목조건축물로부터 해체된 고목재를 해당 건축물의 복원이나 새로운 건축물에 재사용하기 위해서는 열화 및 부후 부위를 제외한 건전재의 재질 및 강도성능에 대한 평가가 필요하다. 트러스 현재로 사용된 부재와 사찰에 사용된 부재에 대해 현미경으로 수종식별을 행하고 KS 기준에 따라 각종 물성 및 강도 시험을 행하여 문헌에 의한 결과와 비교 검토하였다. 잎갈나무(Korean larch)는 재질 및 강도 성능이 기존 문헌값보다 높게 나타났으며, 소나무(Korean red pine)와 가문비나무(Yezo spruce)의 경우 해체재의 강도성능이 대체적으로 낮게 나타났다. 육안에 의한 건전부위의 시험편 내의 조직적 열화는 현미경적으로도 관찰되지 않았다. 인장시험편의 중앙부 두께가 5 mm에서 3 mm로 변함에 따라 인장강도가 증가하여 시험편 치수에 대한 검토가 필요한 것으로 판단되었으며, 압축 및 휨 시험법은 현행 기준으로도 적합한 수준이었다. 고목재류에 대한 구체적인 기초 강도 성능평가를 위한 시험방법 및 철물접합부의 접합성능에 대한 차후 연구 검토가 필요한 것으로 평가되었다.
국내에서 주로 사용되고 있는 건물에너지 성능평가 시뮬레이션 마다 상이한 재료의 열전도율로 평가 되고 있음이 파악되었다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지부하를 평가하기 위하여, 각 시뮬레이션에서 목조건축물의 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형열교 차이를 연구하였다. 각 시뮬레이션은 동일 수종에 대해 상이한 열전도율을 채택 후, 각 시뮬레이션에서 추출한 열전도율 간의 차이가 가장 상이한 소나무의 열전도율을 스터드에 적용하였다. 시뮬레이션 간 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 열관류율 중 최대오차는 $0.023W/m^2{\cdot}K$이었으며, 지붕의 서까래 접합부, 지붕-벽체 접합부, 지면슬래브-벽체 접합부 중 최대 선형열교 오차는 $0.025W/m{\cdot}K$이었다. 또한, HEAT2 정상상태전열해석 프로그램을 활용하여 선형열교 및 벽체의 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 구조체에 온도 분포를 선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서는 온도선이 급격하게 변하는 것이 확인되었고, 온도선이 급격하게 변하는 부위에서는 다른 곳보다 온도가 낮으며, 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 손실됨이 확인되었다.
외부에 설치된 목재 구조물 및 목조주택의 경우 기본적인 접합에 사용되는 철물은 스크류 볼트, 스테인리스 못, 일반 철못을 사용하는데, 목재의 철물 접합 부분이 외기 환경에 직접적으로 노출됨에 따라 온습도 변화에 의한 영향으로 철물 접합부 못의 마찰 저항성이 저하되어 이에 대한 하자가 지속적으로 발생하고 있으며, 이에 따른 유지보수가 반드시 필요한 실정이다. 하지만, 문제의 개선을 위한 기초자료 확보와 같은 실험 분석 등 현재까지 많은 연구와 대책수립이 이루어지지 않아 하자가 발생된 목재 구조물이 방치되고 있는 실정이므로 본 연구에서는 목재 및 철물 종류별 접합부의 마찰 저항성 분석을 통해 이와 같은 문제 해결을 위한 못 뽑기 저항 특성 분석으로 목재 수종 및 제조 조건 별 올바른 철물 사용 제안과 유지관리 및 보수 보강 계획을 수립할 수 있는 기초자료를 확보하고자 한다.
한국 전통 목조 건축물의 경우 구조적 성능은 재료 특성, 접합부의 형태, 치목의 정밀도 등에 따라 다르게 나타난다. 기존 사례 연구에서도 보와 기둥 접합부 형태는 변형 및 간격의 정도에 큰 영향을 미친다는 것을 보고하고 있다. 이는 단층 건물뿐만 아니라 대규모 다층 건물의 경우에도 마찬가지로 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 접합부 형태에 대해 분석하고 모형을 제작하고 구조적 성능을 테스트하는 과정을 거쳤다. 그 결과, 주먹장맞춤의 실험체에서 최대 하중을 나타냈다. 각각의 형태의 접합부에 의한 구조적 성능을 종합하면, 도래걷이 주먹장맞춤이 가장 높은 성능을 나타내었으며, 다음으로 도래걷이 장부맞춤의 순으로 나타났다. 건물의 구조적 성능은 관통하는 보의 치목 형태와 기둥 내부의 접합부 형테에 따라 다르게 나타남을 알 수 있었으며, 이는 다층 건물의 신축 또는 복원을 위해 고려되어야하며 이후 계속 연구되어야 할것으로 사료된다.
전단벽은 현대식 경골목조건축에서 바람이나 지진 등에 의한 측방하중에 대한 저항력을 제공하는 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 전단벽에서 건물에 전달된 측방하중은 벽의 스터드와 덮개재료 사이의 못접합부를 통하여 덮개재료로 전달되고 덮개재료에 전달된 하중은 판재의 면전단력에 의하여 지지된다. 따라서 실제 전단벽에서 측방하중에 대한 저항력을 결정하는 가장 중요한 요소는 못접합부라고 할 수 있을 것이다. 이 연구에서는 스터드와 판재 사이의 못접합부에 대한 강성 및 강도를 측정하였으며 이 값들은 전단벽의 찌그러짐 저항력을 예측하는 이론모형의 입력자료로 사용되었다. 이론모형의 예측치의 정확성을 검증하기 위하여 판재 한 장으로 구성된 전단벽의 전단시험을 수행하였다. 못접합부의 강성은 스터드 부재의 섬유방향에 의하여 영향을 받았으나 판재의 방향은 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 전단하중 하에서 못접합부나 전단벽의 거동은 3개의 직선구간으로 나나낼 수 있었으며 이론모형 I보다 이론모형 II의 예측치가 더 정확하였다.
