경량 및 중량선반의 지진대비 안전확보 방안

높이 0.2m이상의 선반은 ASCE 7-10의 Minimum Design Loads for Buildings에 따라 건축적 요소로서 설계되어야 한다. 이는 건물에 대한 최소 설계 하중 설계방안을 따르고 있으며, 장치에 대한 보강 및 고정은 장치의 무게 및 선반 내용물의 무게를 고려하여 설계해야 한다. 선반의 크기 및 내용물의 무게 등에 따라 구조적요소로 분류될 수 있다.

선반의 내용물이 무거운 경우, 필수적으로 접합에 대한 구조엔지니어의 설계가 필요하며, 일부 중량물용 랙(선반)은 추가적인 내진성능 보강 과정이 필요하다.

중량물용 선반의 경우, 바닥과 직접 앵커볼트로 접합해야 하며, 랙에서 전달되는 하중을 수용하기 위해 바닥슬래브에 대한 타당성 검증이 필요하다.

금속판으로 구성된 선반의 경우, 바닥 슬래브에 앵커볼트로 고정되어야 하며, 연속적으로 설치되어 있는 선반은 스트랩 바 등을 사용해 인접한 벽 상단 또는 벽면에 고정되어야한다. 경량 스틸로 구성된 적재용 선반의 경우, 추가로 횡력 지지를 위한 브레이스가 필요할 수 있다. 또한, 출구 또는 통로를 차단하지 않도록 배치한다.

경량물용 선반은 벽면에 볼트접합 되어야 하며, 스터드 벽에 연결되는 경우 구조적인 스터드가 사용되어야 한다. 이동식 파티션과 비내력벽은 충분한 횡력지지 성능이 확보되지 않을 수 있으므로 가급적 내력벽에 접합하고, 경우에 따라 구조 엔지니어의 참여가 요구될 수 있다.

     선반과 구조체간 직접 고정 (NE)

 

선반은 일반적으로 벽면에 맞닿아 세워지거나 독립적으로 세워지며, 별도의 고정 장치가 설치되어 있지 않다. 따라서 지진 발생 시 약간의 흔들림으로도 쉽게 전도될 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 구조체와 직접적인 고정이 필요하다. 아래 [그림 1]은 선반이 바닥슬래브에 직접적으로 고정되어 있는 사례이다. 이 외에도 선반을 인접한 벽면에 직접 고정하는 방안이 있다.

[ 그림 1. 바닥 슬래브에 직접 고정된 경량물 선반 (FEMA E-74) ]

이동형 경량물 선반은 바퀴가 형성되어 있어 사용자의 요구에 따라 위치를 재배열할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이는 지진 발생시 그 힘을 버티지 못하고 제자리를 이탈할 수 있으며, 흔들림으로 인해 내용물이 낙하하거나 다른 가구에 걸려 전도 또는 출입구나 통로를 막을 수 있다. 따라서 이동형 경량물 선반에 의한 지진 피해를 저감하기 위해서 선반을 바닥 슬래브 또는 인접한 벽면에 고정하여 사용해야한다. [그림 2]는 선반의 바퀴 양옆으로 브래킷을 설치하고 아이볼트로 고정하여 탈착이 용이하게 하였으며, [그림 3]의 사례는 바닥에 고정된 체인으로 바퀴부분과 연결하여 위치를 재배치할 때 탈착이 용이하다. [그림 4]는 이동형 선반은 인접한 벽면에 고정한 사례이다. 이는 선반을 이동할 일이 빈번하지 않은 경우에 유리하다.

[ 그림 2. 바닥 슬래브에 직접 고정된 이동형 선반 (FEMA E-74) ]

[ 그림 3. 바닥슬래브에 직접고정된 이동형 선반 (FEMA E-74) ]

[ 그림 4. 인접한 벽면에 직접 고정된 이동형 선반 (FEMA E-74) ]

본 가이드는 이러한 벽면에 고정된 선반을 3d 스캐너와 3d 프린트를 사용하여 비전문가도 활용 가능한 내진 보강방안을 제시한다. [그림 5]와 같이 인접벽면과 책장을 3d 스캐너를 활용하여 컴퓨터 프로그램상으로 전송하고 이들의 접합부를 제작하여 3d 프린트로 접합부를 제작하는 방식이다. 이는 비전문가도 충분히 활용 가능한 방법이지만, 과소 혹은 과다설계가 될 수 있다는 단점이 존재한다.

