비구조요소 #F26-유리, 내진설계 대상인가?

내진설계 대상입니다. 다만 기준의 예외조건에 해당한다면 내진설계 대상이 아닙니다.

한 건축물에도 커튼월, 상점 유리, 칸막이벽, 외부 창호, 내부 창호에 다양한 크기의 유리가 설치됩니다. 프레임과 유리 사이의 유격, 즉 유리 단부 클리어런스가 충분히 크지 않으면 지진 시 발생하는 프레임의 면내 변형에 의해 유리판이 눌려 압축력이 가해지는 순간 깨집니다. 커튼월, 상점 유리, 외부 창호 등 건축물 외피에 설치되는 유리판의 상단 높이가 보행자 도로면으로부터 3m가 넘으면 유리 깨짐과 함께 추락하면서 인명에 위협이 됩니다. 또 칸막이벽, 내부 창호, 방풍실 등의 유리가 건축물 피난경로에 그 유리가 깨져서 바닥에 깔리면 미끄러짐 등으로 신속한 대피 활동에 지장을 초래할 수도 있습니다.

 

지진 시 유리 파괴(깨짐) 메커니즘은 3단계로 설명하면, 

(a) 지진 시 건축물의 층간 변위가 발생하기 시작하는 순간, 구조체에 정착·구속된 프레임(창틀)도 변형이 시작되며, 프레임 속 유리판도 프레임 변형에 따라 수평으로 이동합니다.

(b) 건축물의 층간 변위가 커지면서 이에 종속된 프레임의 변형(상대 수평변위)도 커지며, 변형된 프레임이 변형하지 않는 유리판에 접하기 시작하면 유리판에 힘이 작용하기 시작하며 이때 유리판은 응력으로 저항하지 않고 유격(단부 클리어런스) 범위 내에서 회전하여 변형하는 것으로 해소합니다.

(c) 건축물의 층간 변위가 더욱 커지면 이에 따라 프레임도 점차 두드러진 평행사변형의 형상으로 변형하고, 어느 순간에 유리판이 더 이상 회전할 수 없는 구속 상태가 되면 유리판에 작용하는 힘이 압축력으로서 증가하며, 그 압축력이 유리판의 응력을 초과하는 순간에 유리판은 취성파괴, 즉 갑자기 깨집니다.

 

관련 동영상 링크 (포항지진 상점 유리 깨짐) : YouTube [출처: YTN]

 

구조물에 내진설계로 반영된 설계 지진에서도 이러한 유리들이 깨지지 않으려면 유리와 프레임 사이에 요구되는 유격, 즉 ‘단부 클리어런스’ 요구치수를 내진설계를 통해 확인하고, 창호 제작 시에 반영되도록 하여야 합니다. 창호 전체 시스템에 대한 Mock-up test(구조성능실험) 또는 프레임 구조검토 용역 발주시에 유리 깨짐에 대한 내진검토를 포함하는 것으로 조건을 붙이거나, 또는 유리 깨짐에 대해서만 별도로 내진설계를 의뢰할 수도 있습니다.

 

건축물마다 유리가 설치되는 창호의 종류, 위치, 크기는 제각각인데, 이 유리가 깨져서 추락하거나 피난경로를 통한 대피 활동에 지장을 초래하여 ‘인명안전’에 위협이 될 수 있고, 건축물의 ‘기능수행’에 지장을 초래할 수 있습니다. 이러한 유리들이 예외조건에 해당하지 않는다면 내진설계 대상입니다.

 

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제공 : 코어건축구조기술사사무소