는다는 것을 의미하는 것은 아닙니다.

 

   ■ 더 촉각이 있고, 마모성인 지붕 재료는 덜 미끄럽고 미끄러운 표면같이 쉽게 눈이 미끄러지지 않습니다.

       촉감이 있는 지붕 재료에는 아스팔트 싱글과 골재 표면으로 된 방수막이 있습니다. 미끄러운 지붕 재료는

       금속 지붕 강판과 단층 방수 지붕을 포함합니다.

 

   ■ 스노우 가드와 스노우 클리트(snow cleats)가 있으면, 눈이 지붕에서 미끄러지는 것을 방지할 수 있습니

       다.

 

  (3) 바람에 노출

 

       바람에 노출된 건물은 지붕의 적설 하중에 크게 영향을 미칩니다. 실제로 바람에 노출은 논의된 변수인

       지붕 눈에 가장 큰 영향을 미칩니다. 개방된 지역에서 건물은 보호 구역에 있는 건물보다 지붕에 눈이

       쌓이지 않습니다. 그러나 바람은 눈을 날리기도(눈보라를 일으킴) 합니다. 개방된 지역에 건물의 다양한

       높이, 파라펫 또는 옥상 장비가 있는 경우, 이러한 위치에서는 눈 날림(눈보라)이 발생하여 불균형한 하중

       조건이 발생할 수 있습니다.

 

  (4) 단열재

 

       지붕 조립체의 열 특성은 여러 가지 방법으로 지붕 적설 하중에 영향을 미칩니다. 단열이 잘되거나 통풍

       이 잘되는 지붕은 일반적으로 열악한 지붕이나 환기가 잘 안되는 지붕보다 더 많은 눈을 유지합니다.

       ​잘 단열된 지붕은 건물 내부의 열이 아래에서 지붕 눈을 녹이는 것을 허용하지 않습니다. 유사하게, 통풍

       이 잘되는 다락 공간의 온도는 주변 공기와 비슷합니다. 따라서 아래 그림과 같이 건물 내부의 열이 지붕

       위에 눈을 녹이지 못합니다.

 



[단열: 얼음 덩어리 효과]

       이 상태는 개방된 차고의 지붕과 비슷하며, 지붕의 상부와 하부 모두의 온도가 동일합니다. 온도 차이가

       없기 때문에, 눈을 녹이는 속도에 영향을 받지 않습니다.

 

       박공 및 경사진 지붕의 경우, 단열되지 않고 난방이 된 다락은 눈이 녹거나 미끄러지는 성향을 증가시킵

       니. 그러나 동결 온도 동안 아래 그림과 같이 지붕 처마 돌출부의 불연속 열 특성으로 인해 얼음 덩어리

       가 발생하여 눈 미끄러짐이 억제됩니다. 녹은 물은 지붕 경사면을 따라 흐르고 처마에서 얼어붙습니다.

       ​얼음 덩어리가 커지면서 문제가 전파되어 처마에서 녹은 물이 더 많이 막히게 됩니다.

 

       얼음 덩어리는 몇 가지 문제를 일으킵니다. 첫째, 지붕에서 눈이 미끄러지지 못하게 합니다.

       ​처마에서 눈과 얼음이 쌓이는 것은 바람직하지 않은 불균형한 적설 하중 상태를 만듭니다. 얼음 덩어리로

       발생할 수 있는 두 번째 문제(잠재적으로 더 큼)는 건물 내부로 물의 침투입니다.

 

       적절하게 설계되고, 내부로 배수되는 평면 또는 낮은 경사 지붕은 경사 구조물에 단열 특성을 구축하여

       영향을 받지 않습니다. 사실, 단열되지 않은 낮은 경사 지붕에서는 눈 녹음을 통해 적설 하중을 감소하는

       이점이 있습니다. 녹은 물은 온도 차이가 발생하지 않아 얼고(얼음 덩어리), 차가운 처마가 있는 경사

       지붕에서 발생하는 문제를 일으킵니다.   

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