1. 기둥

 

POINT :  중목구조에서 기둥은 수직하중을 지지하는 역활을 할 뿐만이 아니라, 기둥과 맞닿은 내벽력에 횡력 (인장력과 압축력) 이 작용했을 때 그 힘을 하부 구조로 전달하는 역활을 한다.  

 

 

  1. 기둥길이와 단면치수의 관계

중목구조의 기둥은 수직하중을 지지하는 역할과 기둥과 맞닿은 내력벽에 횡력이 작용하였을 때, 그 힘을 하부 구조로 전달하는 역할을 한다. 기둥단면치수는 일반적으로 105mm각과 120mm각이다. 이 치수에 대해 기둥이 너무 길어 (천장이 너무 높아) 기둥이 무거운 하중을 받게되면 좌굴되기 쉽다. 기둥 길이가 길어질 경우에는 일정 이상의 단면치수를 확보하는 등의 좌굴 대책이 필요하다.

건축기준법에는 단면 치수를 쉽게 판정하는 방법으로 기둥의 소경비 (小径比) 규정이 정해져 있다. 기둥 길이에 대해단면이 가장 작은 기둥의 단면 비율을 나타낸 것으로 <표 1>과 같은 기준을 충족해야 한다. 목조주택의 표준적인 층고는 2,700~3,000mm 정도이므로 통상 105mm각 기둥으로 충분한 경우가 많다. 단, 오픈 천장이나 계단의 경우는 층고가 일반 층고의 약 2배가 되므로 이 기준을 충족시키기가 쉽지 않다. 기둥의 단면을 크게 설계하든지, 제재목보다 성능이 뛰어난 집성재를 쓰는 등의 방법을 고려해야 한다.

특히 까다로운 부분은 개구부가 위치한 건물 외부쪽 기둥이다. 이 경우 기둥은 외부의 바람을 받아 휘어질 수가 있다. 대책으로는 풍력에 견딜 수 있도록 기둥의 두께를 키우거나, 통기둥을 층기둥으로 바꿔 기둥 길이를 짧게 하여 보가 풍력을 부담하도록 하는 방법이 있다.

 

  1. 내력벽에 접하는 기둥의 주의점

내력벽에 접하는 기둥은 내력벽이 부담하는 횡력을 하부 구조에 전달하는 역할을 한다. 이 횡력이란 인장력과 압축력을 말하는 것으로 각각에 대한 대응책이 필요하다. 인장력에 대해서는 기둥이 가로 부재(보, 토대)에서 뽑히지 않도록하기 위하여 홀다운 철물 등으로 기둥과 가로 부재(보, 토대, 기초벽)를 결속하여 고정시킨다.

한편, 압축력에 대해서는 기둥 단면을 키울 필요가 있다. 기둥 단면 치수에 비해 가로 부재의 단면이 작으면 토대가 눌릴 수 있으므로 토대 단면 치수를 키우는 등의 대책이 필요하다. 기둥이 부담하는 인장력과 압축력의 크기는 내력벽의 벽배율에 비례하며, 벽배율이 높은 내력벽과 접하는 기둥은 이러한 횡력에 대한 대응책이 매우 중요하다.

 

①기둥의 역할

 

A: 수직하중을 받는다 B: 횡하중을 수직하중으로 바꾼다.
바닥에 전달되는 수직하중을 기둥이 받고 있는 모습이다. 기둥이 부담할 수 있는 수직 하중의 면적에는 한계가 있는데 기둥 단면을 키우면 그 면적을 크게 할 수 있다. 내력벽과 접한 기둥이 횡력을 받으면 내력벽을 경유하여 인장력(왼쪽)과 압축력(오른쪽)이 작용한다.

 

② 기둥의 소경비

 

(기둥) cm ÷ (재료길이) cm =  (소경비)≧ 표 규정치

건물 단층 또는 최상층의 기둥 그 외 층의 기둥
흙벽의 건축물. 그 외에 이러한 종류의 벽에 속하며 벽의 중량이 특히 무거운 건물 1/25 1/22
상기 이외의 가벼운 지붕의 건물 1/33 1/30
상기 이외의 무거운 지붕의 건물 1/30 1/28

 

건축기준법에 정해진 기둥 단면 치수에 관한 규정을 보면, 가벼운 지붕(금속 지붕 등)으로 2층 건물의 1층에 있는 기둥은 기둥의 소경비(가장 치수가 작은 기둥의 단면 사이즈)를 1/30이상으로 해야 한다. 105mm각 기둥으로 기둥 길이가 3,000mm이면 1/30이상의 규정을 충족시킨다.

 

③ 오픈 천장과 외부 쪽 기둥의 문제

 

오픈천장의 기둥이 통기둥이 되면 기둥의 소경비가 작아지므로 기둥이 좌굴하기 쉬워진다. 또한 그 기둥이 건물의 외부 쪽에 있을 때는 횡력(지진, 풍압력)에 의해 휘어지는 것에 주의해야 한다.

 

④ 바깥쪽 기둥 대책

 

바깥쪽 기둥 (통기둥) 을 휘지 않게 하려면 횡력 방향에 맞춰서 기둥의 두께를 키우거나 (a), 통기둥을 층기둥으로 바꿔 보가 횡력을 부담하도록 하는 방법이 있다. (b)

 

⑤ 지진으로 인한 기둥 파괴

 

두 개의 기둥으로 지지하고 있는 필로티형식의 건물이다. 지진이 일어났을 때, 2층 벽이 부담하는 횡력을 견디지 못하고 기둥이 파괴되었다.

 

 

 

⑥ 홀다운 철물과 인장력

 

홀다운 철물로 가새 내력벽과 접한 기둥이 인장력에 의해 뽑히는 것을 막기 위해 고정된 모습이다. 홀다운 철물의 내력은 내력벽의 벽배율에 따라 달라진다.

 

 

⑦ 기둥 함몰과 압축력

 

기둥과 토대는 전통방식의 장부 맞춤이나 철물인 장부 파이프로 접합된다. 압축력이 커지면 함몰 허용 범위를 넘을 가능성이 있으므로 토대의 단면치수를 크게 하는 등의 방법이 필요하다.

 

 

 

출처: 중목구조 입문 <The Introduction of Wooden Post & Beam>, 미야자키현, 2016.03