2.1. 부착물의 부착형태에 대한 분류

BS 5234-2 Partitions-Part 2에서는 벽체의 부착물에 대한 시험방법을 부착물에 따라 작용하는 하중의 형태로 구분하 여 수평하중이 작용하는 유형에 대한 Annex H Lightweight anchorage pull-out, 수직으로 하중이 작용하는 유형에 대한 Annex J Lightweight anchorage pull-down, 세면대 형태의 부 착물에 대한 Annex K Heavyweight anchorage(wash basin) eccentric downward loading 및 찬장 형태의 부착물에 대한 Annex L Heavyweight anchorage high level wall cupboard) eccentric downward loading 등 4가지로 나누고 있다.

2.2. 시험 방법

2.2.1. Anchorage pull-out test

Anchorage pull-out test(이하 수평당김시험)는 시험체(벽 체)에 시험틀(수평당김시험용)에 대하여 수평으로 작용하는 하중에 대한 저항 성능을 평가하는 것을 목적으로 Fig. 1과 같 이 시험하며 가해진 수평하중에 의해 발생되는 벽체와 시험 틀의 이격으로 인한 뽑힘 판의 인발로서 하중저항값을 평가 한다.

Fig. 1.

Anchorage pull-out test

2.2.2. Anchorage pull-down test

Anchorage pull-down test(이하 수직당김시험)은 중력방향 으로 작용하는 부착물의 하중에 저항하는 벽체의 성능을 평 가하는 것을 목적으로 시험체에 시험틀을 하나의 앵커로 부 착하여 하중에 대하여 저항하는 성능을 평가하는 것을 목적 으로 하며 Fig. 2와 같이 가해진 수직하중에 의해 발생되는 벽 체와 시험틀의 이격으로 인한 뽑힘 판의 인발로서 하중저항 값을 평가한다.

Fig. 2.

Anchorage pull-down test

2.2.3. Anchorage(wash basin) eccentric downward loading test

Anchorage(wash basin) eccentric downward loading test(이 하 ‘ㄱ’편심당김시험)는 Fig. 3과 같이 경량벽체에 세면대등 의 유형의 부착물을 벽체에 설치하는 이유로 벽체에서 일정 간격이 떨어진 부위에서 부착물에 수직으로 하중이 가해지는 형태에서의 하중에 대해 저항하는 성능을 평가하는 실험으로 시험틀에 작용하는 편심 하중에 의해 발생되는 벽체와 시험 틀의 이격으로 인한 뽑힘 판의 인발로서 하중저항값을 평가 한다.

Fig. 3.

Anchorage(wash basin) eccentric downward loading test

2.2.4. Heavyweight anchorage(high level wall cupboard) eccentric downward loading test

Heavyweight anchorage(high level wall cupboard) eccentric downward loading tes(이하 ‘ㄴ’편심당김시험)는 Fig. 4와 같 이 찬장 상부장 또는 이와 비슷한 유형의 부착물을 벽체에 설 치하고 벽체에서 일정간격이 떨어진 부위에서 부착물에 수직 으로 하중이 가해지는 형태의 하중에 대한 저항성능을 평가 하는 실험으로 시험틀에 가해진 편심 하중에 의해 발생되는 벽체와 시험틀의 이격으로 인한 뽑힘 판의 인발로서 하중저 항값을 평가한다.

Fig. 4.

Heavyweight anchorage(high level wall cupboard) eccentric downward loading test

3.1. 선행 실험 및 분석

시험체는 3,000×2,400 mm의 크기로 B사의 석고보드를 이 용한 경량벽체(THK. 100 mm, 12.5 mm 일반 석고보드 2 ply + 50 mm 공기층 + 12.5 mm 일반 석고보드 2 ply(C stud-50 mm, 0.8 T@450 mm))와 S사의 ALC블럭을 이용한 경량벽체(THK. 100 mm, 1600×400×100 mm ALC 블록 + ALC 전용 모르타 르)가 사용되었다.

