최근 들어 한옥에 대한 수요과 공급이 계속해서 늘고 있다. 이러한 한옥이 가지고 있는 가장 심각한 문제는 과도한 지붕구조의 무게와 이로 인해 늘어날 수밖에 없는 구조부재의 대형화이다. 따라서 겉으로는 대단면 목재 부재이면서 다량의 목질부를 제거하여 무게의 경량화를 이루고 감소하는 강도적 성질은 부재의 하이브리드화를 통해 보충할 수 있는 실대재 대단면 스킨팀버를 제작하였다. 소나무와 낙엽송 두 수종을 사용하여 실대재 스킨팀버를 제작하였다. 두 수종에 대해 정각형 스킨팀버와 원통형 스킨팀버 각각을 제작하여 휨성능을 평가하였다. 가공기계의 정밀도 부족으로 인해 부재에 과도한 손상이 발생하여 의도한 정도의 강도적 성질을 얻지 못하였다. 하지만 가공기계의 정밀도 향상을 도모하고 추가적인 하이브리드 구조체 제작을 첨가한다면 경량의 대단면 구조부재의 생산이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 실제 제작한 낙엽송과 소나무 실대재 스킨팀버에서는 수종간의 휨성능 차이는 나타나지 않아 적절히 혼용 가능한 것으로 나타났다. 낙엽송의 MOR 기준에서만 정각형과 원통형간에 성능 차이가 인정되어 구분하여 사용해야 할 필요가 있고 나머지에 있어서는 차이가 인정되지 않아 혼용이 가능하다고 판단되었다. 본 연구의 목적이 어느 정도의 강도를 지닌 경량의 대단면 구조재 개발에 있으므로 목질계 우드세라믹이나 경량철골 등을 이용한 하이브리드 구조체를 개발한다면 한옥이나 실내인테리어재료 그리고 기둥-보 공법의 재료 등으로 활용 가능할 것이다.
최근 들어 한옥에 대한 수요과 공급이 계속해서 늘고 있다. 이러한 한옥이 가지고 있는 가장 심각한 문제는 과도한 지붕구조의 무게와 이로 인해 늘어날 수밖에 없는 구조부재의 대형화이다. 따라서 겉으로는 대단면 목재 부재이면서 다량의 목질부를 제거하여 무게의 경량화를 이루고 감소하는 강도적 성질은 부재의 하이브리드화를 통해 보충할 수 있는 실대재 대단면 스킨팀버를 제작하였다. 소나무와 낙엽송 두 수종을 사용하여 실대재 스킨팀버를 제작하였다. 두 수종에 대해 정각형 스킨팀버와 원통형 스킨팀버 각각을 제작하여 휨성능을 평가하였다. 가공기계의 정밀도 부족으로 인해 부재에 과도한 손상이 발생하여 의도한 정도의 강도적 성질을 얻지 못하였다. 하지만 가공기계의 정밀도 향상을 도모하고 추가적인 하이브리드 구조체 제작을 첨가한다면 경량의 대단면 구조부재의 생산이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 실제 제작한 낙엽송과 소나무 실대재 스킨팀버에서는 수종간의 휨성능 차이는 나타나지 않아 적절히 혼용 가능한 것으로 나타났다. 낙엽송의 MOR 기준에서만 정각형과 원통형간에 성능 차이가 인정되어 구분하여 사용해야 할 필요가 있고 나머지에 있어서는 차이가 인정되지 않아 혼용이 가능하다고 판단되었다. 본 연구의 목적이 어느 정도의 강도를 지닌 경량의 대단면 구조재 개발에 있으므로 목질계 우드세라믹이나 경량철골 등을 이용한 하이브리드 구조체를 개발한다면 한옥이나 실내인테리어재료 그리고 기둥-보 공법의 재료 등으로 활용 가능할 것이다.
Recently, the demand and supply on the Hanok have been increased. However, Hanok should be requested larger section of structural members because of excessive roof weight. So, structural skin-timber was manufactured to get a lightweight structural member. The structural skin-timber has exterior shap...
Recently, the demand and supply on the Hanok have been increased. However, Hanok should be requested larger section of structural members because of excessive roof weight. So, structural skin-timber was manufactured to get a lightweight structural member. The structural skin-timber has exterior shape with larger section but a great volume of wood be removed. The reduced strength of structural skin-timber can be supplemented by hybridizaion of structural member. Japanese larch and Domestic pine were used to manufacture the structural skin-timber. Structural skin-timbers of rectangular shape and cylinder shape were manufactured and tested to evaluate the bending properties. The intended strength property could not be obtained because member had been suffered severe damage by precision deficiency of manufacturing machine. However, if precision of manufacturing machine would be improved and additional hybridizaion of structural skin-timber would be done, lightweight structural member will be able to be manufactured. Structural skin-timber did not showed statistical significancy between two species, so it is possible to use pine mixed with larch. Only MOR of larch showed statistical significancy between rectangular shape and cylinder shape, so it is necessary to use of those as separate things. However, the rest of skin-timber can be judged mixed using because of non statistical significancy. The objective of this study was the development of lightweight larger structural member with relatively strength. If hybrid member of skin-timber could be developed with wood-ceramics, lightweight steel and more, it can be possible to be used as a building material of Hanok, interior material, post & beam construction material and more.