[ 그림 5. 3d 스캐너와 3d 프린트를 활용한 선반의 내진보강방안) ]

     베이스플레이트와 수직재 간 접합 (ER)

 

국내의 선반은 보통 바닥에 고정되지 않고 베이스 플레이트 없이 세워둘 수 있도록 제작되기 때문에 추가적으로 베이스플레이트와 접합이 필요하다. 접합 방식에는 용접과 볼트 접합이 가능하며, 용접 접합은 공장에서부터 베이스플레이트가 선반에 접합되어 제작되는 경우이다. 하지만 기존에 사용되고 있는 선반은 베이스플레이트를 따로 설치해야하며 이러한 경우 볼트를 이용하여 접합할 수 있다. 베이스 플레이트와 수직재가 연결되는 부분이 지진에 가장 취약한 접합부이므로 지지하중을 견딜 수 있는 충분한 내력을 갖도록 접합해야한다.

 

[ 그림 6. 바닥슬라브에 직접 고정된 경량물 선반 예시 (FEMA E-74) ]

     횡력 지지를 위한 브레이스 설치 (ER)

 

적재물이 무겁고 높이가 높아 세장비가 클수록 브레이스의 설치가 필수적이지만 일부 중량물 적재용 선반(Storage rack)을 제외하고는 제작상의 번거로움, 비용 상승 등으로 인해 브레이스가 설치되지 않는다. 하지만 선반의 경우 횡력 지지에 불리한 구조이며, 브레이스 등의 보강재가 없어 지진이 발생하면 쉽게 전도될 수 있다. 따라서 선반의 적재물이 무겁거나 경량 스틸로 구성된 적재용 선반의 경우, [그림 7]과 같이 필수적으로 횡력 보강에 대한 고려가 필요하다. [그림 8]는 브레이스가 설치되지 않은 선반을 나타내며, [그림 9]는 브레이스가 설치된 Storage rack을 나타낸다.

[ 그림 7. 횡력보강에 대한 고려 ]

[ 그림 8. 브레이스 미설치 선반 ]

[ 그림 9. 레이스가 설치된 storage rack ]

     연속된 선반 간의 연결 (NE)

 

적재용 선반이나 도서관 책장의 경우 대부분 연속적으로 배치되며, 이는 지진 발생 시 하나의 선반이 쓰러지면 다른 선반과 충돌하여 단독 선반보다 더 큰 피해를 초래할 수 있다. 연속적으로 배치된 선반의 연쇄작용을 방지하기 위해 선반을 하나로 연결할 수 있는 보강재를 선반의 위쪽에 구성한다. 이때 보강재의 크기가 작으면 횡력에 대해 저항할 수 없어 보강재가 손상되거나 비틀림이 발생할 수 있으므로 제조자에 의해 충분한 내력을 갖도록 설계되어야한다. 또한 보강재 또는 선반이 반드시 구조체와 직접적으로 접합되어 있어야한다.

[ 그림 10. 연속된 선반간의 연결 ]

[ 그림 11. 연속된 선반간의 연결 예시 ]

     적재물의 낙하 방지용 펜스 설치 (NE)

 

적재된 중량물의 낙하로 인한 위험을 최소화하기 위해 추가적으로 펜스, 데크, 파레트(깔판) 등을 설치한다. 이는 설치로 인해 추가비용이 발생할 수 있으나, 중량물이 낙하에 통로 및 출구를 가로막거나 인명에 대한 피해를 감소시킬 수 있다. 그 외에 밴딩이나 와이어로 고정, 그물망 사용, 미끄럼방지용 바닥 설치, 바 및 체인 설치 등으로 낙하 가능성이 있는 면을 막아 잠재적인 낙하 위험을 최소화할 수 있다.

[ 그림 12. 적재물 낙하 방지용 펜스 설치 예시 ]

     추가적인 내진 장치 설치

 

일부 중량물용 선반은 적재물의 중량으로 인해 비구조체가 아닌 구조체와 같은 역할을 수행해야한다. 따라서 댐핑 추가, 바닥판 이격 및 선반의 뒷면으로 경사진 선반을 설치하는 등과 같이 구조체에 사용되는 내진 감쇄 장치를 추가적으로 설치할 수 있다.

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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