8.1.2 수평내력계산에 따른 내력벽의 강도설계
1. 필요수평내력
(1) 지진시의 필요수평내력QE는 아래와 같다. 

서울의 지진구역은 Ⅰ이고, 지진구역계수（Z）는 0.11이다. 설계스펙트럼 가속도 산정을 위한 유효한 지반가속도(S)는 지진구역계수(Z)에 2400년 재현주기에 대응하는 위험계수(I) 2.0을 곱한 값으로 하여 0.22가 된다.

KDS 41 17 00（건축물내진설계기준）의 ‘4.1.1 지반의 종류’(3)에서는,

“대상지역의 지반을 분류할 수 있는 재료가 충분하지 않고, 지반의 종류가S5일 가능성이 없는 경우에는, 지반의 종류S4를 적용할 수 있다.”라고 되어 있다. 그러나 현재 한국에서는 지반조사를 실시하지 않은 경우에는 지반의 종류로서 S5를 채용하고 있기 때문에, 여기에서도 지반의 종류를 S5라고 한다.

KDS 4117 00(건축물 내진설계기준)의 ‘4.2.2 단주기와 1초 주기의 설계 스펙트럼 가속도’(1) 에서는 단주기와 주기 1초의 설계 스펙트럼 가속도 SDS, SD1은 아래 식에 의해 산정한다. 여기에서 Fa와 Fv는 각각 아래 표에 규정된 지반 증폭계수이다.

SDS ＝ S × 2.5 × Fa × 2/3
SD1 ＝ S × Fv × 2/3

또 KDS 4117 00(건축물 내진설계기준)의 ‘4.2.2 단주기와 1초주기의 설계 스펙트럼 가속도’(3)에서는 지반분류가 S5이고 기반암의 깊이가 불분명한 경우는 Fa와 Fv값의 110%를 적용한다.

KDS 4117 00(건축물 내진설계기준)의 ‘6.1 지진력 저항 시스템의 설계계수’에서는 반응수정계수 R, 시스템 초과강도계수Ω0, 변위증폭계수 Cd가 정해져 있다. 목구조에 적용되는 지진력 저항 시스템의 설계계수를 아래 표에 나타낸다.

여기서 내력벽시스템은 수직하중과 횡하중을 벽에 지지하는 지진력저항시스템으로 벽은 지진하중에 대해 충분한 면내 전단강성과 전단강도를 발휘해야 한다. 건물 골조 시스템은 수직하중은 대들보, 슬래브, 기둥으로 구성된 골조가 저항하고, 지진하중은 전단벽이나 지주골조 등이 저항하는 지진력 저항 시스템이다. 따라서 중목구조공법은 ‘건물 골조 시스템’으로서 설계한다.

KDS 41 17 00（건축물 내진 설계기준）의 ‘7.2.1 저면전단력’에서는, 저면전단력V는 아래 식에 근거하여 구한다. 

V=C₈ W

여기에서, Cs：지진응답계수
W： 고정 하중 등을 포함하는 유효 건물의 중량
KDS 41 17 00（건축물내진설계기준）의 「7.2.2 지진응답계수」에서는, 지진응답계수 Cs는 아래의 식에 근거하여 구한다. 

이 식에 근거하여 산정한 지진응답계수는, 다음 값을 넘지 않아도 된다. 

그러나 지진응답계수 Cs는 다음 값 이상이어야 한다.

         Cs ＝ 0.044 SDS IE ≧ 0.01

여기에서, IE：건축물의 중요도 계수

         R：응답수정계수
         SDS：단주기의 설계 스펙트럼 가속도
         SD1：주기1초에서의 설계 스펙트럼 가속도
         T：건축물의 고유주기（초）
         TL：5초

KDS 41 17 00（건축물 내진 설계기준）의 ‘7.2.4 고유주기의 간편법’에서는 근사 고유주기 Ta(초)는 아래 식에 따라 구한다. 목구조의 근사 기본진동주기(Ta)를 산정하기 위해 0.0488의 값을 적용할 수 있다.

