진동대 실험을 통한 간접현수 금속패널 천장의 내진설계 및 성능평가

Abstract

국내의 지진발생으로 인하여 건축물의 내진성능뿐만 아니라 비구조요소의 성능에도 관심이 집중되었다. 비구조요소 중 매달린 천장의 경우, 마감재의 탈락, 천장을 이루는 골조 부재의 붕괴로 재실자의 인명피해, 혹은 재산피해로 이어질 수 있으며, 특히 대피경로를 막아 2차 피해를 유발할 수 있다. 본 논문은 국내에서 사용되는 천장시스템 중 간접현수 방식의 비부착식 금속패널이 적용되는 T-bar 천장에 대하여 벽체고정형 내진설계 방법을 수행할 수 있는 주변지지클립 시스템과 슬라브전달형 내진설계를 수행할 수 있는 브레이스 천장 시스템을 개발한다. 본 연구대상 천장은 대부분 층고가 높고, 천장면적이 넓은 대공간에 설치되어 천장에 설치된 금속패널 탈락 시 인명 손상이 발생할 수 있다. 개발한 내진설계방법에 대하여 진동대 실험을 수행하고, 실험을 통하여 동적거동을 분석한다. 동적거동은 파괴 유형(damage item)과 연관 지어 정리하며 성능수준(performance state)을 정의하고 실험체 별 내진성능평가를 수행한다. 대상 천장의 성능수준 지표는 PR(위치유지), LS(인명안전) 수준을 평가할 수 있도록 제시하였다. 정의된 성능수준 지표는 지진 발생 시 실제로 설치된 연구 대상 천장의 성능수준을 평가하거나 진동대 실험 이후 성능수준을 평가할 수 있는 지표로 활용 할 수 있을 것으로 기대한다. 진동대 실험 결과를 통해 살펴본 천장시스템의 고유진동수, 변위 등의 동적거동을 확인하였고, 이를 통하여 패널 이탈 현상의 원인을 분석하였다. 패널 이탈 현상의 원인은 단부에 충격하중 발생으로 인한 패널 이탈과 부재 간 상대변위로 인한 패널 이탈로 구분할 수 있으며, 슬라브전달형 내진설계의 경우 부재 간 상대변위가 가장 큰 패널 탈락 원인으로 나타났다. 실험 결과를 바탕으로 지진 취약도 곡선을 통한 내진설계방법 별 특성을 확인하였으며, 취약도 분석을 실시한 결과 주변지지클립을 사용하는 벽체고정형 내진설계는 천장 설치면적에 영향을 받으나, 슬라브전달형 내진설계인 브레이스 적용 천장시스템은 천장 설치면적에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 시공성 측면에서 보면 단부에서만 기계적결합의 시공이 이루어지는 주변지지클립 시스템은 브레이스 시스템보다 시공성이 좋아질 것으로 예상할 수 있으며, 이는 브레이스 시스템 적용 시 필수적으로 시공성이 낮게 평가되어 추후 이러한 고려가 없다면 천장시스템에 브레이스 사용이 어려울 것으로 예상할 수 있다. 본 연구는 간접현수방식의 금속패널이 적용된 T-bar 천장의 내진성능평가에 대한 기초 단계 연구로 향후 내진설계 시스템 별 정적실험, 동적해석모델 개발 등의 추가적인 연구가 필요하며 본 연구자료는 천장시스템의 전반적인 연구에 기초자료로 활용될 것으로 사료된다.