소경각재를 이용한 소경각재 적층목을 기둥-보 목조건축 구조재로 이용하기 위해선 장대재 제작이 가능하여야 한다. 본 연구에서는 낙엽송 소경각재의 종접합 성능평가를 실시하였다. 시험편들은 종접합 방법에 따라 6가지 형상으로 제작하였으며 인장 및 휨 강도시험으로 종접합성능을 검토하였다. 종접합 접합부의 인장시험에서 Lap 시험편의 인장강도는 Double Lap 시험편보다 양호하였으며, Scarf 시험편의 인장강도는 Hooked scarf 시험편보다 양호하였다. Rod 시험편의 인장강도는 3.6 MPa로 가장 양호하였다. 종접합 접합부의 휨 시험결과 봉형 GFRP를 삽입 접착한 시험편들은 평균 29 MPa의 휨 파괴계수가 측정되었으며, 타 접합부 시험편들은 11 MPa 이하의 휨 파괴계수 값이 관찰되었다. 봉형 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic)를 삽입 접착한 시험편들은 인성파괴가 관찰되었고 나머지 시험편들은 취성파괴가 발생하였다. Rod + Lap 시험편의 평균 휨 파괴계수가 30.5 MPa로 종접합한 시험편 중 가장 양호한 성능을 발휘하였다. Rod + Lap 시험편의 휨 강도는 종접합하지 않은 대조군 시험편 휨 파괴계수의 66%에 해당되었다. 낙엽송 소경각재 종접합 방법으로 봉형 GFRP 삽입 접착이 가장 유효한 강도를 나타내는 것을 확인하였다.
경골 목조 트러스를 접합하는데 가장 널리 사용되는 메탈 플레이트 접합부의 거동을 해석하기 위한 연구가 많이 수행되어왔다. 유한요소법을 사용한 해석은 그 연구들중의 하나이다. 선형 모델을 사용한 유한요소법은 하중-변위 곡선의 초기 경사를 예측하는데는 유효하게 사용될 수 있다. 하지만, 하중이 증가할수록 예측된 변위는 실험치에 비해 과예측이 된다. 따라서 선형 모델을 비선형부분을 예측하는데는 사용할 수 없다. 실제 거동을 더욱 정확하게 예측하기 위해, 본 연구에서는 비선형 항을 유한요소 모델에 첨가시켰다. EA와 AA 형태에서는 예측치와 실험치간에 고도의 유사성을 보여주었다. 하지만, EE와 AE 형태에서는 곡선의 비선형 부분에서 실험치와 예측치가 약간의 차이를 보여주었다. 이러한 결과는 슬립의 효과를 충분히 반영하지 못한 것에 기인한 것으로 추측된다. 결과적으로 메틸플레이트 접합부의 거동에 있어서 비선형 해석의 정확도를 증진시키기 위해서는 반드시 슬립의 효과가 고려되어야 할 것이다.
This experiment was carried out to investigate the effects of number and location of finger joints on the bending strength of glue-laminated lumbers. Urea resin adhesives were used in this experiment and the resin content was 70% for cold pressing. The lamina were edge-jointed and end-jointed. The specimen were composed of one or three layers. The obtained results are summarized as follows; The effects of finger joints on the decrease of bending strength of glue laminated woods were different according to the number and location of finger joints. The decrease of MOR was highest on the middle position of laminated woods. The effects of several arrangements of finger joints on the bending strength of glue laminated woods showed on Figure 7 and 8. The variance of thickness-laminating on the bending strength of glue laminated woods were larger than those of width-laminating.
A timber lattice roof, which has around 30m span, was constructed. In order to figure out the realistic buckling load level, the structural analysis of this roof structure was performed especially by stiffness of connection with various asymmetric snow load. Due to the characteristics of application of snow load, the load combinations of snow should be considered not only global area but also local part so that the critical buckling load could be observed as easy as possible. Geometrical imperfection was simulated to consider inaccurate shape of structure. And then nonlinear analysis were performed. Finally, this paper could investigate that the asymmetric snow load with the lower level stiffness of connection decreased the level of buckling load significantly.
본 연구에서는 현재 국내 목조건축에서 벽구성 재료로 많이 사용되고 있는 수입 OSB(배향성 스트랜드보드)를 국산 합판으로 대체하기 위해 OSB와 국산 합판의 못 접합부 전단성능을 비교 검토하였다. 주부재(잣나무)와 측면부재(OSB 합판)의 섬유 방향성(평행 직각)에 따른 전단성능은 합판에서 현저하였다. 결과, OSB와 합판 모두 현행 국내 기준인 못 접합부 기준 허용전단내력을 만족하는 것으로 나타났다. 그리고, 표면층에 MLH(열대산 활잡목)를 사용하고 7ply 구성한 합판(P-4 type)은 OSB보다 섬유방향에 관계없이 큰 전단성능을 나타냈다. 전반적으로 측면부재로서 합판을 사용할 경우 주부재에 대하여 섬유방향을 직교되도록 구성할 경우, 평행방향 구성보다 큰 전단성능을 발휘할 수 있음이 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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