[법규] 설계 풍속(Design Wind Speed)의 정의와 지표면 조도 구분 (KDS 41 10 15 : 2022)

설계 풍속

 

1. 설계 풍속의 개념

건축물에 작용하는 풍하중은 구조계산 시 고려되는 대표적인 환경하중 가운데 하나이다. 특히 초고층 건축물, 장경간 구조물, 공장 및 플랜트 시설과 같이 풍하중의 영향이 큰 건축물에서는 설계 풍속의 결정이 구조 안전성 확보를 위한 기본 조건이 된다.

KDS 41 10 15에서는 설계 풍속을 기본풍속에 건설지점의 지표면 상태, 지형조건 및 건축물 중요도를 반영하여 결정하는 풍속으로 정의하고 있다. 즉, 설계 풍속은 특정 지역의 풍속을 의미하는 것이 아니라 구조설계에 적용하기 위한 최종 설계기준이다.

실무에서는 기본풍속과 설계 풍속을 동일한 의미로 사용하는 경우가 있으나, 두 용어는 명확히 구분되어야 한다. 기본풍속은 설계의 입력조건이며, 설계 풍속은 각종 보정계수를 반영하여 산정되는 결과값이다.

풍하중 작용

 

2. 설계 풍속의 결정 요소

설계 풍속은 하나의 기준값으로 결정되지 않는다.

KDS에서는 기본풍속을 기준으로 지표면 조도, 지형효과 및 건축물 중요도를 단계적으로 반영하여 최종 설계 풍속을 결정하도록 규정하고 있다.

실제 설계 절차를 단순화하면 다음과 같다.

설계 풍속 관련 설계 절차

 

풍압은 설계 풍속의 제곱에 비례하여 증가하므로 초기 입력값의 선정은 구조계산 결과에 직접적인 영향을 미친다.

실무에서는 풍속 자체보다 설계 풍속의 산정 과정이 더욱 중요하다.

이 부분이 구조 검토의 출발점이다.

 

3. 기본풍속(V0)

기본풍속은 기상관측자료를 통계적으로 분석하여 산정한 기준 풍속이다.

KDS에서는 지표면 조도 C 지역에서 지상 10m 높이의 10분 평균풍속을 기준으로 하며, 재현기간 500년에 해당하는 기대풍속을 적용한다.

여기서 말하는 기본풍속은 전국 어느 지역에서나 동일한 값이 아니라 지역별 기상특성을 반영한 기준 풍속이다.

다만 기본풍속만으로는 구조계산을 수행할 수 없으며, 이후 단계에서 다양한 보정계수를 적용하여 설계 풍속을 산정하게 된다.

 

4. 지표면 조도의 의미

풍속은 동일한 지역이라 하더라도 주변 환경에 따라 크게 달라진다.

도심지역에서는 주변 건축물이 풍속을 감소시키는 반면, 해안이나 평야에서는 장애물이 거의 없어 풍속이 증가한다.

이와 같은 영향을 반영하기 위하여 KDS에서는 지표면 조도를 A, B, C 및 D의 네 단계로 구분하고 있다.

지표면 조도	주변지역의 지표면 상태 (상세 기준)	대표적인 예시
A	대도시 중심부에서 10층 (30m) 이상의 대규모 고층 건축물이 밀집해 있는 지역	서울 강남역, 여의도 중심 상업지구 등
B	높이 3.5m 정도의 주택과 같은 건축물이 밀집해 있는 지역 또는 중층 건축물이 산재해 있는 지역	일반적인 도심 주거지역, 빌라 및 낮은 상가 밀집 지역
C	높이 1.5m ~ 10m 정도의 장애물이 산재해 있는 지역 또는 수목이나 저층 건축 구조물이 산재해 있는 지역	전원 주택 단지, 교외 지역, 나무가 적당히 있는 평야 등
D	장애물이 거의 없고, 주변 장애물의 평균 높이가 1.5m 이하인 지역	해안가, 초원, 비행장, 활주로, 도서 지역 등

 

표에서 확인할 수 있듯이 장애물이 적을수록 풍속 증가 효과가 크게 나타나며, 일반적으로 D 조건에서 가장 큰 풍압이 발생한다.

지표면 조도 효과

 

5. 2022년 KDS 개정에 따른 변경사항

KDS 41 10 15 : 2022 개정에서 가장 큰 변화는 기본풍속의 적용 방법이다.

기존 기준에서는 행정구역별 기본풍속 표를 이용하여 설계 풍속을 결정하였다.

그러나 개정 기준에서는 지역별 풍속표를 삭제하고 기본풍속도를 이용하도록 변경하였다.

따라서 현재는 건설 위치를 기본풍속도에 직접 대입하여 해당 지점의 기본풍속을 확인하여야 한다.

이는 동일한 행정구역 내에서도 해안과 내륙의 풍속 차이를 보다 합리적으로 반영하기 위한 개정사항이다.

특히 해안지역에서는 짧은 거리에서도 기본풍속이 달라질 수 있으므로 풍속도 확인이 반드시 필요하다.

기본 풍속 (m/s) – KDS 41 12 00 : 2022

 

6. 실무 검토 시 확인사항

실제 프로젝트에서는 다음 사항을 우선 확인하는 것이 바람직하다.

• 건설 위치의 기본풍속도 확인
• 지표면 조도 적정성 검토
• 지형효과 적용 여부 검토
• 건축물 중요도 확인
• 풍속도 경계구역 여부 확인

특히 풍속도 경계선에 위치하는 부지는 구조설계자와 적용 풍속을 사전에 협의하는 것이 필요하다.

설계 초기 단계에서 풍속을 잘못 적용하는 경우 구조계산 변경, 인허가 보완 또는 구조심의 재검토가 발생할 수 있다.

 

7. 결론

설계 풍속은 단순히 지역의 최대 풍속을 의미하지 않는다.

기본풍속을 기준으로 지표면 조도, 지형효과 및 건축물 중요도를 반영하여 결정되는 구조설계의 기본 입력값이다.

2022년 KDS 개정 이후에는 기본풍속도 적용이 의무화되면서 건설 위치에 따른 풍속 확인의 중요성이 더욱 증가하였다.

따라서 구조설계 수행 시에는 기본풍속과 설계 풍속의 개념을 명확히 구분하고, 풍속도 및 지표면 조도에 대한 검토를 선행하는 것이 필요하다.

 

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