[한국의 목조주택 설계 · 시공자를 위한] 일본 중목구조 설계와 시공 21
[한국의 목조주택 설계 · 시공자를 위한] 일본 중목구조 설계와 시공 21
  • 서범석 기자
  • 승인 2023.05.01 09:00
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자료제공 = 일반사단법인 일본목재수출진흥협회

여기에서, H : 건축물의 기준높이(m)
B : 건축물의 대표폭(m)
D : 건축물의 깊이(m)
Af : 건축물의 바닥면적(m)
이 건축물에서는, 건축물의 기준높이H=(7.40+5.74)/2=6.57 m ≤ 20 m【OK】,

형상이 정형적인 [OK], 이상에서 간편법에 의한 풍하중 산출이 가능하다.
간편법에 의한 설계용수평하중 WSF는 다음 식과 같이 구한다.
v·V02V·H0.44·Ce·Cf·A
여기에서, V0 : 기본풍속(m/s)
H : 건축물의 기준높이(m)
Ce : 건설지 주변의 지표면 상황에 따라 정하는 환경계수로 통상 1.0을 사용하고, 장애물이 없는 평탄지일 경우에는 1.5, 바다가 있을 경우에는 2.0으로 한다.
Cf:풍력계수로 이 계산에서는, 최대치가 되는 1.1을 사용했다. 
A:유효수압면적(㎡)으로 이 계산에서는 각층 바닥보다 위의 면적으로 했다. 

이 건축물에서는, x방향 내력벽의 풍하중은
WSF=0.25·262·6.570.44·1.0·1.1·35.25=15.004 kN(2층×방향)
WSF=0.25·262·6.570.44·1.0·1.1·57.88=24.637 kN(1층×방향)
y방향 내력벽의 풍하중은
WSF=0.25·262·6.570.44·1.0·1.1·22.53=9.588 kN(2층y방향)
WSF=0.25·262·6.570.44·1.0·1.1·40.24=17.127 kN(1층y방향)
이 된다. 

따라서, 이 건축물의 풍압시의 필요수평내력QW은,
2층×방향:15.004 kN、2층y방향 : 9.588 kN
1층×방향:24.637 kN、1층y방향 : 17.127 kN
이 된다. 

2. 건물의 수평내력
건물의 수평내력Qa는 다음과 같은 식으로 구한다. 
Qa=Σ(Pa×Lw)× 150 / (1 / Δa×Cd)
여기에서, Pa:내력벽의 허용전단내력
Lw:내력벽의 길이(m)
150 / ( 1 / Δa × Cd): Pa는1/150rad시의 내력을 위한 「중요도(2)」의 경우, 허용변형Δa(=0.020rad)를 변위증폭계수로 나눈 변형각(1/225rad)이 설계 시의 허용변위가 되므로 전단내력을 조정하는 계수(150/225)를 곱한다.
Δa:허용변형
Cd:변위증폭계수

본 건물에서 사용하는 내력벽의 허용전단내력Pa는 다음과 같다. 
1) 외벽의 구조사양:Pa=7.1 kN/m
대벽방법으로 구조용 합판(두께 9㎜), 못 길이 50㎜(직경 2.87㎜), 못질 간격 100㎜ 이하
2) 내벽의 구조사양:Pa=7.1 kN/m
진벽방법으로 구조용 합판(두께 9㎜), 못 길이 50㎜(직경 2.87㎜), 못질 간격 100㎜ 이하
각 층 각 방향의 수평내력은 표8.6에 나타낸 것 같다. 

표8.6 각 층 각 방향의 수평내력
표8.6 각 층 각 방향의 수평내력

3. 수평내력충족률
각 층 각 방에서의 수평내력이 지진 시의 필요수평내력 QE 이상인 동시에 풍압 시의 필요수평내력 QW 이상인 것을 확인하기 위해 다음 식에 의한 수평내력 충족률을 산정한다. 아래 표는 그 계산 결과를 나타낸 것이다.
지진시의 수평내력충족률 : Qa / QE ≧ 1.0
풍압시의 수평내력충족률 : Qa / QW ≧ 1.0

표8.7 지진력과 풍압력에 대한 필요수평내력(요구치)
표8.7 지진력과 풍압력에 대한 필요수평내력(요구치)
표8.8 수평내력충족률의 판정
표8.8 수평내력충족률의 판정

8.1.3 4분할법에 의한 내력벽의 배치설계
(1) 4분할부분(측단부)의 필요수평내력
각 층 각 방향에서의 1/4 분할 부분(측단부)의 필요수평내력 QE는 건물 전체의 필요수평내력을 바닥면적으로 안분한 값으로 한다. 각 층 각 방향의 측단부는 그림 8.7〜8.1과 같다. 또한, 측단부의 지진력에 의한 필요수평내력은 표8.9에 나타낸 것 같다.

그림8.7 2층X방향1/4측단부
그림8.8 2층Y방향1/4측단부
그림8.9 1층X방1/4측단부
그림8.10 1층Y방향1/4측단부
표8.9 측단부의 지진력에 대한 필요수평내력(요구값)
표8.9 측단부의 지진력에 대한 필요수평내력(요구값)

(2) 측단부의 수평내력은 표8.10에 나타낸 것 같다. 

표8.10 측단부의 수평내력
표8.10 측단부의 수평내력

(3) 측단부의 수평내력충족률
측단부의 수평내력충족률을 구한다.
또한, 각 측단부의 수평내력충족률 중 작은쪽의 충족률을 큰쪽의 충족률로 나눈 값을 충족률비로 계산한다.
계산 결과는 아래 표에 나타낸 것과 같다.

표8.11 측단부의 수평내력충족률
표8.11 측단부의 수평내력충족률

판정은 아래의 하나를 만족시키면 OK로 한다. 
① 해당층의 해당방향의 2개의 측단부충족률이 모두 1이상
② 해당층의 해당방향의 2개의 측단부충족률이 모두 0
③ 해당층의 해당방향의 충족비율이 0.5이상
본 건물은 ①을 만족하고 있기 때문에 OK.  /나무신문


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>