풍하중이란?
풍하중은 움직이는 공기가 구조물이나 표면에 가하는 힘을 말합니다. 엔지니어는 보, 체결재, 간판, 태양광 패널, 펜스, 외벽(파사드) 등이 강풍에도 견딜 수 있도록 설계할 때 이 값을 활용합니다. 이 계산기는 동압(動壓)의 항력 방정식 형태를 이용해 전체 수평 하중을 산출하며, SI 단위만 입력하면 단위 체계와 무관하게 전 세계 어디에서나 사용할 수 있습니다.
사용 방법
설계 풍속은 초속 미터(m/s), 바람을 마주하는 투영 면적은 제곱미터(m²), 형상에 따른 항력계수, 그리고 공기밀도(해수면·15 ℃ 기준 약 1.225 kg/m³)를 입력하세요. 계산기는 힘을 뉴턴(N)과 킬로뉴턴(kN) 단위로, 그리고 동압을 파스칼(Pa) 단위로 함께 보여줍니다.
공식 풀이
풍력은 $$F = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2} \cdot C_d \cdot A$$ 로 계산합니다. 여기서 \(\rho\)는 공기밀도, \(v\)는 풍속, \(C_d\)는 항력계수, \(A\)는 투영 면적입니다. \(\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2}\) 항은 정체(동)압을 의미하며, 여기에 \(C_d\)를 곱해 형상의 영향을 반영하고, \(A\)를 곱해 노출 면적에 맞게 환산합니다. 대표적인 \(C_d\) 값은 평판이나 벽면이 약 1.2, 길쭉한 구조 부재가 약 2.0, 둥근 형상이 약 0.5~1.0 정도입니다. 미국식 단위에서는 흔히 \(q = 0.00256 \cdot V^{2}\) psf(\(V\)는 mph)로 근사합니다.
계산 예시
면적 10 m²의 벽이 30 m/s의 돌풍을 마주하고, \(C_d = 1.2\), \(\rho = 1.225 \text{ kg/m}^3\) 라고 가정해 봅시다. 동압 $$q = 0.5 \times 1.225 \times 30^{2} \times 1.2 = 661.5 \text{ Pa}$$ 입니다. 따라서 풍력 $$F = 661.5 \times 10 = 6{,}615 \text{ N} \approx 6.62 \text{ kN}$$ 가 됩니다.
자주 묻는 질문
공기밀도는 어떤 값을 써야 하나요? 해수면 기준 1.225 kg/m³를 사용하고, 고지대나 고온 환경에서는 값을 낮춰 적용하세요.
투영 면적이란 무엇인가요? 바람이 부는 방향을 따라 바라봤을 때 보이는 표면의 면적, 즉 물체가 바람 쪽으로 드리우는 "그림자"의 크기를 말합니다.
이 값을 건축 법규의 설계값으로 써도 되나요? 아니요. 이것은 물리적 추정치입니다. 실제 인허가에는 각국의 법규(미국 ASCE 7, 유럽 Eurocode 1 등)가 돌풍·노출·중요도 계수를 추가로 반영합니다. 한국의 경우 KBC(건축구조기준)에 따른 풍하중 산정 규정이 별도로 적용됩니다.
