KDS 설계기준 415010 목구조 재료 및 허용응력

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KDS 41 50 10 목구조 설계기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 목구조 건축물에 요구되는 재료, 허용응력, 설계 등의 기술적 사항을 규정하여 안전성, 사용성, 내구성 및 친환경성을 확보한다.

1.2 적용범위

• 구조용 목재 또는 구조용 목질재료를 구조부재로 사용한 건축물 및 공작물에 적용한다.
• 특별한 조사나 연구에 따라 설계할 때에는 이 기준을 적용하지 않을 수 있다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

내용 없음.

1.3.2 관련 기준

• KDS 41 30 10 건축물의 강구조 설계기준
• KDS 41 50 05 목구조 일반

1.4 용어의 정의

• KDS 41 50 05 (1.4)에 따른다.

1.5 기호의 정의

• KDS 41 50 05 (1.5)에 따른다.

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

3.1 구조용 목재

3.1.1 재종 및 등급

3.1.1.1 재종

• 구조용 목재의 재종은 KS F 3020에 따른다.
• 육안등급구조재와 기계등급구조재로 구분된다.
• 육안등급구조재는 1종구조재(규격재), 2종구조재(보재), 3종구조재(기둥재)로 구분된다.
• KS F 3020에 명시되지 않은 목재는 KS 등에 규정된 시험 및 평가 방법에 따라 구조용으로 타당한 것으로 판단되는 경우에 한하여 구조용 목재로 사용할 수 있다.

3.1.1.2 등급

• 육안등급구조재: KS F 3020에 제시된 침엽수 구조재의 각 재종에 따라 규정된 등급별 품질기준(옹이지름비, 둥근모, 갈라짐, 평균나이테간격, 섬유주행경사, 굽음, 썩음, 비틀림, 수심, 함수율, 방부·방충처리)에 따라 1등급, 2등급 및 3등급으로 구분한다.
• 기계등급구조재: 휨탄성계수를 측정하는 기계장치에 의하여 등급구분한 구조재를 말하며, KS F 3020에 제시된 침엽수 기계등급구조재의 품질기준(휨탄성계수와 구조재의 결점사항)에 따라 E6, E7, E8, E9, E10, E11, E12, E13 및 E14 등 9가지 등급으로 구분한다.

3.1.1.3 건조상태 구분

| 구분 | 기호 | 함수율 | |—|—|—| | 건조재 | KD 12, D12 | 12% 이하 | | 건조 15 | KD 15, D15 | 15% 이하 | | 건조 19 | KD 19, D19 | 19% 이하 | | 생재 | G | 19% 초과 |

3.1.2 치수 및 수종 구분

3.1.2.1 치수

• 침엽수 구조재의 치수는 KS F 3020에 따르며, 표 3.1-2와 같다.
• 건조재치수는 건조 및 대패가공이 된 후의 실제치수를 나타내며, 생재치수는 건조되지 아니하고 대패가공한 치수를 나타낸다.

3.1.2.2 수종 구분

• 침엽수 구조재는 표 3.1-4에 허용응력이 주어진 수종은 개별 수종으로 사용하고, 개별 수종에 대하여 허용응력이 주어지지 않은 수종에 대해서는 표 3.1-3의 수종 구분에 따른다.

3.1.3 허용응력

3.1.3.1 육안등급구조재의 허용응력

• 침엽수 육안등급구조재의 기준허용응력은 표 3.1-4와 같다.

3.1.3.2 기계등급구조재의 기준허용응력

• 침엽수 기계등급구조재의 기준허용응력은 표 3.1-5와 같다.

3.1.4 기준허용응력의 보정

• 육안등급구조재와 기계등급구조재에 대한 기준허용응력은 건조사용조건 이하의 사용함수율에서 기준하중기간일 때 적용한다.
• 최종용도에 알맞은 기준허용응력의 보정은 책임구조기술자의 최종책임하에 수행한다.

3.1.4.1 보정계수의 적용

• 설계허용응력은 기준허용응력에 적용 가능한 모든 보정계수를 곱하여 결정한다.
• 표 3.1-6은 구조재와 집성재에 적용할 보정계수를 나타낸다.