Ta = Cthnx

여기에서, Ct＝0.0466, x＝0.9：철근 콘크리트 모멘트 골조

Ct＝0.0724, x＝0.8 : 철골 모멘트 골조
Ct＝0.0731, x＝0.75 : 철골편심보강골조와 철골좌굴방지보강골조
Ct＝0.0488, x＝0.75 : 철근 콘크리트 내진벽의 구조, 기타 골조
hn : 건축물의 밑면에서 꼭대기까지의 전체 높이（m）

KDS 41 17 00（건축물 내진 설계기준）의 ‘7.2.5 지진력의 연직분포’에서는, 저면 전단력을 수직 분포시킨 각층 지진력 Fx는 아래 식에 따라 구한다. 목구조에서는 지진력의 연직분포 산정에 적용되는 건물주기에 따른 분포계수 k의 값에 목구조건축물에 대해서는 1을 적용한다.

F_x = C_vxV

여기에서, Cvx：연직분포 계수

k： 건축물 주기에 따른 분포 계수
k＝1：0.5초 이하의 주기를 가진 건축물
k＝2：2.5초 이상의 주기를 가진 건축물

단 0.5초와 2.5초 사이의 주기를 가진 건축물의 경우, k는 1과 2 사이의 값을 선형보간법으로 구한다.

hi, hx：저면으로부터i 또는 x층까지의 높이
V：저면 전단력
wi, wx：i또는 x층에서의 중량
n：층수

KDS 41 17 00（건축물 내진 설계기준）의「7.2.6.1 수평전단력의 계산」에서는, x층에서의 전단력Vx는 아래 식에 근거하여 구한다. 

여기에서, Fi：i층에 작용하는 지진력

단주기의 지반증폭계수

        Fa＝1.30×1.10＝1.430（S=0.22）

주기1초의 지반증폭계수

        Fv＝2.64×1.10＝2.904（S=0.22）

단주기의 설계 스펙트럼 가속도

       SDS＝S×2.5×Fa×2/3＝0.22×2.5×1.430×0.667＝0.524

주기１초의 설계 스펙트럼 가속도

       SD1＝S×Fv×2/3＝0.22×2.904×0.667＝0.426

근사고유주기

Ta(s)=CT×hnx＝0.0488×7.400.75＝0.219(sec)

지진응답계수

Cs＝SDS×IE／R＝0.524×1／6.5＝0.081

T<TL：Cs,max＝SD1×IE／(R×Ta)＝0.426×1／(6.5×0.219)＝0.300

T>TL：Cs,max＝SD1×TL×IE／(R×Ta2)＝0.426×5×1／(6.5×0.2192)＝6.834

Cs,min＝0.044×SDS×IE＝0.044×0.524×1＝0.023

 Cs,min＝0.010

이상으로부터, Cs ＝0.081

저면전단력

V＝Cs×W＝0.081×268.61＝21.757kN

연직분포계수

k=1로 하면,

Σw·hk＝w2×(h2)^k+wR×(hR)^k＝175.86×3.28+92.75×5.74＝1109.56

CvR=wR×(hR)^k／Σw·h^k＝92.75×5.74／1110＝0.4799

Cv1＝w2×(h2)^k／Σw·h^k＝175.86×3.28／1110＝0.5202

각층 지진력

FR＝CvR×V＝0.480×21.757＝10.441 kN

 F2＝Cv1×V＝0.520×21.757＝11.318 kN

층 전단력

V2＝FR＝10.441 kN

 V1＝F2+V2＝21.760 kN

따라서, 이 건축물의 지진 시 필요수평내력 QE는

2층×방향：10.441 kN、２층y방향：10.441 kN

1층×방향：21.760 kN、１층y방향：21.760 kN

이 된다. 

 

(2) 풍압시의 필요수평력QW는 아래와 같다. 

KDS 41 10 15（건축구조기준 설계하중）의 「5.14 간편법에 의한 풍하중」의 방법으로 풍하중을 산출한다. 이 방법에서는 다음의 모든 조건을 충족하는 작은 규모의 건축물을 대상으로 간단히 풍하중을 산정할 때 적용할 수 있다.

1) H ≤ 20m

2)

3） 형상이 정형적이고, 단면은 대칭에 가까워야 한다. /나무신문

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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>