각 하중유형에 따른 시험전경은 Photo 1 (a)~(d)와 같다.

Photo 1

Anchorage test

BS 5234-2의 Anchorage test에서 제시된 시험방법에 따라 실험한 결과, 각 시험은 반복실험에 대해 유사한 결과값을 나 타내었으며, 시험체 및 고정용 철물의 변화에 따라 상이한 결 과를 나타내어 평가방법으로서의 적정성은 확보한 것으로 판 단되었다. 다만 규격에서 제시한 시험장치를 적용함에 있어 서 벽체별로 사용된 철물의 유형에 따라 시험장치와의 체결 불량이 일부 나타났으며, 특히 찬장유형의 시험틀은 기존 시 험방법으로는 평가가 불가능해 시험틀의 보완이 필요한 것으 로 판단되었다.

3.2. 시험장치 제안

벽체 부착물에 대한 하중저항성 선행실험의 실시를 통하여 도출한 시험장치의 문제점 및 평가방법의 용의성, 정량적 평 가를 위한 개선사항은 다음과 같다.

3.2.1. 뽑힘판 및 뒷댐판

뽑힘판은 1±0.2 mm 두께의 스테인리스 철판으로 형상은 Fig. 5(a), (b)와 같다. 뽑힘판은 시험중 지속적인 20 N의 힘이 상부로 가력되어, 시험 진행에 따라 시험체와 시험틀의 이격 이 발생하는 경우 인발되어 시험의 종료를 나타내게 된다.

Fig. 5.

Shim plates

뒷댐판은 뽑힘판과 동일 두께의 스테인리스 철판으로 뽑힘 판 설치로 인해 시험체와 시험틀의 간격차이를 보완하기 위 하여 설치한다.

BS 5234-2 Anchorage test에서는 뽑힘판과 뒷댐판의 치수 를 8mm의 한가지 규격으로 제안하고 있다. 그러나 선행 실험 결과, 철물의 종류에 따라 뽑힘판이 탈락하지 않는 결과가 발 생하였다.

이에 따라 각 벽체별로 사용되는 다양한 유형의 철물을 시 험에 적용할 수 있도록 뽑힘판 및 뒷댐판의 규격을 수정하여 제안하였다.

3.2.2. 수평당김 시험틀

수평으로 작용하는 하중에 대한 시험틀로 매끄러운 표면을 가진 철판을 Fig. 6과 같이 ‘ㄷ’ 형상으로 한다.

시험의 용의성을 위하여 앵커체결용 구멍은 앵커의 크기에 따라 와셔 등으로 보완될 수 있도록 하였다.

Fig. 6.

Pull-out test bracket

3.2.3. 수직당김 시험틀

수직으로 작용하는 하중에 대한 시험틀로 매끄러운 표면을 가진 철판으로 형상은 BS 5234-2 Anchorage test에 제시된 것 과 유사한 형태로 Fig. 7과 같다.

Fig. 7.

Pull-down test bracket

기존 시험틀의 크기는 변위 측정부의 길이가 30 mm로 변위 측정기 설치가 어려워 시험틀의 크기를 62 mm로 제안하였다.

3.2.4. ‘ㄱ’편심당김 시험틀

세면대 유형의 부착물을 형상화한 시험틀로 형상은 Fig. 8 과 같으며 BS 5234-2 Anchorage test에서 제안된 시험틀과 동 일한 규격으로 제안하였다.

Fig. 8.

‘Angle shaped’ eccentric downward load bracket

3.2.5. ‘ㄴ’편심당김 시험틀

찬장 상부장 형태의 부착물을 형상화한 시험틀로 기존 BS 5234-2 Anchorage test의 경우 Fig. 9(a)의 형상으로 부착물의 지지 및 저항점이 양단부 2개로 되어있다.

Fig. 9.