3.1.4.2 하중기간계수

• 목재는 장기하중보다 단기하중의 경우 더 큰 최대하중을 지지하는 성질을 가진다.
• 기준하중기간은 약 10년의 누적된 기간동안 총설계하중이 작용함으로써 부재에 설계허용응력까지의 응력을 최대로 가하는 경우에 해당한다.
• 표 3.1-4 및 표 3.1-5에 규정된 기준허용응력은 기준하중기간에 적용한다.
• 최대하중의 총누적기간이 명시된 기간을 초과하지 않는 경우, 탄성계수 및 변형한계에 근거한 섬유직각방향 허용압축응력을 제외한 모든 기준허용응력에 하중기간에 따른 목재강도의 변화를 고려하여 표 3.1-7에 제시된 적합한 하중기간계수를 곱하여 보정한다.
• 하중조합에 대한 하중기간계수는 해당조합에서 가장 짧은 하중기간의 하중기간계수로 한다.
• 구조부재와 접합부는 위험하중조합에 근거하여 설계한다.

3.1.4.3 습윤계수

• 구조부재의 기준허용응력은 건조사용조건에 근거한 값이다.
• 구조부재의 사용함수율이 건조사용조건보다 높은 경우 기준허용응력에 표 3.1-8에 명시된 습윤계수를 적용하여 보정한다.

3.1.4.4 온도계수

• 허용응력은 일상적인 온도범위에서 주로 사용되며 65℃ 이하의 고온에 가끔 노출되는 구조부재에 적용한다.
• 65℃ 이하의 고온에 장시간 노출되는 구조부재에 대하여는 기준허용응력에 표 3.1-9의 온도계수를 적용하여 보정한다.

3.1.4.5 보안정계수

• 기준허용휨응력에는 KDS 41 50 20(1.4.2.3)에 규정된 보안정계수를 적용하여 보정한다.
• 휨하중을 받는 집성재의 경우 보안정계수는 부피계수와 동시에 적용하지 아니하고 이들 계수 중 작은 값을 적용하여 보정한다.

3.1.4.6 형상계수

• 원형단면 또는 대각면에 하중을 받는 정사각형단면(마름모꼴단면)의 휨부재에 대하여는 기준허용휨응력에 표 3.1-10에 규정한 형상계수를 적용하여 보정한다.
• 테이퍼원형 단면부재의 경우 가변단면의 보로 취급한다.

3.1.4.7 기둥안정계수

• 섬유방향기준 허용압축응력에는 KDS 41 50 20(4.3.2.1)에 규정된 기둥안정계수를 적용하여 조정한다.

3.1.4.8 전단응력계수

• 전단응력계수는 1종구조재 및 2종구조재에 적용한다.
• 기준 전단허용응력은 구조용재에 할렬, 분할 및 윤할 등의 갈라짐이 발생하는 것을 고려하여 주어진 값이므로 구조용재에 발생한 이들 갈라짐의 길이가 알려져 있고 그 값이 사용중에 증가되지 않을 것으로 예상되는 경우 표 3.1-11의 전단응력계수를 곱할 수 있다.
• 표 3.1-11에서 중간길이의 갈라짐에 대하여는 직선보간법에 따라 전단응력계수를 산정할 수 있다.

3.1.4.9 좌굴강성계수

• 좌굴강성계수는 다음 조건을 만족하는 트러스압축현재의 탄성계수에 적용한다.
  • 부재치수는 38×89mm 이하이다.
  • 트러스의 상현재 윗면에 두께 9.5mm 이상의 구조용 합판이나 OSB 등의 구조용 판재를 연속적으로 설치할 때 이 기준에 따라 요구되는 못 등의 적절한 파스너로 접합한다.
  • 해당 부재는 휨과 축압축의 조합응력을 받는다.
  • 트러스는 건조사용조건하에서 사용한다.
• 트러스의 압축현재가 위의 네 가지 조건을 모두 만족하지 못하는 경우에는 1.0이 되며, 위의 네 가지 조건을 모두 만족하는 경우 식(3.1-1) 또는 식(3.1-2)에 따라 계산된 값을 적용한다.
• 트러스의 상현재에 구조용 판재를 접합할 때에 목재의 함수율이 19% 이하로 건조된 상태인 경우 좌굴강성계수를 식(3.1-1)에 따라 계산하고, 목재가 건조되지 않았거나 부분적으로만 건조된 경우 식(3.1-2)에 따라 값을 계산한다.

