매달린 천장의 피해원인 및 사례

     구조재와 비구조재의 거동 특성차이로 인한 천장틀 손상

 

일반적으로 구조재는 내진설계를 적용하여 내진성능이 확보된다. 그러나 비구조재의 경우 내진보강을 하지 않는 경우가 대부분이고, 거동 또한 구조재와 다르다.

비구조재 중 천장틀은 앵커볼트가 삽입되는 슬라브 하부와 몰딩이 시공되는 벽체와 맞닿아 있다. 이 경우 지진이 발생하면 구조체인 벽체 및 슬라브의 거동과 천장틀의 거동이 상이하여 천장틀의 손상이 발생한다. 이에 따라 천장틀 상부에 있는 설비배관 등의 기능이 손실될 수 있고, 천장틀 자체와 천장틀의 하부에 달리는 마감재가 탈락하여 2차 피해를 유발할 수 있다. [그림 1]은 구조재(벽체)와 비구조재(천장틀)의 거동 특성 차이로 인한 천장틀 파괴의 예시이다.

[ 그림 1. 구조재와 비구조재의 거동 특성 차이로 인한 천장틀 손상 (FEMA 577) ]

     별도의 횡력 보강재로 지지하지 않은 경우

 

천장틀 시스템은 횡력에 대하여 행어볼트 부재로만 저항하는 시스템이다. 900mm ~ 1200mm 간격으로 설치되는 행어볼트의 지름은 약 9mm로 내진성능이 매우 취약하다. 이에 따라 내진 보강을 해야 하는 경우 횡력에 대한 내진보강 와이어 및 압축력을 받는 스트럿을 설치해야한다. 내진보강 와이어 및 압축력을 받는 스트럿을 설치하게 되면 지진 발생 시 발생하는 횡력에 대한 피해를 방지할 수 있을 뿐 아니라 외부에 설치되는 천장틀의 경우에도 태풍 및 강풍에 대한 성능을 확보할 수 있다.

지진 발생 시 내진 보강이 되지 않은 천장틀의 경우 흔들림, 자리이탈 등의 문제가 발생하는데, 이로 인해 천장틀의 탈락으로 설비 및 배관의 기능 상실과 재산 피해 그리고 인명 피해가 발생 할 수 있다. [그림 2]는 대각 보강 와이어나 압축력을 받는 스트럿이 설치되지 않은 경우 일어날 수 있는 피해상황을 나타낸다.

[ 그림 2. 횡력에 대한 보강재 부족에 따른 지진피해 사례 (2010, 칠레, FEMA E-74) ]

     부재와 부재 연결재의 손상 및 탈락으로 인한 피해

 

메인 M bar와 캐링채널은 M bar clip으로 연결되어 있다. 부재 간 연결재인 clip과 행어는 두께가 0.5mm이고 재질은 알루미늄으로 클립 형태로 제작된다. 행어는 연결 철물 (선부재)로 결합되어있고, 클립은 0.5mm 부재를 접어 고정되는 형식이다. 즉, 횡력에 대하여 클립이 탈락할 가능성이 있고, 볼트 또한 마찰에 의한 미끌림에 의해 탈락할 수 있다. [그림 3]은 클립과 행어의 탈락으로 인한 천장틀 붕괴 사례이다.

[ 그림 3. 횡력에 의한 행어 및 클립의 미끌림으로 인한 탈락 (일본, FEMA E-74) ]

또한 천장부재나 천장틀 자체의 부식이나 손상으로 인하여 피해가 발생한다. 천장틀 안쪽의 설비 및 배관에서의 수분 등으로 인하여 부식이 발생하거나 녹이 슬어 부재의 강도 저하가 발생한다. [그림 4]의 상부 사진은 2010년 칠레에서 지진이 발생했을 때 천장 마감재의 탈락으로 인하여 안쪽 프레임이 드러난 사진으로 나무로 제작된 천장틀이 수분에 의해 부식된 것을 확인할 수 있다.

[ 그림 4. 부재의 손상으로 인한 천장 마감재 탈락
(① 2010, 칠레, FEMA E-74, ② 1994, 미국, 캘리포니아 노스리지 지진, FEMA 577) ]

[그림 5]는 SPEC연구단에서 수행한 천장틀의 진동대 실험 사례를 나타낸다. 실험결과 행어와 행어 볼트에 응력이 집중되었으며, 천장틀의 구조재를 상호 연결하는 클립의 탈락 및 마감재의 손상이 발생하는 것을 볼 수 있다. [그림 5]의 진동대 실험은 수직진동 없이 수평진동만을 고려한 경우로, 우리나라에서 예상되는 중진에 대해서는 큰 피해는 발생되지 않으나 수직진동을 수반한 실제 지진 환경에서는 추가적인 피해가 예상된다.

[ 그림 5. 진동대 실험에 따른 천장재 지진피해 결과(2015. SPEC연구단) ]

Department of Architecture _ Prefabricated Building Structural Lab. 

 T 031) 219 - 2499 / F 031) 219 - 2945  / 우) 16499    경기도 수원시 영통구 월드컵로 206 아주대학교 산학협력원 804호

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