전단벽

Shear wall
일반적인 목재 전단벽은 구조용 합판 피복, 가장자리의 특정 못질 및 지지 골격을 사용하여 시공된 벽 라인의 브레이싱 패널로 구성된다.

구조공학에서 전단벽은 일반적으로 풍하중과 지진하중 등 평면 내 횡력에 저항하도록 설계된 시스템의 수직적 요소다. 많은 국가에서 국제 건축 법규와 국제 주거 법규는 전단벽의 설계를 관장한다.

전단벽은 벽면에 평행하게 하중을 견디다. 드래그 부재로도 알려진 수집기는 다이어프램 전단지를 전단벽과 내진력 저항 시스템의 다른 수직 요소에 전달한다. 전단벽은 일반적으로 전단 패널, 철근 콘크리트 벽, 보강 조적벽 또는 강판으로 경량 또는 브레이싱된 목재 벽이다.

합판은 목재(팀버) 전단벽에 사용되는 전통적인 재료지만, 기술과 현대적인 건축방법의 발달로, 다른 조립식 옵션들은 개구부 양쪽에 떨어지는 좁은 벽에 전단 조립품을 주입할 수 있게 되었다. 전단벽의 구조 합판 대신 시트강과 강철 등받이 전단 패널이 내진성을 더 강하게 제공하는 것으로 입증되었다.

구조 설계 고려사항

로딩 및 고장 메커니즘

그림 1 전단벽의 파괴 메커니즘. (a) 휨 파괴, (b) 수평 전단, (c) 수직 전단, (d) 좌굴.

전단벽은 다른 축보다 주 축에서 더 단단하다. 그것은 평면에서 작용하는 수직력과 수평력에 상대적으로 뻣뻣한 저항을 제공하는 일차 구조물로 간주된다. 이러한 복합 하중 조건에서 전단벽은 호환 가능한 축, 전단, 비틀림 및 휨 균주를 개발하여 복잡한 내부 응력 분포를 초래한다. 이렇게 하면 하중이 건물의 기초에 수직으로 전달된다. 따라서 그림 1과 같이 네 가지 중대한 고장 메커니즘이 있다. 고장 메커니즘을 결정하는 요소에는 기하학, 하중, 재료 특성, 구속 및 구조가 포함된다.

가느다란 비율

벽의 호리호리도는 유효 높이를 벽 단면의 교화 반지름 또는 유효 두께로 나눈 함수로 정의된다. "슬렌더" 또는 "스톡스"로 분류되는 요소들 사이의 컷오프인 가느다란 한계와 높은 관련이 있다. 가느다란 벽은 축압축으로 인한 오일러 평면내 좌굴, 축압축으로 인한 오일러 평면외 좌굴, 휨모멘트로 인한 횡방향 비틀림 등 좌굴 파괴 모드에 취약하다. 설계 프로세스에서 구조 엔지니어는 다양한 종류의 가능한 하중 조건에서 벽 설계가 안전함을 보장하기 위해 이러한 모든 고장 모드를 고려할 필요가 있다.

전단벽의 결합효과

실제 구조 시스템에서 전단벽은 배치와 연결에 따라 격리된 벽 대신 결합된 시스템으로 기능할 수 있다. 인터페이스가 변형 모드에 저항하기 위해 세로 전단을 전달할 때 두 개의 인접 벽 패널이 결합되는 것으로 간주할 수 있다. 이 응력은 섹션이 굽힘 또는 구속되는 뒤틀림 응력을 경험할 때마다 발생하며 그 크기는 연결 요소의 강성에 따라 달라진다. 이 강성에 따라, 결합 섹션의 성능은 유사한 총 계획 단면의 이상적인 균일 요소와 독립 요소 부분의 결합 성능 사이에 떨어질 것이다. 결합의 또 다른 장점은 전체적인 휨강성을 전단강성에 비례하지 않게 높여 전단변형이 작아진다는 것이다.

기능이 다른 건물의 배치

전단벽의 위치는 자연환기와 자연채광 성능 등 건물 기능에 큰 영향을 미친다. 성능 요건은 기능별로 건물마다 다르다.

호텔 및 기숙사 건물

그림 2 칸막이 시스템 역할을 하는 커플링 전단벽

호텔이나 기숙사 건물에는 많은 칸막이가 필요하여 전단벽이 삽입될 수 있다. 이러한 구조에서는 전통적인 셀룰러 구조(그림 2)를 선호하며, 중앙 복도를 측면으로 하여 방 사이의 가로 횡단 벽과 세로 척추 벽이 있는 규칙적인 벽 배열을 사용한다.