‘L shaped’ eccentric downward load bracket

그러나 선행실험결과 이 시험틀은 현재 국내에서 사용되고 있는 찬장의 형태 및 벽체에 버팀목을 선 시공한 후 찬장을 매 다는 국내 공법에 대한 평가방법으로는 적절하지 않은 것으 로 나타났다. 따라서 국내 실정을 감안하여 평가방법에서 버 팀목을 설치하여 시험틀을 매달 수 있도록 하였으며, 시험틀 에 버팀목과의 연결부위 및 앵커 설치 위치, 간격 등을 정하여 Fig. 9(b)와 같이 ‘ㄴ’편심당김 시험틀을 제안하였다.

4.1. 수평당김하중

경량벽체의 부착물에 수평으로 하중이 작용하는 사례는 부 착물의 하중으로 인해 발생하는 유형보다 벽체에 부착물의 위치 변경, 콘센트에서 코드 뽑기, 안전바, 핸드레일 당기기 등의 행위에 따라 인력으로 인해 발생하는 경우가 수평당김 의 주된 사례로 판단된다.

수평당김에 대한 하중사례는 미국 대학에서 수행한 인간 의 다양한 동작에 따른 작용하중에 대한 조사(^{University of Nottingham, 2002}) 중 손가락으로 손잡이 당기기, 원통형 바 당기기 등에 대한 하중으로 그 수준은 Table 2으며 이 중 성인 남성이 양팔로 원통형 바를 당겼을 때 발생하는 320 N이 최대 하중으로 나타났다.

이에 따라, BS 5234-2 Anchorage test에서 100 N으로 규정 된 수평당김하중에 대한 최대하중에 대한 국내 기준을 식 (1) 을 통해 250 N으로 제안하였다.

여기서, P _H : 수평당김 최대기준하중

P _S : 사례최대하중

S.F. : 안전계수

S : 분산지점

이때 안전계수는 하중의 가력이 순간적으로 발생하는 등의 충격 및 하중의 반복에 대한 안전율로써 비구조체에 대한 시 험임을 감안하여 하중의 1.5배로 하였다. 또한 핸드레일 등의 부착은 실제 최소 2지점이상에서 이루어져 최대하중은 각 지 점으로 분산되어 작용하나 본 수평당김하중시험에서는 하나 의 철물에 지지되는 시험틀을 사용하는 것을 감안하여 최소 분산지점인 2로 나누어 평가하는 것으로 하였다.

4.2. 수직당김하중

수직당김하중은 경량벽체에 설치된 부착물의 자중 등의 이 유로 수직으로 가해지는 하중형태로 구분되며 BS 5234-2 Anchorage test에서는 최대하중을 250 N으로 규정하고 있다.

최근 거주공간확보 등의 이유로 벽에 부착하는 형태의 가 구나 가전제품의 출시가 증가하고 있으며 또한 제품의 대형 화와 중량의 증가하고 있다. 벽체에 부착된 부착물에 의한 수 직 당김의 예는 벽체에 설치될 수 있는 모든 부착물로 볼 수 있 으며 이에 대하여 선행연구에서는 국내 부착물로 사용되고 있는 액자, 시계 및 벽걸이용 가전제품 등에 대한 현황조사를 실시하였으며(^{Lee et al., 2014}) 그 결과는 Table 3와 같이 요약 할 수 있다. 이 중 최대하중은 벽걸이TV 80 inch에서 647 N으 로 나타났다.

이에 따라, 수평당김과 동일하게 최소분산지점과 안전계수 를 고려하여 최대기준하중을 500 N으로 제안하였으며 도출 방법은 아래의 식 (2)와 같다.

여기서, P _V : 수직당김 최대기준하중

4.3. ‘ㄱ’편심당김하중

‘ㄱ’편심당김의 하중은 세면대와 같은 유형의 부착물을 사 용할 때 수직으로 가해지는 하중으로 BS 5234-2 Anchorage test에서는 최대기준하중을 1,500 N으로 규정하고 있다.