Recently, the demand and supply on the Hanok have been increased. However, Hanok should be requested larger section of structural members because of excessive roof weight. So, structural skin-timber was manufactured to get a lightweight structural member. The structural skin-timber has exterior shape with larger section but a great volume of wood be removed. The reduced strength of structural skin-timber can be supplemented by hybridizaion of structural member. Japanese larch and Domestic pine were used to manufacture the structural skin-timber. Structural skin-timbers of rectangular shape and cylinder shape were manufactured and tested to evaluate the bending properties. The intended strength property could not be obtained because member had been suffered severe damage by precision deficiency of manufacturing machine. However, if precision of manufacturing machine would be improved and additional hybridizaion of structural skin-timber would be done, lightweight structural member will be able to be manufactured. Structural skin-timber did not showed statistical significancy between two species, so it is possible to use pine mixed with larch. Only MOR of larch showed statistical significancy between rectangular shape and cylinder shape, so it is necessary to use of those as separate things. However, the rest of skin-timber can be judged mixed using because of non statistical significancy. The objective of this study was the development of lightweight larger structural member with relatively strength. If hybrid member of skin-timber could be developed with wood-ceramics, lightweight steel and more, it can be possible to be used as a building material of Hanok, interior material, post & beam construction material and more.
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문제 정의
여기서는 정각형 실대재 스킨팀버와 원통형간의 휨성능이 통계적으로 차이를 보이는지를 살펴보고자 하였다.
하지만 오랜 기간 한옥의 구조부재는 300 mm 이상의 대단면 부재이어야 제대로 된 재료로 인식되어 왔고 더불어 목재부재는 철물에 비해 약할 것이라는 막연한 선입견이 팽배해 있는 현시점에서 한옥부재의 대단면화는 여전히 지속될 것이다. 이러한 이유에서 겉으로는 대단면 목재부재이면서 다량의 목질부를 제거하여 무게의 경량화를 이루고 감소하는 강도적 성질은 부재의 하이브리드화를 통해 보충할 수 있는 실대재 대단면 스킨팀버를 제작하여 휨 성질을 평가하고자 하였다[1-9,13-15].
제안 방법
국내의 한옥시공에 많이 사용되고 있는 구조용 침엽수재인 소나무와 낙엽송 두 수종을 사용하여 신한옥이나 기둥-보 공법 혹은 중목구조 공법에 활용 가능하도록 최대직경 300 mm에 길이 2,400 mm의 치수를 가지는 목재를 가공하여 스킨팀버를 제작하였다.
다음으로 낙엽송 실대재 스킨팀버의 MOE를 기준으로 통계적 유의성을 분석하였다. MOE의 경우 유의확률값이 0.
한옥과 기둥-보 공법의 목구조물의 수요 증가에 따라 경량의 대단면 구조부재에 대한 필요성이 증대되어 낙엽송과 소나무 두 수종을 사용하여 길이 2,400 mm, 최대 단면 300 mm의 대단면 실대재 스킨팀버를 제작하였다. 두 수종에 대해 정각형 스킨팀버와 원통형 스킨팀버 각각을 제작하여 휨성능을 평가하였다.
하지만 소나무 스킨팀버의 경우 시편수가 적은 관계로 통계적 의미부여가 약할 수 있다. 따라서, 정각형과 원통형을 합쳐서 수종간의 성능 차이에 대한 유의성 검정을 실시하였다. 두 수종간의 MOR에 대한 상황 분석을 위해 먼저 F-검정을 실시하였다.
한옥과 기둥-보 공법의 목구조물의 수요 증가에 따라 경량의 대단면 구조부재에 대한 필요성이 증대되어 낙엽송과 소나무 두 수종을 사용하여 길이 2,400 mm, 최대 단면 300 mm의 대단면 실대재 스킨팀버를 제작하였다. 두 수종에 대해 정각형 스킨팀버와 원통형 스킨팀버 각각을 제작하여 휨성능을 평가하였다.
천공할 수 있는 지름은 최대 290 mm까지이며 가공 가능한 길이는 한쪽 방향으로 1,200 mm이다. 한쪽 방향으로 1,200 mm 길이까지 가공하고 시편을 뒤집어서 가공하여 최종 2,400 mm까지의 길이를 가공 할 수 있도록 개발하였다.
