하중
고정하중·활하중 산정 방법과 활하중 저감
구조 계산은 하중에서 시작합니다. 하중을 잘못 잡으면 그 뒤의 해석과 부재 설계가 아무리 정확해도 소용이 없습니다.
이 글에서는 고정하중을 쌓아 올리는 방법과 활하중을 고르는 기준, 그리고 실무에서 자주 놓치는 활하중 저감을 정리합니다.
하중의 종류
| 기호 | 하중 | 성격 |
|---|---|---|
D |
고정하중 | 항상 작용, 위치 고정 |
L |
활하중 | 사용에 따라 변동 |
S |
설하중 | 지역·지붕 형상에 좌우 |
W |
풍하중 | 방향·크기 변동 |
E |
지진하중 | 드물지만 크게 작용 |
D와 L은 중력 방향으로 항상 고려하는 기본 하중입니다. 나머지는 조합에 따라 들어갑니다. 이 하중들을 어떻게 묶어 설계에 쓰는지는 하중조합 정리 — 어느 조합이 지배하는가에 정리했습니다.
고정하중
구조체 자중에 마감재와 고정 설비를 더한 값입니다. 재료 단위중량 × 두께로 쌓아 올립니다.
주요 재료 단위중량
| 재료 | 단위중량 |
|---|---|
| 철근콘크리트 | 24 kN/m³ |
| 무근콘크리트 | 23 kN/m³ |
| 강재 | 77 kN/m³ |
| 시멘트모르타르 | 21 kN/m³ |
| 물 | 9.81 kN/m³ |
계산해 보기 — 사무실 슬래브
철근콘크리트 슬래브 150mm 0.150 × 24 = 3.60 kN/m²
시멘트모르타르 40mm 0.040 × 21 = 0.84 kN/m²
바닥마감재 0.20 kN/m²
천장·설비 0.30 kN/m²
─────────────────
D = 4.94 kN/m²마감재와 설비는 두께로 계산하기 어려워 면적당 값으로 잡습니다. 위 값은 예시이고, 실제로는 마감 사양서를 보고 산정해야 합니다.
활하중
사람, 가구, 장비처럼 위치와 크기가 변하는 하중입니다. 실제 값을 알 수 없으므로 용도별로 정해진 등분포하중을 씁니다.
| 용도 | 등분포활하중 |
|---|---|
| 주택·공동주택 거실 | 2.0 kN/m² |
| 병원 병실 | 2.0 kN/m² |
| 사무실 (일반) | 2.5 kN/m² |
| 학교 교실 | 3.0 kN/m² |
| 도서관 열람실 | 3.0 kN/m² |
| 판매장 | 4.0 kN/m² |
| 집회장 (고정석) | 4.0 kN/m² |
| 도서관 서고 | 7.5 kN/m² |
위 표는 대표적인 용도만 추린 것입니다. 실제 설계에서는 KDS 41 10 15의 전체 표를 확인하세요.
kgf 단위가 익숙하시면 이렇게 됩니다.
| kN/m² | kgf/m² |
|---|---|
| 2.0 | 204 |
| 2.5 | 255 |
| 4.0 | 408 |
| 7.5 | 765 |
환산은 구조 단위 환산기의 면하중 탭에서 바로 할 수 있습니다.
활하중 저감 — 실무에서 자주 놓칩니다
활하중은 모든 면적에 동시에 가득 실리지 않습니다. 큰 면적을 부담하는 부재일수록 전체가 꽉 찰 확률이 낮아지므로, 그만큼 줄여 쓸 수 있습니다.
C = 0.3 + 4.2 / √A_I
A_I : 영향면적 (m²)
L = C · L₀저감계수 계산
| 영향면적 | C | 저감률 |
|---|---|---|
| 36 m² | 1.000 | 0% |
| 50 m² | 0.894 | 11% |
| 100 m² | 0.720 | 28% |
| 200 m² | 0.597 | 40% |
| 400 m² | 0.510 | 49% |
| 600 m² | 0.471 | 53% |
영향면적 36m²에서 계수가 정확히 1.000입니다. 4.2/√36 = 4.2/6 = 0.7이고 0.3 + 0.7 = 1.0이기 때문입니다. 저감이 시작되는 경계가 식에서 자연히 나오는 지점이라, 36m²라는 숫자를 따로 외울 필요가 없습니다.
