기본적으로 목구조 주택은 적절히 보강되면 지진에 매우 강한 구조입니다. (일본의 주택의 80%이상이 목구조인 이유) 현재 우리나라도 주택의 내진성능에 대한 규제가 강화되어 기본적으로 내진성능을 요구하며, 그래서 90년대까지 흔하던 연와조(벽돌집)은 사실상 신축이 불가능합니다.

[지진에 안전한 내진성능을 갖기 위한 구조 보강]

z30haus도 건축 허가를 위한 법적 필요사항인 내진성능구조검토를 하였고, 허가시 법규대로 내진능력 MMI 7등급에 맞춰 구조시공이 계획되었습니다.

지진에 의해 집이 무너지는 원리

지진에 의해 집이 어떻게 무너지는지를 설명하는 그림

위아래로 작용하는 중력에 의해 가해지는 힘은 하중(load)인데, 지진에 의해 집에 가해지는 힘은 주로 좌우로 수평방향으로 집을 흔들게 됩니다.
목조주택은 기둥과 스터드가 중력방향과 정확히 일치할때만 수직하중을 지지하면서 넘어지지 않는데, 기둥의 아래나 위쪽을 옆으로 밀면 기둥이 쓰러지게 되는 것이죠.

결국 지진에 대해 무너지지 않는 구조의 핵심은 "직사각형의 벽체가 마름모형태가 되지 않도록 강도를 강화하는 것" 이고 각종 철물을 사용하여 내력벽체가 찌그러지지 않게 보강하는 것 입니다.

기초의 슬라이딩으로 기초위의 목구조가 분리되지 않게 잡아주는 기본적인 부분인 토대 앙카. 애초에 줄기초에 스텐앙카를 심어놨었지만, 길이가 짧아 그 성능이 의심되어 추가로 rothoblaas사의 메케니컬 앙카를 시공하였습니다. 시공현장에서는 이런 메카니컬 앙카가 콘크리트와 체결 부분이 헛돌아 체결강도가 안나오는 것을 걱정하여 케미컬앙카를 권장하였는데, 실제 시공하여 보니, 적정깊이까지 들어간 앙카는 강력한 임팩렌치가 과열될만큼 토크를 가해도 전혀 헛돌거나 뽑히지 않을만큼 견고하였습니다.

토대목과 스터드를 연결시켜주는 철물인 홀드다운. 이것도 Rothoblaas 사 제품. 2개 이상의 스터드가 붙어 있는 모든 곳에 시공하였습니다. 보통 미국산 심슨 스트롱타이를 많이 사용하는데, 이탈리아산 Rothoblaas사 제품이 구조인증을 받은 제품들 중에선 가격과 전체 시스템의 국내 수급이 원활한 편이어서 사용하였습니다.

벽체의 전단력을 높여주는 기본사항: 스터드 사이에 블로킹을 시공하고 접착제와 못으로 스터드에 합판을 강력하게 결합시킵니다. 이렇게 함으로서 블록킹이 1차원의 스터드를 2차원의 사각형 구조로 만들어주고, 합판이 3차원의 박스구조를 완성시켜 구조적으로 매우 견고한 벽체가 구성되는 것이죠. 여기에 추가로 중단열을 폴리우레탄 경질폼이 시공되어 스터드사이 비어있는 공간을 꽉 채우게 되는데, 이것도 벽체의 찌그러짐을 막아주는 능력을 크게 향상시켜주게 됩니다.

X자형의 띠철물을 X-bracing 이라고 부릅니다. 이 역시 직사각형의 벽체가 지진에 의해 마름모꼴로 변형되지 않도록 붙잡아 주는 핵심적인 역할을 합니다. 띠철물을 시공할 수 있는 모든 벽체에 시공하여 주었습니다. 큰 비용이 들어가지 않으면서 구조강성을 크게 증가시킬 수 있습니다. 단, 개구부 창호 등으로 철물이 가로막히면 철물 시공이 불가능하며, 각도가 30도 이상 60도 이하로 시공되어야만 구조적 강도향상의 의미가 있습니다.

요즘엔 구조공학을 몰라도, 최신 IBC코드를 꽤뚫고 있지 않더라도 ChatGPT가 많은 전문적 부분을 도와줍니다, 가령 탑플레이트가 연결될 때 양쪽으로 무려 12개의 못을 박아줘야 하는것이 건축코드에 의무화 되어 있다는 것을 국내 대부분의 시공사가 모르고 있을 것입니다.

 

25년 초 미국 IBC 전시회를 갔는데, 희귀하게 국내 업체가 목조주택용 내진강화 철물제품을 전시하고 있었습니다. 봐 두었다가 귀국하여 연락해서 내진 강화 철물을 시공하였습니다. https://www.traum1.com/L-Tie

심슨사의 내진철물보다 높은 내진성능을 갖고 있음을 보여주는 실험화면.

트라움 L-TIE 내진철물을 시공하면, 기존 내진등급 7등급 이상의 목구조를 10등급 이상의 최고수준까지 올릴 수 있을 것으로 보여 앞으로 30년간 마음의 평화를 위해 L-TIE를 추가 시공 하였습니다.

또한 국가에서 내진인증과 인증비용에 대한 보조금 지원도 하고 있어 비용적으로도 크게 부담되지 않습니다.L-TIE가 시공될 코너에 약 30cm 정도의 공간 여유가 있어야만 합니다. 그래서 벽체 시공 전 이를 미리 감안하는 것이 필요. 안그러면 시공작업이 매우 번거롭고 힘들어집니다.

[태풍과 바람에 대한 구조보강]
태풍에 대한 대책은 지진에 대한 대책(횡력,전단력) 외에 바람에 의해 지붕이나 벽체가 뽑혀 날라가는 Up lifting 에 대한 구조적 보강이 핵심입니다.

북미지역에서는 허리케인에 의한 주택 피해가 많고, 그에 따른 주택 보험시장의 리스크가 커짐에 따라 FORTIFIED HOME 인증제도가 생겼습니다. FORTIFIED HOME 인증 수준에 따라 주택 보험료가 할인되거나 인증이 없으면 보험가입이 안되거나 하는 것이지요.
FORTIFIED HOME 프로그램은 지진보다는 폭풍과 폭우에 따른 피해비용을 최소화 할 수 있는 주택을 목표로 하고 있고, 특히 바람에 의해 목조주택의 지붕이 날라갈 수 있는 부분에 대한 보강이 기본적으로 중요합니다.

FORTIFIED HOME인증제도가 국내에도 있는 것은 아니니 핵심부분을 참고만 하면, 가장 중요한 부분은 1. 지붕을 연결철물로 벽체와 단단히 고정하는 것. 그리고 3. 지붕부터 기초까지가 연결철물로 연속적으로 연결되게 고정시켜야 한다는 것입니다.

기초와 1층 벽체는 앙카와 홀드다운 철물로 붙잡아주고, 1층과 2층 벽체는 스트랩타이로 연결시켜주며, 2층 벽체와 지붕 래프터는 허리케인타이로 연결시켜줍니다.

벽체와 지붕 서까래가 바람에 분리되지 않도록 잡아주는 역할을 하는 철물 허리케인타이허리케인타이와 같은 역할을 해 주는 스크류타입의 트러스 스크류. 허리케인타이보다 시공이 간편하여 허리케인타이 시공이 어려운 부분에 시공하였습니다.1층과 2층을 연결시켜주는 스트랩타이. 비싸지 않은 자재라 다다익선 가능한 많이 시공하여 주었습니다.