비계 구조계산시 풍하중 관련

비계 (또는 시스템비계) 구조계산시 풍하중 산정 관련한 자료를 짚어본다. 
일단 아래의 기준을 먼저 읽어보는 것이 좋다.

3. KDS 21 60 00 비계 및 안전시설물 설계기준.hwp

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1. 지역별 기본풍속

예전에 방음벽 관련 포스팅에서 언급했었던 적이 있다. 토목기준이 더 강력하나 세부지역별 데이터가 없어서 방음벽 계산에서는 대부분 건축구조기준 KBC2016에 나와있는 지역별 기본풍속을 사용하고 있다. 따라서 비계관련해서도 건축구조기준 KBC2016에 따른 지역별 세부풍속을 사용하는 것이 합리적일 것이다.

 

2. 지형계수 (K_zt)

풍하중산정_2005_쌍용엔지니어링.pdf

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풍하중 산정에 대해 좀 쉽게 설명한 자료가 있어서 첨부한다. 꽤 오래된 자료지만 보기가 쉬워서 참고하면 좋을 것이다.

지형계수(풍속할증계수, 풍상할증계수)는 원래 구하기가 상당히 어려운 계수다. 아래 이미지 참고.

원래 이렇게 구해야 하나 건축분야에서는 대부분 1.00 을 쓰는 듯.. 토목 비계에서는 일단 1.05를 기본으로 쓰고 경사에 따라 더 큰 값으로 적용하면 된다.

 

3. 풍력저감계수

풍력저감계수에 대해 이 블로그 포스트에서 고민을 많이 한 듯 하다. 

아래는 해당 내용을 긁어 온 것이다.

일반적인 가설구조물 계산시 풍하중 산정은 가설공사 표준시방서를 기준으로 산정한다.
이렇게 산정한 풍하중을 모델링에 적용시 설계자 마다 적용방식이 상이함을 확인할수 있다.

크게 2가지로 분류하면
1. 산정된 풍하중을을 전면, 배면에 각각 재하
2. 산정된 풍하중을 전면에만 재하.

이에대한 각각의 근거로는
1. 고속도로 가설구조물 설계예제 편람 2018의 워킹타워 예제를 근거로함.
2. 건설교통부 2001, 가설공사 표준시방서 연구보고서의 P41 3) 작용면적을 근거로함.(첨부파일 참조)

위와같이 풍하중에 대해 상위기관의 적용기준이 상이함을 알수있다.
따라서, 한국가설협회에 유선으로 질의한 결과 다음과 같은 답변을 받았다.

Q : 비계편의 풍력저감계수(r)에서

  1.쌍줄비계에서 후면비계에 적용하는 풍력저감계수 r=1-pi
  2.쌍줄비계의 전면이나, 외줄비계에 적용하는 풍력저감계수 r=0

  이라고 되어 있는데 쌍줄비계의 전면이 풍력저감계수가 0이 되는것은 맞지만

  풍력계수,Cf산정시 r가 0이면 풍력계수자 작아져 풍력이 줄어들게 되어 앞뒤가 맞지 않음.


A : 귀하께서 질의하신 가설구조물의 풍력계수 산정시 고려되는 풍력저감계수(r)는 제1구면에 쳐진 보호망의

  충실율에 따른 제2구면의 풍력저감계수로서 충실율이 1(공극이 없는 보호망인 경우)이면 r＝0이되고,

  충실율이 작아지면(보호망의 공극이 커지면) 커질 것이므로 r＝1-충실율인 직선변화를 한다고 가정한 값입니다.

  가설공사표준시방서(설계편)의 풍력계수 산정식에서 보호망이 설치되는 비계 외측면을 제1구면(0.11),

  비계 내측면을 제2구면(0.09r)으로 구분하여 산정해 보시기 바랍니다.



또한 위의 2가지 재하방식과 도로교 설계기준을 동일한 풍압을 충실율별로 비교한 결과는 다음과 같다.

 

이게 왜 헷갈릴 수 밖에 없느냐면, 비계및안전시설물 설계기준(2020.1)에서 풍력계수, 풍력저감계수, 충실률, 기본풍력계수를 구하는 방식들이 모두 "패널, 안전망 등의 plate 요소"에 적합한 기술이기 때문이다.

정작 구조해석을 프레임을 먼저 구현하는데 , 프레임에 작용하는 풍하중을 계산하려고 보니 기준이 죄다 "면 요소"에 대한 풍하중 계산식이니 혼란스러울 밖에.

 

형상보정계수 R값 산정 보면 가관이다.

그래서 프레임에 대한 형상계수는 어떻게 산정하란 말인가?

망,시트,패널 등등의 '면'에 대한 형상계수 산식만 늘어놓고 있다.

정작 구조해석에서 더 중요하게 여겨지는 '프레임'의 형상계수는 어떻게 산정하란 말인지 이 기준내용만으로는 알 수가 없다. 

 

참고로 충실률은 아래와 같이 구한다. 외곽 전면적에서 유효수압면적을 빼면되는데 보통 외곽 전면적은 프레임의 센터선 으로 구해도 무방하고 프레임이 바람에 거스르는 면적은 수직투영면적으로 구한다. 즉, 프레임길이X프레임외경 의 총합이다. 보통 비계에서 충실률은 0.2~0.3 정도 보는 듯 하다.

 

4. 가스트영향계수 (거스트 영향계수) Gf

가스트 영향계수는 아래의 표에 따른다. '노풍도'라는 말은 '지표면 조도구분'과 같은 말로 보면 된다.

건축구조기준 2019에서 발췌함

가설공사 표준시방서(2002)에서 발췌함

5. 풍력계수

비계 및 안전시설물 설치기준 KDS 21 60 00 에 의하여 다음과 같이 산정한다.

 

충실율에 대한 설명은 구조분야에서 유명한 회사인 포스트구조기술에서 해설한 것이 있다. 여기를 클릭하면 그 설명을 원본그대로 볼 수 있다.

혹시 삭제될 지도 몰라 백업용으로 인용해 본다.