캐나다의 주택설계-3

오랜만에 다시 올리게 되었다. 학력인정시험을 보고서 나름대로 그 동안의 스트레스를 푸느라고(?) 게을리 했다.(지송)

지난번까지 개략적으로 목조주택설계과정을 설명했고, 거의 모든 주택들은 NBCC2005 Part 9, BCBC2006 Part 9과 APEGBC에서 제시하는 가이드라인에 의해서 구조설계 되고 있다. 현재 주택설계시 내진, 내풍설계를 강화시킨 새로운 building code가 준비되고 있다. 필자의 설계방법을 제시하면 평면요소 즉, floor & roof sheathing들은 모두 diaphragm 설계를 하고 일부 벽체를 shear wall로 설계를 하고 있다. 이것이 내진, 내풍설계의 기본이다. 지역 및 지형에 따라 수직 및 수평하중을 산정하고, diaphragm & shear wall을 먼저 설계를 한다. Diaphragm & shear wall 설계시 개인적인 엑셀프로그램을 사용하지만 아직 프로그램이 초보 단계라 오픈하기는 좀 힘들고 나중에 필자가 시간의 여유가 생기면, 개발시켜서 오픈하도록 하겠다. shear wall은 보통 주택의 층고가 약 9~11ft인점을 감안하면 상하부 연속된 최소벽체길이(3~3.5ft(1:3.5)) 이상의 벽체들을 선택하여 설계를 한다. 이때 shear wall에 작용되는 수평하중들에 의한 층간 전단력으로 벽체내에 작용하는 면내 휨모멘트 저항(sheathing)과 인장 및 압축력을 구해서 벽체의 층간 상하부에 연결재와 최저층 벽체하부에 보강재(hold down anchor)를 설치하게 된다. 그리고 diaphragm 검토시 벽체 상부의 top plate들의 shear load transfer시 저항강도를 검토해야 한다. 그러나 대부분의 하우스에서 3/8"두께이상의 sheathing과 2-2x4 정도면 diaphragm과 load transfer에 대한 문제가 없지만 구조설계자는 반드시 계산으로 확인하기 바란다. 초기 주택설계에서 이런 부분들이 제일 중요한 것이다. 보통 저층 콘크리트 구조물은 mass가 크므로 지진하중이 우세하지만, 상대적으로 다른 구조재료들에 비해 구조물의 전체 mass가 작은 목조주택은 평면 및 입면형태에 따라 지진하중이 govern하거나 마치 철골공장처럼 풍하중이 govern한다. 따라서 구조설계자는 하중산정과 구조물의 거동에 대한 충분한 지식과 경험이 있어야 주택설계에서 정확한 수직 및 수평하중에 대한 설계가 가능하다.

그럼 이런 diaphragm과 shear wall에서 무었이 중요할까? sheathing용 판재와 못질(nailing pattern)이다. 판재는 코드에 의한 면외 및 면내 휨강도를 고려해서 설계를 한다. 그리고 판재의 네방향 단부의 지지조건을 이해해야 한다. 판재와 판재가 맞나는 부분에 코드에서 제시하는 지지조건은 3가지가 있다. 판재의 길이방향 접합은 트러스의 상현재에 못질을 하므로 해결이 되지만 diaphragm이 되기 위해서는 폭방향 접합부에는 tungue & groove, H-clip, & blocking이 적용되어야 한다. 대부분의 현장에서는 지붕 판재 폭방향 접한은 H-clip을 사용하고 층바닥은 tungue & groove를 적용한다. 그리고 shear wall에는 blocking을 사용한다. 또하나 설계시 중요하다고 할수 있는 것이 바로 못(nail)에 대한 이해다. 주택 목구조 구조설계자는 못의 특성과 뽑힘 및 전단 강도를 이해하고 계산할수 있어야 한다. 그리고 때로는 철골접합부 볼트 설계와 마찮가지인 볼트군의 모멘트 저항을 이해해서 nailing형태에 따른 저항강도를 알아야 한다. 그러면 목구조의 어떤문제도 거침없이 풀어갈수 있다(필자가 겁없이 얘기를 했다. 2010초 현재 이해해야 할것이 부지기수다.). 필자가 일년동안의 캐나다 경험을 보면 nailing의 이해가 된 순간부터 빌더들이 원하는 어떤 형태의 접합부라도 설계해 주는데 전혀 문제가 없었다. 또한 핀접합으로 이루어져 있는 목조주택은 내부 보와 기둥들은 수직하중에 대해서만 설계를 해주면 되므로 콘크리트와 철골처럼 복잡한 거동을 고려한 설계가 아니라 단순히 휨, 전단, 압축에 대해서만 설계코드를 이해하면 구조설계나 현장의 문제 해결시 아무런 어려움이 없다고 단언할수 있다. 그 만큼 코드만 어느정도 이해하면 목조주택설계는 해결이 된다는 것이다.

어느정도 구조설계에 대해서 이해가 되신분들은 캐나다 목조코드에서 built-up member(beam & column)과 Shear wall & Diaphragm, & Nail를 먼저 이해해 놓으면 좋다. 선행되는 하중들은 예전에 설명을 했고 오늘은 diaphragm & shear wall을 설명했다. 부족한 부분은 나중에 생각나는데로 채우기로 하고 다음에 다시 ... ... .

대한국인 이희용(david.hy.lee@gmail.com)