지진에 저항하는 전단벽의 인정방법
이번글은 KDS 42 50 10의 4.1.4.2절중 (3) (4) (6)에 규정하고 있는 전단벽의 인정 범위에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 전단벽으로 인정받기 위한 필수 조건 (전단벽 인정구간)
벽이 수평하중에 견디는 힘을 갖췄다고 보려면 다음의 조건을 모두 만족해야 합니다.
개구부 없음: 벽 중간에 창문이나 문 같은 개구부가 없어야 합니다.
전체 높이 설치: 바닥부터 천장까지 전체 벽 높이에 구조용 목질판재(OSB 등)가 빈틈없이 설치되어야 합니다.
최소 길이 충족: 관련 기준(표 4.1-7)에서 정한 최소 길이 이상을 확보한 벽체 부분만 지진에 저항 할 수 있는 전단벽으로 인정합니다. 즉 규정값 이하의 길이는 전단벽이 아니며 오직 수직하중만 저항하는 벽체가 됩니다.
★★★ 이 방식은 어디서 유래하였는가 ?
전단벽 설계의 3가지 핵심 방법 (AWC SDPWS 기준)
앞서 언급한 "개구부를 제외한 구간만 전단벽으로 인정하는 방식"은 미국 목구조 설계 표준인 AWC SDPWS의 Segmented Shear Wall Method에 해당합니다. 이 기준에서는 설계의 정밀해석도에 따라 다음 세 가지 방법 중 하나를 선택하도록 하고 있으며 그중 가장 간편하게 설계할 수 있는 방법을 소규모건축기준에서 채택하고 있으며 나머지 두가지는 정밀해석에 따라 설계시 적용하여야 합니다.
1) Segmented Shear Wall Method : 개구부가 없는 벽체 구간(Segment)만을 개별 전단벽으로 보고 설계하는 가장 기본적이고 보수적인 방법입니다. 각 분절의 양 끝단에는 모두 홀드다운이 설치되어야 합니다.
2) Perforated Shear Wall Method : 벽체에 개구부가 있더라도 전체를 하나의 전단벽으로 간주하되, 개구부의 크기와 위치에 따라 전단 강도를 보정(강도 저감)하여 계산하는 방식입니다.
3) 개구부 주위 하중전달 방식 (FTAO, Force Transfer Around Openings): 개구부 주변에 보강스트랩타이를 배치하여 하중이 개구부를 돌아 원활하게 전달되도록 설계하는 방법입니다. 정밀한 구조 계산이 필요하지만 설계의 유연성이 높습니다.
2. ‘전단벽선’의 범위: 1.2m의 법칙
설계 시 여러 개의 전단벽이 일직선상에 있지 않더라도, 돌출부의 거리가 일정범위내이면 동일한 축선의 하나의 ‘전단벽선’에 있는 것으로 인정해 줍니다.
하나의 전단벽선으로부터 1.2m 이내로 돌출되어 평행하게 설치된 벽체들은 동일한 전단벽선에 존재하는 것으로 봅니다.
이때 평행하게 배치된 전단벽선 사이의 거리를 인접한 전단벽선 사이의 거리로 계산하여 구조적 안전성을 검토하게 됩니다.
★★★ 만약 1.2m를 초과하면 어떻게 되나요?
'비정형 건축물' 분류를 검토해야 !!!
기준에서 전단벽선의 일치 범위를 1.2m 이내로 제한하는 것에는 중요한 구조적 이유가 있습니다. 만약 전단벽이 동일 선상에서 1.2m 이상 돌출되거나 어긋나게 설치된다면, 단순히 전단벽선을 분리하는 것을 넘어 '비정형 건축물' 분류를 검토해야 합니다.
비정형성 발생: 벽체가 과도하게 어긋나면 평면상 불연속(Plan Irregularity)이 발생하여 지진이나 강풍 시 건축물에 비틀림(Torsion) 응력이 집중될 수 있습니다.
설계의 변화: 비정형 건축물로 분류될 경우, 일반적인 소규모 건축 기준을 그대로 적용하기 어려울 수 있으며, 별도의 정밀 구조안전 확인이 필요할 수 있습니다.
주의사항: 따라서 평면 계획 시 전단벽의 위치가 1.2m를 초과하여 이격되지 않도록 배치하는 것이 구조적 안정성과 경제성을 동시에 확보하는 길입니다.
3. 불연속 부위의 보강: 홀드다운(Hold-down) 설치
전단벽은 연속성이 생명입니다. 만약 벽이 끊기게 된다면 그 부분은 별도의 보강이 반드시 필요합니다.
불연속 기준: 전단벽선이 1.2m 이상의 돌출부나 전체 높이 개구부 등으로 인해 끊기는 경우를 말합니다.
보강 방법: 이렇게 불연속되는 부위의 양 끝에는 반드시 홀드다운을 설치하여 벽체가 기초로부터 들뜨지 않도록 강력하게 고정해야 합니다.
소규모기준을 사용하는 목조주택 설계는 세그먼트전단벽 방식을 기본으로 하되, 평면의 비정형성을 최소화하는 설계가 가장 경제적이며 안전한 집을 만듭니다.