3.1.4.10 지압면적계수

• 섬유직각방향 기준허용압축응력은 부재단부에서 임의의 길이로 지압되거나 단부 이외의 부분에서 지압길이가 150mm 이상인 지점에 적용한다.
• 부재 끝면에서 75mm 이상 떨어진 길이 150mm 이하인 지압의 경우, 식(3.1-3)의 지압면적계수를 적용한다.
• 금속판 및 와셔 등 작은 면적의 지압길이에 대하여는 식(3.1-3)에 따라 산정된 표 3.1-12에 규정한 지압면적계수 값을 적용하여 보정한다.
• 와셔 등의 둥근지압면적의 경우, 지압길이는 와셔 등의 지름으로 한다.

3.1.4.11 인사이징계수

• 구조재에 인사이징처리한 경우, 기준허용응력에 표 3.1-13의 인사이징계수를 적용하여 보정한다.

3.1.4.12 치수계수

• 두께 38~89mm의 육안등급구조재(1종구조재)에 대한 허용 휨, 인장, 압축응력은 표 3.1-14에 규정된 치수계수를 곱하여 보정한다.
• 두께 114mm 이상의 육안등급구조재(2종구조재)의 기준허용휨응력은 0.95의 치수계수를 적용하여 보정하되 하중이 보의 넓은재면에 수직하게 작용하는 경우 표 3.1-14의 치수계수를 적용하여 보정한다.
• 지름 336mm 이상의 원형단면보 또는 대각선방향으로 하중을 받는 한 면의 치수가 235mm 이상의 정사각형보에 대한 치수계수는 정상적인 하중을 받는 동일한 단면적의 정사각형보에 근거하여 (2)에 따라 보정한다.

3.1.4.13 평면사용계수

• 두께 38~89mm의 구조재가 넓은재면에 하중을 받는 경우 기준허용휨응력에 표 3.1-15에 규정된 평면사용계수를 적용하여 조정한다.

3.1.4.14 반복부재계수

• 두께 38~89mm의 규격재를 장선, 트러스 현재, 서까래, 스터드, 널판, 갑판 또는 이와 비슷한 부재로 사용하는 경우 기준허용휨응력에 반복부재계수 ＝1.15를 곱하여 조정한다.
• 반복부재는 이들 규격재가 서로 접하거나 간격이 600mm 이하이고, 규격재의 수가 셋 이상이며, 설계하중을 지지하기에 적당한 바닥, 지붕 또는 다른 하중분산요소에 따라 서로 접합되는 부재를 말한다.
• 하중분산요소는 구조적인 취약점이나 규정을 초과하는 처짐을 유발시키지 않고, 인접부재에 설계하중이 전달되도록 설계하거나 경험적으로 성능이 입증된 모든 구조를 의미한다.
• 못접합 또는 제혀쪽매접합과 관통못질한 바닥덮개, 마루판, 벽덮개 또는 기타 마감요소는 일반적으로 이 요건을 만족한다.

3.2 구조용 집성재

3.2.1 종류와 품질

• 구조용 집성재의 종류와 품질은 KS F 3021에 적합하여야 한다.
• 구조용 집성재의 종류는 층재의 구성과 배치에 따라 같은 등급 구성 집성재와 대칭 또는 비대칭 다른 등급 구성 집성재로 구분된다.
• KS F 3021에 규정되지 아니한 집성재에 대하여는 KS 등에 규정된 적절한 시험 및 평가방법에 따라 구조용으로 적합한 것으로 판단되는 경우에 한하여 구조용 집성재로 사용할 수 있다.

