내풍설계 개념과 중요성, 고려사항 및 사례

내풍설계의 개념과 중요성

내풍설계란 허리케인, 토네이도, 기타 악천후로 인해 발생하는 강풍의 힘을 견딜 수 있는 건물과 구조물을 설계하는 것을 말합니다. 자연재해 가운데 강풍으로 인한 건물과 인프라에 발생하는 피해는 매우 심각하며, 최근 건축물의 고층화, 대형화됨에 따라 그 중요성은 점점 증가하고 있습니다. 그러므로 건축가뿐만 아니라 엔지니어가 구조물을 설계할 때 풍피해의 최소화를 위해 고려해야 하는 사항은 무엇이며, 풍피해의 종류와 내풍 설계법, 향후 필요로 할 것으로 예상되는 내풍설계기술을 알아보는 것은 우리 지역 사회를 보호하고 심각한 기상 상황에 직면해도 보다 탄력성 있게 대처할 수 있을 것입니다.

내풍설계 시 고려사항

내풍성은 특히 강풍이나 허리케인이 발생하기 쉬운 지역의 건물설계에 있어서 중요한 고려사항이며, 적절한 내풍설계는 거주자의 안전확보뿐만 아니라 건물 손상을 방지하여 풍피해로 인한 경제적 손실은 최소화 도움 됩니다. 그러므로 내풍성을 고려한 건축물을 설계하는 데 있어 다음과 같은 사항은 반드시 고려하여야 합니다. 첫 번째, 건물 형상입니다. 건물의 형상은 바람의 힘을 견디는 능력에 영향을 미치며 모서리가 구부러지거나 둥글어진 건물은 모서리가 뾰족하거나 평평한 건물에 비해 바람의 피해를 덜 받습니다. 또한 특히 고층 건물은 풍압을 낮추고 건물의 흔들림을 막기 위해 뿌리가 넓고 윗부분이 좁아지는 테이퍼 형상이 유리합니다. 두 번째, 구조 시스템은 강풍에 견딜 수 있도록 설계해야 하며 강풍의 위험이 있는 지역에서는 철골이나 철근 콘크리트가 일반적으로 사용되고 있습니다. 구조부재는 기초에 단단히 고정하여 횡방향의 힘에 저항할 수 있도록 지탱해야 합니다. 세 번째, 클래드 건물 피복 또는 외장 마감은 강풍에 충분히 견딜 수 있어야 하며, 알루미늄이나 비닐 등 경량 소재보다 벽돌이나 돌, 철근 콘크리트 등의 소재가 적합합니다. 또한 강풍에 의해 클래드가 벗겨지지 않도록 클래드를 구조물에 적절히 부착해야 합니다. 네 번째, 지붕 설계로 지붕형태에 따라 강풍을 견디고 바람에 의한 상승을 막는 역할을 할 수 있는데 지붕 경사는 풍압을 낮추는 역할을 할 수 있습니다. 지붕재는 지붕 구조물에 단단히 부착하여 강한 지붕을 설계, 강한 지붕은 건물 전체의 손상을 막을 수 있습니다. 다섯 번째, 개구부입니다. 도어, 창문 및 기타 개구부는 풍압에 견디도록 설계해야 하며 강풍에 의한 바람의 출입을 막기 위해 적절히 고정 보강해야 합니다. 바람의 피해로부터 개구부 보호를 위해 허리케인 셔터나 내충격 유리를 사용되기도 합니다. 여섯 번째, 기초는 강풍에 의한 상승과 횡방향의 힘을 견디도록 설계되어야 하며 바람의 힘에 저항하고 땅에 단단히 고정할 수 있을 정도로 충분히 깊고 커야 합니다. 일곱 번째, 유지보수로 건물의 정기적인 유지보수와 점검은 내풍성을 확보하는 데 도움이 되며, 클래드, 지붕 또는 기타 컴포넌트의 균열이나 손상이 발생하면 더 이상의 손상을 방지하기 위해 신속하게 수리하여 평상시 관리가 필요합니다.

