우드웍스(Woodworks) 를 활용한 목구조설계

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건축시공기술

우드웍스를 활용한 심플 목구조설계

다음은 허용응력도 설계법(ASD)에 기반한 구조설계 튜토리얼입니다.

샘플주택의 시공조건:

  • 1. 단층건물
  • 2. 외벽은 가로30피트 / 세로 20피트 의 직사각형
  • 3. 지붕은 박공구조 (지붕각 : 8/12 래프터 배열조건 : 16″ O.C)
  • 4. Ceiling joist 위에 다락공간을 사용가능하게 할것(방통X)
  • 5. 개구부 : 출입구 1000mm / 파티오창 : 2400mm / 화장실창 : 600mm
  • 6. 샘플주택의 위치 : 대관령
  • 7. 지붕마감재 : 방수시트 + 아스팔트슁글마감( 차후 1번 relooping 가정)

기본적으로 건축물에 있어 구조설계는 최상위층 부터 아래층으로 내려오면서 하중설계를 진행하게된다.

1.지붕하중 (Dead loads / Live Loads / Snow Loads)

본과정에서는 지붕의 고정하중, 활하중, 적설하중을 고려하여 서까래로 쓰일 적절한 부재를 선택한다. 즉 서까래로 쓰일 수 있는 부재의 한계는 어떤것이 있을까? 그 부재를 알아보자.

고정하중(Dead loads) – 아래 요소별고정하중은 IBC코드를 참조

  • 1-1 : 아스팔트 슁글 – 2psf
  • 1-2 : 슁글 리루핑고려 – 2psf
  • 1-3 : 방수시트 – 0.5psf
  • 1-4 : 3/8″ OSB : 1.1psf
  • 1-5 : 서까래부재 : ?

활하중

저감된 활하중(Recuction in Roof Live Loads) 의 계산도출

공식 : Lr=20*R1*R2 (R1 : 영역면적에 대한 감소 / R2 : 지붕경사에 대한감소)

 

R1=1 (At≤200ft²)

R1=1.2-0.001* At (200ft² < At < 600ft²)

R1=0.6 (At ≥ 600ft²)

** At(Tributary Area : 하중영향면적) = 영역폭*span = 1.3ft*10ft=13ft²

R2=1 (지붕각(pitch) ≤ 4)

R2=1.2-0.05* 지붕각(pitch) (4< 지붕각(pitch) <12)

R2=0.6 (지붕각(pitch) ≥ 12)

 

따라서 :

R1=1 , R2=1.2-0.05*8=0.8

활하중 Lr=20*1*0.8=16psf

 

적설하중 (아래 계수는 건축구조설계기준에 의거함)

대관령의 기본지상 적설하중 = 147psf

중요도계수(Ls) : 1

노출계수(Ce) : 0.9

온도계수(Ct) : 1

경사도계수(Cs) : 1

 

따라서

적설하중S=0.7(기본지붕적설하중계수)*Ls*Ce*Ct*Cs= 92.61psf

 

이젠 우드웍스 소프트웨어를 활용해서 각 조건의 하중및 계수를 활용하여 결과값을 도출한다. 아래 그림은 도출된 결과값이다.

우드웍스 결과값1

 

우드웍스 결과값2

2X10 부재의 자하중을 총 지붕고정하중에 추가

2.8plf-> 2.8/1.33 = 2.1psf

아스팔트 슁글 : 2psf

슁글 리루핑고려 : 2psf

방수시트 : 0.5psf

3/8” OSB : 1.1psf

서까래부재 : 2.1psf

 

총 지붕고정하중 : 7.7psf

 

위 설계치로부터 도출할수 있는 결론은 아래와 같다.

일단 눈이 많이 오는 지역이라면 무조건 2X10이상의 부재를 16”O.C로 구조를 설계 한다면 더 이상 고민할것 없이 하중에 대한 보수적인 시공이 가능하다는 것이다.거기에 지붕각이 4/12이하로 낮아지거나 기와가 마감재로 붙는다면 그 이상의 부재 혹은 공학목재도 고려해야 할것이다.

2. 다락바닥 하중계산

고정하중

  1. T&G (3/4”합판) : 2psf (3.0psf/1”à3*0.75=2.25psf)
  2. Floor Joist(바닥장선 16”O.C) : 설계치로 결정
  3. Fiber Glass(단열재 R-32) : 1.8psf(0.2/1”à9*0.2=1.8psf)
  4. 천정석고보드(3/8” 2ply) : 3.75psf (5/1”à3/8*5*2=3.75psf)

 

활하중

주거용 건축물 최소 바닥 기본활하중 : 42psf (건축구조 설계기준)

우드웍스 설계치

우드웍스 결과값3

 

위의 결과치로 부터 우리가 흔히 쓰는 2X 구조재로는 바닥을 만들수가 없다.

따라서 구조재가 아닌 공학목재를 써서 해결해보자.

우드웍스 결과값4

제안된 I-joist중에 가장 합당한 자재를 선택하여 사용한다. PRI-40을 선택할경우 상세 설계치는 아래와 같다.

 

우드웍스 결과값5

 

PRI-40 부재의 자하중을 총 지붕고정하중에 추가

3.2plf-> 3.2/1.33 = 2.4psf

 

T&G (3/4”합판) : 2psf

Floor Joist(바닥장선 16”O.C) : 2.4psf

Fiber Glass(단열재 R-32) : 1.8psf

천정석고보드(3/8” 2ply) : 3.75psf

 

바닥 총고정하중 : 9.95psf

도출된 지붕과 바닥의 고정및 활하중의 결과치로 내력벽의 개구부 설계진행한다.

헤더로 쓰일 부재의 결정및 트리머의개수(설계결과치에 의한 최소 지압길이로결정) 결정한다.

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