상업용 건물

그림 3 전단 코어 구조

대형 건물 중앙의 전단벽 구조(흔히 엘리베이터 샤프트나 계단을 감싸고 있음)는 전단코어를 형성한다. 다층 상업용 건물에서는 전단벽이 적어도 하나의 중심부를 형성한다(그림 3). 건물 서비스의 관점에서, 전단 코어에는 계단, 승강기, 화장실 및 서비스 라이저를 포함한 공동 서비스가 있다. 건물 사용성 요건은 전단 코어의 적절한 배열을 필요로 한다. 구조적인 관점에서, 전단 코어는 측면 하중, 즉 풍하중과 지진하중에 대한 건물의 내성을 강화하고 건물 안전을 크게 증가시킬 수 있다.

시공 방법—구체적

그림 4 수평 및 수직 보강이 모두 있는 철근 콘크리트 전단벽

콘크리트 전단벽은 수평 보강과 수직 보강으로 보강된다(그림 4). 철근 배근 비율은 철근과 직교한 단면에 대한 총 콘크리트 면적의 비율로 정의된다. 시공 관행 법규는 철근의 세부사항뿐만 아니라 철근의 최대 및 최소 보강량을 규정한다. 현장 철근 콘크리트 벽체의 일반적인 시공 방법으로는 기존의 차단된 승강기, 미끄러짐 형태, 점프 형태, 터널 형태 등이 있다.

개폐식 리프트 방식

총 벽 수가 작거나 배치가 불규칙할 때 전통적인 차단 리프트 방법을 사용해야 한다. 이 방법에서 벽은 기둥과 함께 한 층씩 형성된다. 이 기술은 느리지만 고급 마감 품질이나 질감을 산출할 수 있다.

슬립폼 방식

슬립폼은 연속적인 벽 돌출을 만들기 위해 움직이는 형태를 사용하는 콘크리트 배치 방법이다. 이 방법은 플랜지형 및 코어 벽 시스템과 같이 적합성이 높은 구조물에 매우 효율적이다. 매우 정확한 벽 두께를 얻을 수 있지만, 벽의 형태가 마멸되어 표면이 거칠다.

점프 폼 방법

점프 폼은 상승 성형이라고도 하며 벽이 분리된 리프트로 주조되는 시공 방법이다. 각 리프트 레벨에서 주간 조인트가 형성되는 Stop-Start 프로세스다. 미끄러짐 형성과 유사하게 점프 형성은 벽 배열이 반복되는 구조물에 대해서만 효율적이다. 또한, 바닥 레벨에서 연결부 및 외출을 추가할 때 별도의 특징으로 인해 편리하다. 그럼에도 불구하고 주간 관절을 포함하면 결함과 결함에 대한 가능성이 더 높아진다.

터널형식법

터널 형태 공사는 단 한번의 주입 작업으로 슬래브와 벽을 주조하기 위한 거푸집 시스템을 사용한다. 수평과 수직 부재를 모두 규칙적으로 반복하는 세포 구조에 적합하다. 이 방법은 건축이 수직과 수평을 동시에 진행할 수 있어 구조물의 건전성과 안정성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

비평면 전단벽

기능 요건으로 인해 설계자는 직사각형/바벨 섹션과 같은 평면 섹션과 반대로 C,L과[clarification needed] 같은 평면 섹션을 선택할 수 있다. 비계획 구간은 3D 분석이 필요하며 연구 영역이다.

모델링 기법

모델링 기법은 선형 정적에서 비선형 동적(linear static)으로 이동하면서 지난 20년 동안 점진적으로 업데이트되어, 글로벌 동작과 다양한 고장 모드를 보다 사실적으로 표현할 수 있게 되었다. 서로 다른 모델링 기법 전단벽은 수정된 보-기둥 요소와 같은 매크로 모델에서 3D 유한 요소 모델과 같은 마이크로 모델에 이르기까지 광범위하다. 적절한 모델링 기법은 다음과 같아야 한다.

  • 비탄성 반응을 예측할 수 있음
  • 중요한 재료 특성 통합
  • 동작 특성 시뮬레이션: 랩 스플라이스 및 바 슬립
  • 중립 축의 이동을 나타냄
  • 텐션강화
  • 굴곡 작용과 전단 작용의 상호작용

매크로 모델, 수직 라인 요소 모델, 유한 요소 모델, 다중 레이어 모델 등 시간이 지남에 따라 서로 다른 모델이 개발되었다. 보다 최근에는 유한 요소 모델과 관련된 궤변을 피하면서 대부분의 글로벌 응답 및 고장 모드를 적절하게 모델링할 수 있는 섬유 단면 빔-콜럼 요소가 대중화되었다.[1]

분석방법

참고 항목

참조

  1. ^ "Major Techniques for Modeling Shear Walls FPrimeC Solutions". 2016-07-29. Retrieved 2016-07-29.

외부 링크