제4장 구조설계
본장에서는 중목구조의 설계 개요를 설명한다.
4.1 일반규정
중목구조공법은 부재의 자체무게, 적재하중, 눈하중 등의 연직하중에 대해 기둥·보로 저항하고 지진력이나 풍압력에 의한 수평력에 대해서는 내력벽의 연직구면과 바닥·지붕의 수평구면으로 저항하는 구조방법이다.
중목구조공법 건물의 평면계획은 가능한 한 밸런스가 잡힌 것으로 하고 질량과 강성의 치우침이 없고 내력과 강성을 확보하기 위해 모든 부재의 접합부는 존재응력에 대해 강고하게 연결함과 동시에 구조부분을 기초에 앵커볼트로 고정한다. 중목구조공법 건물의 부재와 접합부는 수종, 재료의 종별과 등급, 하중, 접합방식등에 따라 이 규정에 기초하여 설계한다.
4.2 하중
중목구조공법 건물에 관련되는 고정하중, 적재하중, 적설하중, 풍압력은 KDS 41 10 15 「건축구조의 규준설계하중」을 따른다.
중목구조공법 건물에 관련되는 지진력은KDS 41 17 00「건축물내진설계규준」을 따른다. 수평방향의 지진계산은 베이스시아법을 사용하고, 구조의 기본고유주기는 식T=0.0488H0.75으로 계산한다. 여기에서 H는 기초상부에서 건물의 최고점까지의 길이(m)이다.
4.3 필요수평내력의 간편 산정
이하의 규정을 충족한 경우, 3층 이하 건물의 수평력은KDS 41 17 00 「건축물내진설계규준」에 따라, 간략화한 이하의 방법으로 계산할 수 있다.
지진에 대한 필요수령내력:Pe=Ke×Ae (식4.1)
풍압력에 대한 필요수령내력:Pw=Kw×Aw (식4.2)
여기에서
Ke=표4.1또는4.2에서 정한 계수
Kw=표4.3또는4.4에서 정한 계수
Ae=1층의 바닥면적(㎡)
Aw=건물의 바깥면적(㎡)
단,
•층수는 3 이하로 한다.
•건축물 각층의 면적은 600㎡ 이하, 층고는 3m 이하로 한다.
•건물동 높이는 최상층보다 2m 이하로 한다.
•처마 끝길이는 1.2m 이하로 한다.
•바닥의 활하중치는 2.5kN/㎡이하, 지붕의 활하중은 0.5kN/㎡ 이하로 한다.
•내력벽간 거리는 12m 이하로 한다.
•보 간격은 12m 이하로 한다.
4.4 내력벽
4.4.1 건물의 전단내력
산정한 필요수평내력에 대해서, 건물의 전단내력이 그 이상이 되도록 내력벽의 선택, 배치, 접합을 실시한다.
건물의 전단내력은, 내력벽의 종류에 따라 산정된 전단내력에 그 길이를 곱한 값을 합해서 구한다.
V=Σfvd l (식 4.3)
여기에서,
fvd:내력벽의 전단내력(kN/m)으로, 표4.5에 규정한 값
l:내력벽의 길이(m)
해설 건물에 입력되는 내진력은 건물이 탄성체이면 진동이론으로부터 쉽게 구할 수 있다. 그러나, 건물이 탄소성체여서 손상으로 인해 그 역학적 성질이 변화하는 경우 입력되는 지진력을 계산하기가 쉽지 않다. 그래서, 일본에서는 다음에 나타내는 Newmark의 에너지 측정을 활용하고, 입력되는 지진력의 크기를 추정하고 있다. 지금 탄성체 건물에 입력되는 지진력을 Pe라고 하면 완전탄소성체 건물에 입력되는 지진력은 그림 삼각형 면적과 사다리꼴 면적이 동일한 조건에서 Pu가 된다. 여기서, Pu=Pe·Ds 이다. 일본의 중목구조공법의 내진설계에서는 Ds=0.3를 기준으로 하고 있다. 내력벽의 설계는 그것을 구성하는 각 부재와 접합부의 응력을 검정하는 것이 아니라, 방법을 정한 내력벽마다의 역학적특성을 실험등에서 구함으로써, 허용내력을 평가하는 방법을 이용하고 있다. 구체적으로는 포락선을 완전탄소성으로 모델화하고 다음 4가지 인자의 최저치로 한다. •Py 겉보기 비례 한도 내력: 중지진에 대해 수리 가능하도록 한다. 여기에서, 최후의 인자는 내력벽의 Ds가 0.3을 상회할 때에 건물의 Ds=0.3를 확보하기 위한 저감이다. 또한, 이 설계법이 성립하기 위해서는 건물내부에 있는 개별 내력벽의 역학특성을 합성한 것이, 건물의 역학적특성이 되어야 한다. 그러기 위해서 내력벽이외의 부재 및 접합부는 내력벽에 선행해서 붕괴하지 않는 강도를 가지도록 설계하는 것으로 하고 있다. 건물에 관계되는 내진력은 건물의 질량을 구하는것에서부터 시작하지만, 이 작업을 꽤 번거로운 작업이다. 그래서, 일반적으로는 목조주택의 질량과 적재하중이 어느 범위에 들어가 있음에 따라, 본 안내서에서는 건물의 바닥면적으로부터 지진력을 간접적으로 구하는 간이계산방법을 제안하고 있다. 이상의 내진설계의 철학과 간략계산법은, 중국의 목구조설계기준에서도 채용되었다. |
이 연재는 일본목재수출진흥협회가 최근 한국어로 발행한 <한국의 목구조 설계·시공자 대상, 중목구조▷설계와 시공 안내자료>를 순서에 따라 게재합니다. 나무신문 인터넷 ‘홈페이지 → 여론광장 → 자료실’에서 전문을 PDF 상태로 내려받을 수 있습니다. <편집자 주>