건축물을 설계할 때 '안전'은 가장 우선적인 고려 사항 중 하나이다.
건축법규가 제정된 이유도 "건축물의 안전 ·기능·환경 및 미관 을 향상시킴으로써 공공복리의 증진에 이바지하는 것을 목적"으로 하기 때문이다.
건축물의 안전은 거주자의 안전과도 직결된다.
하루 중 대부분의 시간을 건물 내부에서 보내기 때문에 건물의 안전에 문제가 발생하면,
그 안에 거주하는 사람들의 생명에도 위협을 줄 수 있기 때문이다.
최근 우리나라도 자주 지진이 발생하면서 내진설계에 대한 법규가 상당히 강화되었다.
이에 따라, 목구조 건물의 내진구조 설계 보강에 대한 요구도 높아지고 있다.
하지만, 건축주들에게는 사태의 심각성이 피부로 와 닿지 않은 듯 하다.
이는 실무자들에게도 상당부분 책임이 있다라고 생각한다.
아무튼 각설하고, 다시 목조건물의 구조 안전 향상을 위한 조치 얘기로 돌아가보자.
목조건물을 보다 안정적으로 유지하기 위해서는 다양한 구조 요소가 사용된다.
그 중에서도 "홀드다운(holdown)"은 구조물에 수평하중(지진, 강풍 등)에 대한 안정성을 부여하는 데 중요한 역할을 한다.
이 글에서는 holdown이란 무엇인지, 그 역할과 중요성에 대해 살펴보도록 하겠다.
1> Holdown이란?
Holdown은 건축물 설계에서 사용되는 구조보강용 철물제품이다. 주로 나선 모양의 형태를 가지며, 목재 기둥과 벽면을 콘크리트 기초와 구조적으로 연결시켜 고정된다. Holdown은 구조물의 수직 하중과 수평 하중을 안정적으로 전달하고 분산시키는 역할을 수행한다.
미국 Simpson Stong-Tie 사의 홀드다운 제품
2> Holdown의 역할과 기능
1) 수직 하중 분산: Holdown은 구조물의 상부와 하부 사이에서 발생하는 수직 하중을 분산시킨다. 이를 통해 지반으로 전달되는 하중을 균등하게 분배하여 기초의 안정성을 높이고 구조물의 변형 및 손상을 방지한다.
2) 수평 하중 저항: 지진, 바람 및 기타 외부 하중에 의해 발생하는 수평 하중은 구조물의 안전에 큰 영향을 미칠 수 있다. Holdown은 이러한 수평 하중에 효과적으로 저항하여 구조물이 변형되고 파손되는 것을 최소화시켜준다. 특히 지진 발생 시, Holdown은 구조물을 콘크리트 구조에 안전하게 고정하여 건물의 부분적 또는 전체적인 붕괴를 방지하는 역할을 수행한다. 쉽게 말해, 지진 발생 시 목구조가 콘크리트 구조물로부터 이탈(전문용어로 Overturning, 전복)되어 붕괴될 수 있는 확률을 최대한 낮춰준다.
목구조의 수평 하중 저항력을 높이는 홀드다운 제품군 (Simpson Strong-Tie)
3) 연결 강화: Holdown은 기둥과 벽면 또는 기초 사이에 설치되며, 각 부재들 사이에서 강력한 연결성능을 제공한다. 구조물의 구성 요소들 간의 강한 결합은 안전한 건축물을 유지하는 데 매우 중요하다. Holdown은 이러한 연결 강화에 큰 기여를 한다. 이처럼 Holdown은 주로 지진 발생 시 건축물의 안정성을 유지하기 위해 사용된다. 지진 발생 시 건축물은 매우 큰 압력과 충격을 받게 되는데, 이 때 Holdown은 건축물의 지반과의 결합력을 강화하여 지진으로 인한 손상을 최소화할 수 있다.
지난 4월 말 미국 Simpson Strong-Tie 사의 초청으로 미국 LA 근교에 위치한 공장 및 연구시설을 둘러볼 기회를 가졌었다.
이곳에서 두 가지의 전단벽(Shearwall)의 테스트를 직접 눈으로 보며 그 결과를 확인할 수 있었다.
동일한 조건의 2개의 전단벽에 홀드다운을 설치 한 벽과 설치하지 않은 벽의 수평 하중 테스트였다.
그 결과를 보면 홀드다운 철물이 지진이나 바람에 의한 수평 하중에 얼마자 잘 견디는지 알 수 있다.
Holdown이 없는 전단벽의 수평 하중 저항 테스트
(좌: Holdown 없음) 하중값 1.1에서 변형 vs (우: Holdwon 있음) 하중값 3.2에서도 변형 없음
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