3.2.2 허용응력

• 같은 등급 구성 집성재와 대칭 또는 비대칭 다른 등급 구성 집성재의 등급별기준허용응력은 표 3.2-1, 표 3.2-2, 표 3.2-3 및 표 3.2-4와 같다.
• 각 등급별 집성재 층재의 구성방법은 KS F 3021에 따른다.

3.2.3 기준허용응력의 보정

• 구조용 집성재의 기준허용응력에 대한 보정은 3.1.4의 규정과 다음 각 항의 규정에 따른다.

3.2.3.1 부피계수

• 집성재가 층재의 넓은재면에 수직한 하중을 받는 경우, 층재의 넓은재면에 수직한 하중에 대한 기준허용휨응력에 식(3.2-1)의 부피계수를 곱하여 보정한다.
• 부피계수는 보안정계수와 함께 적용하지 아니하고, 이 계수 중에서 작은 값을 적용하여 보정한다.

3.2.3.2 곡률계수

• 휨부재의 굽은 부분에서는 기준허용휨응력에 식(3.2-2)의 곡률계수를 곱하여 보정한다.
• 굽은 부분이 있는 집성재의 경우, 집성재의 직선 부분에서는 기준허용응력에 곡률계수를 적용하지 아니한다.

3.3 구조용 목질판상재

• 구조용 목질판상재로는 일반적으로 구조용 합판과 OSB가 주로 사용된다.

3.3.1 구조용 합판

• 구조용 합판의 치수는 KS F 3113에 따른다.
• 규정되지 아니한 합판의 치수에 대하여는 KS 등에 규정된 방법으로 제조된 경우 구조용 합판으로 사용할 수 있다.

3.3.1.1 기준허용응력

• 구조용 합판의 기준허용응력은 표 3.3-2, 표 3.3-3, 표 3.3-4, 표 3.3-5와 같다.

3.3.1.2 기준허용응력의 보정

• 구조용 합판의 기준허용응력은 하중기간계수와 평형 함수율 조건에 따라 보정한다.
• 구조용 합판의 기준허용응력에 3.1.4.2의 하중기간계수와 12개월 간 평형 함수율이 16% 이상 시 표 3.3-6의 보정계수를 곱하여 조정한다.

3.3.2 구조용 OSB

• 구조용 OSB의 치수는 KS F 2089에 따른다.
• 규정되지 아니한 OSB의 치수에 대하여는 KS 등에 규정된 방법으로 제조된 경우 구조용 OSB로 사용할 수 있다.

3.3.2.1 기준허용응력

• 구조용 OSB의 기준허용응력은 표 3.3-8, 표 3.3-9와 같다.
• KS 등에 정해진 시험 및 평가방법에 따라 구조용으로 타당한 것으로 확인된 제품도 구조용 OSB로 사용할 수 있다.

3.3.2.2 기준허용응력의 보정

• 구조용 OSB의 기준허용응력은 하중기간계수와 함수율에 따라 보정한다.
• 구조용 OSB의 기준허용응력에 3.1.4.2의 하중기간계수와 12개월 간 평형 함수율이 16% 이상 시 표 3.3-6의 보정계수를 곱하여 보정한다.

3.4 구조용 강재

3.4.1 종류와 품질

• 구조용 강재의 종류와 품질은 KDS 41 30 10에 따른다.

3.4.2 허용응력

• 구조용 강재의 허용응력은 KDS 41 30 10에 따른다.

3.4.3 파스너

• 파스너의 품질과 치수, 허용응력은 KDS 41 50 30에 따른다.

3.5 기타 재료

• 조립부재, I형 장선, 단판적층재 및 PSL, 구조용 직교 집성판(CLT) 등은 KS 규격의 품질기준과 동등 이상으로 신뢰성 있게 제조하여 구조용으로 인정되는 재료에 한하여 사용한다.

4. 설계

• 목구조 설계는 KDS 41 50 15, KDS 41 50 20, KDS 41 50 30, KDS 41 50 40, KDS 41 50 50, KDS 41 50 60, KDS 41 50 70, KDS 41 50 80에 따른다.

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