저감 한도
무한정 줄일 수는 없습니다.
| 조건 | 하한 |
|---|---|
| 1개 층을 지지하는 부재 | 0.5 |
| 2개 층 이상을 지지하는 부재 | 0.4 |
위 표에서 영향면적 600m²의 C = 0.471은 1개 층 부재라면 0.5로 올려 적용합니다.
적용 예
사무실(L₀ = 2.5 kN/m²) 기준
| 영향면적 | 저감 후 L |
|---|---|
| 36 m² | 2.50 kN/m² |
| 100 m² | 1.80 kN/m² |
| 200 m² | 1.49 kN/m² |
| 400 m² | 1.27 kN/m² |
큰 기둥이나 기초에서는 활하중이 절반 수준까지 떨어집니다. 저감을 적용하지 않으면 그만큼 과설계가 됩니다.
⚠️ 다만 저감을 적용할 수 없는 용도가 있습니다. 집회 용도나 활하중이 큰 공간 등에는 제외 조항이 걸리므로, 적용 전에 반드시 원문을 확인하세요.
고정하중이 생각보다 큽니다
앞의 사무실 예제를 다시 보면
D = 4.94 kN/m²
L = 2.50 kN/m²
────────────────
합 7.44 kN/m²**고정하중이 전체의 66%**입니다. 슬래브 두께를 10mm만 줄여도 0.24 kN/m²가 빠지는데, 이는 활하중 10%에 해당합니다.
하중을 줄이고 싶다면 활하중보다 고정하중을 손보는 쪽이 효과적입니다. 활하중은 기준값이라 임의로 못 줄이지만, 마감 사양과 슬래브 두께는 설계 변수입니다.
실무에서 자주 틀리는 지점
활하중 저감을 아예 적용하지 않는 경우
기둥과 기초에서 특히 큽니다. 영향면적 400m²면 활하중이 절반이 되는데, 이를 놓치면 기초가 불필요하게 커집니다. 다만 제외 용도 확인이 먼저입니다.
영향면적과 부담면적을 혼동하는 경우
둘은 다른 값입니다. 부담면적은 그 부재가 물리적으로 나눠 갖는 면적이고, 영향면적은 그 부재에 하중이 전달되는 범위입니다. 저감식에는 영향면적을 넣습니다.
마감하중을 빠뜨리는 경우
슬래브 자중만 계산하고 모르타르·마감재·천장을 빼면, 위 예제 기준 1.34 kN/m²가 누락됩니다. 고정하중의 27%입니다.
설비 하중을 일률적으로 잡는 경우
기계실, 전기실, 서버실은 일반 사무실과 설비 하중이 전혀 다릅니다. 용도별로 나눠 산정해야 합니다.
자주 묻는 질문
활하중은 왜 용도로 정하나요?
실제 사용 하중은 예측이 불가능합니다. 그래서 용도별 통계와 안전율을 반영한 기준값을 정해 둡니다. 특수 장비가 들어가는 공간은 별도로 산정합니다.
칸막이벽은 고정하중인가요, 활하중인가요?
이동 가능한 칸막이는 활하중으로 봅니다. 위치가 바뀔 수 있기 때문입니다. 구조체에 고정된 벽체는 고정하중입니다.
지붕 활하중은 왜 낮은가요?
사람이 상시 머물지 않기 때문입니다. 다만 지붕에는 설하중이 따로 걸리고, 지역에 따라 활하중보다 훨씬 클 수 있습니다.
재료 단위중량은 어디서 확인하나요?
KDS 41 10 15에 재료별 표가 있습니다. 철근콘크리트 24 kN/m³는 외워 두면 편합니다. 철근 물량과 콘크리트 부피 산정은 철근 물량 산출 방법에 정리했습니다.
정리
- 고정하중은 재료 단위중량 × 두께로 쌓습니다. 마감·설비를 빼먹지 마세요.
- 활하중은 용도별 기준값입니다. 임의로 줄일 수 없습니다.
- 활하중 저감
C = 0.3 + 4.2/√A_I— 영향면적 36m²에서 정확히 1.0이 됩니다. - 하한은 1개 층 0.5, 2개 층 이상 0.4. 제외 용도가 있으니 원문을 확인하세요.
- 고정하중이 전체의 3분의 2입니다. 하중을 줄이려면 이쪽을 보세요.
- 영향면적 ≠ 부담면적입니다.
하중 단위 환산은 구조 단위 환산기에서 할 수 있습니다.