1. 서론
이 지침서는 풍하중을 계산할 때 고려해야 할 주요 문제를 소개합니다. 건물과 외장재는 고장이나 기능 손실 없이 기상으로 인해 발생할 수 있는 최악의 상황을 견딜것으로 예상됩니다. 그러나 이러한 성능은 설계에 대한 주의와 건물 외장의 제조 및 설치 과정에서 세부 사항에 대한 주의가 있어야만 가능합니다. 건물 외장 설계자와 지정자는 일반적으로 풍하중 계산을 위해 영국 표준 및 유럽 규범을 사용합니다.
자립형으로 지정된 금속 외장은 자체 무게와 여기에 적용된 하중을 지탱할 수 있어야 합니다. 일반적인 지붕의 경우, 하중에는 대부분의 경우 태양 전지의 무게는 말힐 것도 없고, 형상 자체 중량, 유지 보수를 위한 접근, 적설 하중 및 풍하중이 포함될 가능성이 있습니다. 금속 데크의 경우 지붕 덮개 및 천장, 설비 부하도 있습니다.
건물 외장이 직면할 수 있는 모든 하중 중에 바람은 외장과 건물 구조에 손상을 줄 가능성이 가장 큽니다. 겨울 태풍에 대한 뉴스 기사는 지붕이나 벽이 손상된 건물의 사진이 수반되는 경우가 많으며, 피복이 손상되지 않은 것처럼 보이는 경우에도 조인트와 패스너의 국부적인 손상으로 인해 기능이 상실될 수 있습니다. 그러나 건물 외장의 올바른 설계와 사양으로 인해 가장 예외적인 기상 현상을 제외하고 손상을 피할 수 있습니다.
이 문서에서 볼 수 있듯이, 건물의 풍하중을 정확하게 예측하는 것은 풍압에 영향을 미치는 여러 요인으로 인해 복잡한 과정입니다. 그러나 모든 건설 전문가들은 안전한 건물을 지정하고 제공하는 데 자신의 역할을 수행할 수 있도록 풍하중의 기본 원칙을 알고 있어야합니다.
구조 프레임에 대한 구조 기술자가 수행한 것 외에 건물 외장에 대한 풍하중 계산을 구체적으로 수행할 필요가 있습니다. 구조 기술자가 외장 설계 과정에 관여하지 않거나, 지붕/외장 시스템이 계약자 또는 건축가에 의해 지정되었을 때, 지정한 시스템에 대한 구조 계산이 수행되는 것이 필수적입니다. 계약에서 이것은 종종 하청 업체의 책임입니다… 또는 그냥 간과됩니다! 이상적으로 주 계약자는 지붕 시트 및 벽면 피복에 대한 계산 제공을 요구하며, 이는 구조 기술자가 검토 또는 승인합니다. 또한 이상적으로는, 구조 기술자는 건물에 사용할 건물 특정 동적 압력 q값을 지정합니다.
2. 건물에 풍력
건물에 바람이 불 때, 공기가 경로의 장애물에 따라 풍속의 변화는 압력의 증가 또는 감소를 초래할 수 있습니다. 내부 기압의 변화와 결합할 때, 결과는 순 양압(바람을 마주보는 벽과 가파른 지붕의 바람의 경사) 또는 순 흡입(바람의 방향에 평행한 벽과 일반적으로 지붕에 바람이 부는 벽에)입니다. 풍압과 흡입은 벽과 지붕 외장에 굽힘 효과를 유발하며 극단적인 경우 아래 사진에서 볼 수 있듯리 외장 형상 또는 부착물의 구조적 결함을 유발할 수 있습니다.
건물 외장에 적용되는 모든 하중은 궁극적으로 주 건물 구조를 통해 기초로 전달되어야 하며, 일반적으로 경량 퍼힌 및 외장 레일을 통해 전달되어야 합니다. 정 풍압은 외장과 그 지지대 사이의 직접 베어링을 통해 전달되지만, 바람 흡입에 대한 저항은 부착 방법과 적절한 수의 패스너의 올바른 설치에 따라 달라집니다. 따라서 외장, 패스너 및 지지 구조가 모두 건물에 대한 설계 풍하중을 견딜 수 있도록 지정되어야 합니다. 건물 설계에 대한 전반적인 책임을 지는 구조 기술자가 구조 설계의 일부로 건물 풍하중을 계산하는 것이 일반적인 관행입니다. 그러나 구조 설계를 위한 계산된 풍하중은 건물 외피의 작은 영역에서 경험하는 높은 국부적인 힘을 종종 무시합니다. 또한 건물 표면에 적용되는 풍하중은 일반적인 전체 구조에서 공유되는 반면 개별 외장 구성 요소는 바람의 전체 힘에 저항하는 데 필요할 수 있습니다.
3. 풍하중에 영향을 미치는 요인
풍하중은 부지의 위치와 건물의 형상 및 방향과 관련된 여러 요인에 따라 달라집니다. 이러한 이유로, 풍하중은 부지 및 건물에 따라 다르므로 각 건물에 대해 계산해야 합니다. 풍속에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
1) 위치 2) 고도 3) 바다까지의 거리 4) 도시 또는 국가 5) 지형 6) 풍향 7) 건물 높이
8) 건물 모양 9) 건물 외장의 위치
1) 위치
간단히 말해서, 국가의 일부 지역은 다른 지역보다 바람이 많이 붑니다. 여러 기상 요인이 일반적인 구조 기술자의 전문 지식을 훨씬 넘어서 풍속과 방향에 영향을 미칩니다. 다행히도 사용 가능한 기상 데이터를 분석하여 실행 법규로 게시된 단순화된 지침을 생성하기 위해 분석되었습니다. 이 지침에는 영국의 ‘퐁력 지도’가 포함되어 있으며, 영국의 특정 위치에서 ‘기본 풍속’을 추정하는 데 사용할 수 있습니다. 그런 다음 풍향, 고도 및 디타 요인을 허용하기 위해 보정 계수가 적용됩니다.