이에 대하여 국내 실정에 적합한 최대기준하중을 선정하기 위하여 세면대 사용 시 작용하는 하중의 유형을 구분하면, 세 면대와 물의 자중에 기인하는 기본적인 세면대 사용 유형, 신 생아를 간단히 목욕시키는 경우, 어린이가 세면대 사용 등으 로 매달리는 경우 및 세면대에서 발을 씻는 경우 등에서 발생 하는 하중인 것으로 조사되었다. 이에 대하여 사용 유형별 하 중의 수준은 한국 소아청소년 성장도표를(^{KCDC, 2007}) 통해 설정하였으며, 특히 세면대에서 발을 씻는 경우에 대하여 선 행연구에서 성인 120명을 대상으로 하여 사용 하중을 측정하 고 이를 분석하였다(^{Lee, 2015}). 이를 요약한 결과는 Table 4 와 같으며, 이 중 최대하중은 세면대에서 발을 씻는 경우의 548 N과 세면대 및 물의 자중과 발생하중을 합한 689 N인 것 으로 조사되었다.

또한 ‘ㄱ’편심당김시험의 경우 세면대를 가정한 시험틀을 직접 벽체에 부착한 후 하중을 가하는 형태로써 하중의 분산 을 고려할 필요가 없으며 안전계수만 고려하여 식 (3)과 같이 최대기준하중을 1,000 N으로 제안하였다.

여기서, P _W : 'ㄱ'편심당김 최대기준하중

4.4. ‘ㄴ’편심당김하중

'ㄴ'편심당김의 하중은 경량벽체에 찬장유형의 부착물에 수직으로 가해지는 하중으로 구분하였으며 BS 5234-2에서는 최대기준하중을 4,000 N으로 규정하고 있다.

현재 국내에서 찬장 사용 시 주로 사용되는 사례는 그릇 등 의 부엌용품이며 그중 중량물의 경우는 도자기 그릇, 뚝배기 등 이 해당된다. 이에 대하여 국내 식기류의 무게 및 부피를 조사 한 후 이를 찬장의 치수를 감안하여 적재량을 산출하였으며 그 결과는 Table 5와 같다(^{Lee, 2015}). 따라서 찬장 사용시 발생하 는 최대하중은 찬장의 자중을 포함한 1,652 N임을 알 수 있다. 이를 통해 최대기준하중은 ‘ㄴ’편심당김시험의 시험틀이 찬장 을 가정하였음을 감안하여 하중의 분산은 고려하지 않고 안전 계수만을 고려하여 식 (4)와 같이 2,500 N으로 제안하였다.

여기서, P _C : 'ㄴ'편심당김 최대기준하중

4.5. 소결

국내 환경에 적합한 경량벽체의 부착물에 대한 하중저항성 평가방법 개발을 위해 이에 대한 하중기준을 검토한 결과는 Table 6과 같다.

이를 BS 5243-2에서의 최대기준하중과 비교하면 수평당 김과 수직당김에 대한 하중은 증가가 요구되는 하면 편심당 김에 대한 하중은 경감되어야 하는 것으로 나타났다. 이에 대 하여 1992년에 제정된 BS 5243-2의 기준 설정에 대한 근거가 밝혀지지 않아 본 논문에서 제시된 하중기준과의 명확한 타 당성 평가는 어려우나, 수평 및 수직당김 하중의 증가는 사례 조사에서 나타나듯이 이전 규격의 제정 시점에 비해 부착물 의 유형이 증가하고 하중이 더 커지는 것에 기인한 것으로 판 단된다. 반면에 편심당김에 대한 기준하중의 감소는 사용자 에 대한 신체 및 생활 습관의 차이와 더불어 BS 5243-2의 경우 규격에서 제시하는 사용예가 주택, 사무실, 공장인 반면 본 연 구는 주택에서의 경량벽체를 그 대상으로 하고 있어 사용 용 도와 하중 사례의 차이에 기인하여 나타난 것으로 판단된다.