파사드 부재 무게 구하기

1. 질량과 중량(무게)

파사드 부재 설계 시 무게는 중요한 설계 기준이다. 그러나 무게를 구하는 일에 앞서 구분해야 할 개념이 있는데 바로 질량과 중량(무게)의 차이이다. 엄밀히 이야기하자면, 부재의 무게를 구하기 위해서는 물체의 질량을 먼저 구한 이후, 여기에 지구의 중력 가속도를 곱해주어야 한다. 즉 무게는 물체의 위치에 따라 변하는 개념인 반면, 질량은 위치에 따라 불변하는 물체 고유의 특성을 나타내는 개념이다. 정리하자면 아래와 같다.

질량 = 부피(m³) x 밀도(kg/m³) 
#단위: kg(킬로그램)
중량(무게) = 질량 x 중력가속도 (지구의 중력가속도 = 9.80665 m / s2) 
#단위: kgf(킬로그램중)
#1kgf = 9.8N(뉴턴)

그러나 일상에서는 질량과 중량을 혼동하여 사용하는 경우가 빈번한데, 일상생활에서 말하는 물체는 대게 같은 중력가속도(지구)를 공유하고 있기 때문이다. 따라서 무게를 말하는 것과 동시에 비교를 가정한 약분이 되어있는 셈이다.

 

2. 밀도와 비중

밀도는 빽빽이 들어선 정도를 뜻하며, 물리에서는 물질이 포함하고 있는 원자나 분자의 조밀한 정도를 뜻한다. 즉 단위 부피당 질량을 나타내며 단위는 kg/m³ 이다. 비중은 비교를 위한 개념으로 기준이 되는 물질의 밀도에 대한 상대적이 비이다. 여기서 주로 기준이 되는 물질은 밀도가 약 1000kg/m³ 인 4 ºC, 1 기압에서의 물이다. 비중은 타겟 물질과 표준물질 사이의 비이기 때문에 단위가 없다.

 

우리가 일상 생활에서 주로 이야기하는 밀도는 실온에 있는 물체의 밀도이기 때문에 온도와 압력을 함께 표기하는 것을 빼먹지만, 엄밀히 둘은 물체의 부피에 영향을 주기 때문에 밀도를 표기할 때는 온도와 압력도 함께 나타내야 한다. (일반적으로 온도가 높고, 압력이 낮으면 부피가 증가한다.)

밀도 = 단위 부피당 질량
# 단위 kg/m³
비중 = 타겟 밀도(kg/m³) / 표준 밀도(1000kg/m³) = x
# 단위 없음

 

3. 대표적인 파사드 재료의 질량 구하기

대표적인 파사드 부재의 재료로는 철, 알루미이 사용된다. 질량을 구하기 위해서는 먼저 물질 고유의 값인 밀도를 알아야 한다. 정확하게 밀도는 합금 유형에 따라 상이해지겠지만, 대표적인 수치로 이야기한다면 아래와 같다. 철과 알루미늄의 밀도는 대략 세배 정도가 차이 난다고 기억해두면, 둘의 무게를 구할 때 하나를 구한 이후 1/3배 혹은 3배를 하여 가늠할 수 있기 때문에 외워두면 용이하다.

재료	실온에서의 밀도
철	7.874 g/cm³
알루미늄	2.7 g/cm³

여기에 앞서 다뤘던 것처럼 물체의 부피를 곱해주면 구하고자하는 부재의 질량이 나온다. 아래 그림과 같은 치수의 사각 파이프 부재의 질량을 구한다고 가정해보자.

질량 구하기 예제 사각파이프

cm 단위 환산 단면적 = 8.64cm²

cm 단위 환산 부피 = 8.64cm² x 300cm = 2,592cm³

 

1) 재료가 철인 경우

질량 = 부피 x 철의 밀도 =  2,592cm³ x 7.874 g/cm³ = 20,409g = 20.409kg (1kg = 1000g)

2) 재료가 알루미늄인 경우

질량 = 부피 x 알루미늄의 밀도 =  2,592cm³ x 2.7 g/cm³ = 6,998g =6.998kg (1kg = 1000g)