대상 데이터
정각형 스킨킴버와 원통형 스킨팀버를 각각 소나무와 낙엽송에 대해 최대 외곽치수 300 mm (정각형의 경우 한축이 300 mm, 원통형의 경우 직경이 300 mm), 길이 2,400 mm로 제재하여 본 연구에서 개발한 스킨팀버 가공기계를 활용해서 최대직경 272 mm (248∼272 mm)으로 천공하였다.
하중 부하 속도는 15 mm/min이었다. 휨 강도 시험은 최대 부하 가능 하중 10톤인 만능강도 시험기를 사용하였다.
정각형과 원통형 스킨팀버 각각의 치수는 다음의 Table 1과 같다. 휨강도 실험의 스팬은 원통형 스킨팀버의 양끝단 고정에 어려움이 있어 정각형과 원통형 모두 2,000 mm로 하였다. 시편번호 1번부터 9번까지는 정각형 스킨팀버이며 10번부터는 원통형 스킨팀버이다.
데이터처리
MOE를 기준으로 두 수종간의 성능 분석을 위해 F-검정을 실시하였다.
다음으로 낙엽송 실대재 스킨팀버의 MOE를 기준으로 통계적 유의성을 분석하였다. MOE의 경우 유의확률값이 0.17로 0.05보다 높게 나타나므로 등분산가정 t-검정을 실시하였다(부록참조). MOR과 달리 MOE의 경우에는 유의확률값이 0.
따라서, 정각형과 원통형을 합쳐서 수종간의 성능 차이에 대한 유의성 검정을 실시하였다. 두 수종간의 MOR에 대한 상황 분석을 위해 먼저 F-검정을 실시하였다.
사용한 프로그램은 MS사의 Excel 패키지이다. 두 집단의 성질을 파악하기 위하여 먼저 F-검정을 실시하였다. MOR의 경우 유의 확률값이 0.
먼저 낙엽송 실대재 스킨팀버의 MOR을 기준으로 통계 분석을 실시하였다. 사용한 프로그램은 MS사의 Excel 패키지이다.
시편의 개수가 부족하여 통계 처리의 의미가 미미하지만 경향을 분석해보기 위해 통계 처리를 실시 하였다. 소나무 실대재 스킨팀버의 MOR의 경우 유의확률값이 0.15로서 0.05보다 높게 나타나므로 등분산가정 t-검정을 실시하였다(부록참조). 유의확률값이 0.
시편의 개수가 부족하여 통계 처리의 의미가 미미하지만 경향을 분석해보기 위해 통계 처리를 실시 하였다. 소나무 실대재 스킨팀버의 MOR의 경우 유의확률값이 0.
소나무 스킨팀버의 MOE의 경우 역시 통계적 유의성을 검정하였다. 유의확률값이 0.10으로 0.05보다 높게 나타나므로(부록참조) 등분산가정 t-검정을 실시하였다. 소나무 스킨팀버의 MOE의 경우 유의확률값이 0.
이론/모형
휨강도는 ASTM D198-05a (Standard Test Methods of Static Tests of Lumber in Structural Sizes)에 따라 측정하였다[11]. 하중 부하 속도는 15 mm/min이었다.
성능/효과
본 연구에서 실제 제작한 낙엽송과 소나무 실대재 스킨팀버에서는 수종간의 휨성능 차이는 나타나지 않아서 수종별 가격 등의 참고요인을 기준으로 적절히 혼용 가능한 것으로 나타났다. 각 수종내에서는 낙엽송의 MOR 기준에서만 정각형과 원통형간에 성능 차이가 인정되어 구분하여 사용해야 할 필요가 있고 낙엽송의 MOE 기준 그리고 소나무의 경우 MOR, MOE 모두 정각형과 원통형간에 휨성능 차이가 인정되지 않아 혼용이 가능하다고 판단되었다.
본 연구에서 실제 제작한 낙엽송과 소나무 실대재 스킨팀버에서는 수종간의 휨성능 차이는 나타나지 않아서 수종별 가격 등의 참고요인을 기준으로 적절히 혼용 가능한 것으로 나타났다. 각 수종내에서는 낙엽송의 MOR 기준에서만 정각형과 원통형간에 성능 차이가 인정되어 구분하여 사용해야 할 필요가 있고 낙엽송의 MOE 기준 그리고 소나무의 경우 MOR, MOE 모두 정각형과 원통형간에 휨성능 차이가 인정되지 않아 혼용이 가능하다고 판단되었다.