2) 고도
풍속은 고도에 따라 자연히 증가합니다. 이것은 영국 표준 및 유럽 법규에서 지도의 기본 풍속에 적용되는 보정 계수에 의해 제공됩니다.
3) 바다까지의 거리
바다에 가까울수록, 풍속은 빨라집니다. 바다까지의 상승풍 거리와 풍압 사이의 관계는 본질적으로 대수이어서 해안 지역의 풍하중은 내륙의 1~2마일 지점보다 훨씬 높은 반면, 내륙의 10~20마일로 이동하는 것은 비교적 작은 영향을 미친다는 것을 의미합니다.
4) 도시 또는 국가
다른 건물들은 바람으로 피난처를 제공할 수 있으며, 이것은 영국 표준과 유럽 법규가 사용하는 계산 방법에 반영됩니다. 피난처의 정도는 부지에서 마을 가장자리까지 역풍 거리에 따라 달라지므로 건물 설계자는 풍하중을 계산할 때 부지의 정확한 위치를 알아야합니다. 정확한 관계는 주변 건물과 관련된 건물 높이에 따라 다릅니다(2층 주택으로 둘러싸인 10층짜리 호텔은 시골에도 있을 수 있습니다).
5) 지형
언덕과 같은 지형적 특징은 공기가 그 위로 밀려들면서 바람의 속도를 증가시켜 국지적인 높은 풍압으로 이어질 수 있습니다. 이러한 이유로, 풍하중을 계산하는 사람이 단순히 우편번호에 의존하는 것이 아니라 현장에 어느 정도 익숙해지는 것이 중요합니다. BS EN1991-1-4는 풍하중이 주변 지역보다 더 클 가능성이 있는 ‘중요한 지형’이 있는 위치에 대해 이야기합니다. 중요한 지형을 정의하는 유럽 법규은 아래에 재현되어 있습니다.
6) 풍향
풍속은 방향에 따라 다르며, 가장 강한 바람은 일반적으로 남서쪽에서 불고 있습니다. 이 때문에 바다까지 거리나 마을 가장자리까지의 다른 요인들을 고려할 때, 이 거리가 측정되는 방향을 고려하는 것이 중요합니다. 기술자가 채택한 일반적인 접근 방식은 나침반 주변의 여러 지점에서 부는 바람을 고려하여 각 방향에 대해 바다까지 거리와 마을 가장자리까지 거리를 측정하고 해당 풍속을 계산하는 것입니다. 건물의 방향을 알고있는 경우, 건물의 각 면에 대해 적절한 풍속을 계산할 수 있습니다. 또는 가장 큰 풍속이 모든 면에 적용될 수 있습니다.
7) 풍향 분포
월간 및 년간 풍향은 특정 위치에 대한 16개의 나침반 지점의 각 방향에서 바람의 빈도와 속도를 그림으로 표현합니다. 바람은 주어진 장소에서 지배적인 바람을 보여주고 평균 및 돌풍 풍속 그래프와 함꼐 정보를 사용하여 초기에 평가하고 궁극적으로 건물의 외피 및 구조에 대한 바람 하중을 계산하는 입력으로 사용할 수 있습니다. 다음의 바람은 영국 전역에서 선택된 세 곳의 변화를 보여줍니다.
아래 그림은 건물의 외장 및 구조에 대한 후속 양(+ve) 풍압 및 음/흡입(-ve) 풍압과 함께 우세한 바람이 건물 위로 이동하는 방법을 보여줍니다. 지역 지형과 장애물은 건물 위와 주변의 흐름에 영향을 미칩니다.
8) 건물 높이
고층 건물은 강한 바람에 노출되며 이는 영국 표준 및 유럽 법규의 풍하중 계산에 반영됩니다. 엄밀히 말하면, 중요한 높이는 인접한 건물이나 다른 대피소 위에 노출된 높이이지만, 보수적으로 건물 높이가 계산에 사용될 수 있습니다. 매우 높은 건물의 경우, 정면은 지상의 다른 높이에 할당된 다른 풍압으로 수직으로 분할될 수 있습니다. 단층 건물의 경우에도 처마와 용마루의 높이 차이가 풍하중을 변경하기에 충분할 수 있습니다.
9) 건물 형상
건물 종횡비(길이 대 폭), 지붕 모양 및 지붕 경사는 모두 풍압의 크기와 건물 외장에 대한 분포에 영향을 줍니다. 건물 표면에 작용하는 풍압은 동적 압력(0.5×공기 밀도×풍속)과 설계 표준에서 얻은 압력 계수의 곱입니다. 압력 계수는 다양한 지붕 경사에 대해 다양한 지붕에 대해 표로 표시됩니다.
10) 건물 외피의 위치
풍압은 건물 외장의 위치에 따라 다릅니다. 예를 들어, 지붕의 가장자리는 중앙보다 더 높은 압력을 받기 때문에 추가 패스너나 더 가까운 퍼린이 필요할 수 있습니다. 지붕의 용마루와 코너, 벽 코너는 특히 높은 풍하중에 취약합니다. 영국 표준과 유럽 법규는 지붕과 벽을 구역으로 나누고 각 구역에 서로 다른 압력 계수를 할당하여 이 문제를 다룹니다. 유럽 법규에서 벽 및 듀오 경사 지붕에 사용되는 구역은 다음과 같습니다.