내풍 설계 시 지켜야 할 법규 및 규정

국내에서는 건축가와 엔지니어가 내풍성을 위한 건축물을 설계할 때 지켜야 할 몇 가지 법령이 있으며 세부 항목은 다음과 같습니다. 첫 번째, 건축법입니다. 건축법은 내풍성을 포함한 건축물의 최저 안전 요건을 개략적으로 설명하고 있으며, 건축법에 명시된 풍하중을 견딜 수 있도록 건축물을 설계 시공하도록 의무화하고 있습니다. 두 번째, 건축코드로 건축코드에는 풍하중, 풍속지도, 구조설계요건 등 내풍설계에 관한 상세한 요건을 규정하고 있으며, 지붕이나 피복재, 문과 창문 등 개구부 요건도 규정하고 있습니다. 세 번째, 건축법 시행령에는 건축법 시행을 위한 세부 지침이 명시되어 있으며, 내풍성을 포함한 건물 설계와 건설 요건이 포함되어 있습니다. 네 번째, 내진설계규칙으로 우리나라 건물은 내풍성뿐만 아니라 지진에도 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 내진 설계 규정에는 내진 설계 가이드라인이 있습니다. 다섯 번째, 국가건설품질관리법은 내풍설계 등 건설사업의 품질관리 기준을 개략적으로 설명하고 있고, 건축법, 한국건축법 및 기타 관련 규정에 따라 건축물을 건설하도록 의무화하고 있습니다. 여섯 번째, 지방자치단체 규제입니다. 국내 지자체가 독자적인 내풍 설계 규정을 갖고 있을 수도 있으며, 설계자 및 엔지니어는 이러한 규제를 인식하고 설계가 이를 준수하는지 확인해야 합니다.

내풍설계의 성공적인 사례와 실제사례

전 세계 건물에서 성공적으로 내풍 설계가 적용한 사례가 많이 있으며, 대표적인 사례로 첫 번째, 타이베이 101을 들 수 있습니다. 타이베이 101은 대만에서 흔히 볼 수 있는 강한 태풍과 지진에 견딜 수 있도록 설계되었으며, 건물의 독특한 디자인은 강풍 시 건물의 흔들림을 줄이는 데 도움이 되는 튜닝된 매스 댐퍼를 포함하고 있습니다. 두 번째, 부르즈 칼리파(UAE)는 세계에서 가장 높은 건물로 아랍에미리트에서 일반적인 강풍을 견디도록 설계되었습니다. 삼각형 형태의 건물 모양은 풍하중을 줄이는 데 도움이 되고 피복 시스템은 강풍뿐만 아니라 온도변화에 견디도록 설계되었습니다. 세 번째, 상하이 타워(중국)는 세계에서 두 번째로 높은 빌딩으로 상하이에서 흔히 볼 수 있는 강풍에 견딜 수 있도록 설계되었으며, 건물의 꼬인 형태는 풍하중을 줄이는 데 도움이 되며, 건물의 기초가 지면 깊숙이 고정되어 안정성을 제공하고 있습니다. 네 번째, Torre Reforma(멕시코)는 멕시코시티에 있는 57층짜리 타워로 이 지역에서 흔히 볼 수 있는 지진과 강풍을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 건물 설계에는 풍하중을 줄이는 데 도움이 되는 육각형 형태가 포함되어 있으며, 건물 정면은 풍하중과 지진하중에 대한 추가적인 저항력을 제공하기 위해 고강도 콘크리트로 만들어졌습니다. 다섯 번째, 베이징 CCTV 본사(중국)는 이 지역에서 흔히 볼 수 있는 강풍을 견디도록 설계되었고, 건물의 독특한 디자인은 풍하중을 줄이는 데 도움이 되는 비틀린 형태를 포함하고 있습니다. 건물 전면은 풍하중에 대한 추가적인 저항력을 제공하는 고강도 유리로 구성되어 있습니다. 이들 건물을 비롯한 많은 건물이 강풍 및 기타 자연재해가 발생하기 쉬운 지역에서 고층건물의 안전성과 랜드마크로서의 역할을 충분히 수행하고 있으며, 강풍 및 자연재해에 대한 안정성을 확보하기 위한 내풍설계의 중요성을 실증하고 있습니다.