후속연구
본 연구에서 개발한 실대재 스킨팀버의 휨성능을 계산하기 위해서는 기존의 소재에 적용하던 파괴계수와 탄성계수의 공식을 직접적으로 활용할 수 없다. 따라서 새로운 유도과정을 거쳐서 본 연구에서 개발된 재료의 형상에 맞게 공식을 수정할 필요가 있었다.
본 연구에서 개발한 실대재 스킨팀버의 휨성능을 계산하기 위해서는 기존의 소재에 적용하던 파괴계수와 탄성계수의 공식을 직접적으로 활용할 수 없다. 따라서 새로운 유도과정을 거쳐서 본 연구에서 개발된 재료의 형상에 맞게 공식을 수정할 필요가 있었다.
본 연구에서 실대재 스킨팀버의 개발 목적이 경량의 대단면 구조재 개발에 있으므로 가벼우면서도 어느정도의 강도를 지닌 목질계 우드세라믹이나 경량 철골을 이용한 하이브리드 구조체를 개발한다면 한옥이나 실내인테리어재료 그리고 기둥-보 공법의 대단면이 필요한 건축물의 재료로 활용 가능할 것이다.
천공과정에서 기계의 정밀도 부족으로 인해 부재에 과도한 손상이 발생하여 의도한 정도의 강도적 성질을 얻지 못하였다. 하지만 가공기계의 정밀도 향상을 도모하고 추가적인 하이브리드 구조체 제작을 첨가한다면 경량의 대단면 구조부재의 생산이 가능할 것으로 판단된다.
실대재 스킨팀버가 소재에 비해 현저히 떨어지는 휨성능을 나타냄은 앞부분에 언급하였다. 하지만 하이브리드 구조체를 제작했을 경우에는 다른 경향을 나타낼 수 있으며 이는 추후의 연구로 진행할 예정이다. 여기서는 정각형 실대재 스킨팀버와 원통형간의 휨성능이 통계적으로 차이를 보이는지를 살펴보고자 하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한옥부재의 대단면화가 지속될 수 밖에 없는 한옥부재에 대한 잘못된 인식은 무엇인가?
일본이나 동남아시아 그리고 유럽 등의 기둥-보 공법구조에 비해 한옥의 과설계(over-design)가 자주 지적받고 있는 이유이기도 하다. 하지만 오랜 기간 한옥의 구조부재는 300 mm 이상의 대단면 부재이어야 제대로 된 재료로 인식되어 왔고 더불어 목재부재는 철물에 비해 약할 것이라는 막연한 선입견이 팽배해 있는 현시점에서 한옥부재의 대단면화는 여전히 지속될 것이다. 이러한 이유에서 겉으로는 대단면 목재부재이면서 다량의 목질부를 제거하여 무게의 경량화를 이루고 감소하는 강도적 성질은 부재의 하이브리드화를 통해 보충할 수 있는 실대재 대단면 스킨팀버를 제작하여 휨 성질을 평가하고자 하였다[1-9,13-15].
과설계 관련 한옥이 가지고 있는 가장 심각한 문제는 무엇인가?
특히 현정부에서 다양한 한옥 진흥책을 제시하고 있어 당분간 한옥에 대한 수요과 공급은 계속해서 늘어날 전망이다. 이러한 한옥이 가지고 있는 가장 심각한 문제는 과도한 지붕구조의 무게와 이로 인해 늘어날 수밖에 없는 구조부재의 대형화이다. 일본이나 동남아시아 그리고 유럽 등의 기둥-보 공법구조에 비해 한옥의 과설계(over-design)가 자주 지적받고 있는 이유이기도 하다.
한옥부재의 대단면화를 극복하기 위해 본 연구에서 제작한 것은 무엇인가?
하지만 오랜 기간 한옥의 구조부재는 300 mm 이상의 대단면 부재이어야 제대로 된 재료로 인식되어 왔고 더불어 목재부재는 철물에 비해 약할 것이라는 막연한 선입견이 팽배해 있는 현시점에서 한옥부재의 대단면화는 여전히 지속될 것이다. 이러한 이유에서 겉으로는 대단면 목재부재이면서 다량의 목질부를 제거하여 무게의 경량화를 이루고 감소하는 강도적 성질은 부재의 하이브리드화를 통해 보충할 수 있는 실대재 대단면 스킨팀버를 제작하여 휨 성질을 평가하고자 하였다[1-9,13-15].
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김광철, 정인수. 2009. Study on the dowel bearing strength for the development of skin-timber. 한국목재공학회 학술발표 요지집 149-150.
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Kim, G.-C, C.-W. Kang, and J. Matsumura. 2010. A Regression Analysis For Estimating The Strength Of Skin Timber Using The Density And Boring Diameter. Journal of the Faculty of Agriculture Kyushu University 55(2): 297-306.
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