공동주택의 구조형식이 점차 기둥식 구조로 바뀌면서 비내력 경량벽체의 수요가 증가하고 있다. 경량벽체는 구조적 안전을 위해 소정의 내력을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 경량벽체의 정적 수평하중저항성 및 내충격성 시험방법의 기초자료로서 활용하기 위해 인간이 벽체에 가하는 힘을 실험적으로 파악하였다. 정적하중을 가하는 동작으로는 양손 밀기, 어깨 밀기, 등 기대기, 한 손 기대기의 4종류를 설정하였다. 동적하중을 가하는 동작으로는 발뒤꿈치차기, 어깨 부딪치기, 주먹치기의 3종류를 설정하였다. 하중해석 장치의 하중판 강성은 20kN/cm, 4.7kN/cm, 2.2kN/cm의 3종류로 설정하였다. 정적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)는 양손 밀기의 경우 1.17~1.25, 어깨 밀기의 경우 0.95~0.99, 등 기대기의 경우 0.16~0.18, 한 손 기대기의 경우 0.12~0.15인 것을 알 수 있었다. 또한 동적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)의 상한 값은 발차기의 경우 약 10.07, 어깨 부딪치기의 경우 4.46, 주먹치기의 경우 약 5.58인 것을 알 수 있었다.
공동주택의 구조형식이 점차 기둥식 구조로 바뀌면서 비내력 경량벽체의 수요가 증가하고 있다. 경량벽체는 구조적 안전을 위해 소정의 내력을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 경량벽체의 정적 수평하중저항성 및 내충격성 시험방법의 기초자료로서 활용하기 위해 인간이 벽체에 가하는 힘을 실험적으로 파악하였다. 정적하중을 가하는 동작으로는 양손 밀기, 어깨 밀기, 등 기대기, 한 손 기대기의 4종류를 설정하였다. 동적하중을 가하는 동작으로는 발뒤꿈치차기, 어깨 부딪치기, 주먹치기의 3종류를 설정하였다. 하중해석 장치의 하중판 강성은 20kN/cm, 4.7kN/cm, 2.2kN/cm의 3종류로 설정하였다. 정적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)는 양손 밀기의 경우 1.17~1.25, 어깨 밀기의 경우 0.95~0.99, 등 기대기의 경우 0.16~0.18, 한 손 기대기의 경우 0.12~0.15인 것을 알 수 있었다. 또한 동적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)의 상한 값은 발차기의 경우 약 10.07, 어깨 부딪치기의 경우 4.46, 주먹치기의 경우 약 5.58인 것을 알 수 있었다.
The purpose of this research is to comprehend experimentally the characteristics of human strength for using as the basic data of impact resistance test method of lightweight wall. Human motions exerting static load are classified to 4 types. Pushes with two hands or shoulder are defined as the inst...
The purpose of this research is to comprehend experimentally the characteristics of human strength for using as the basic data of impact resistance test method of lightweight wall. Human motions exerting static load are classified to 4 types. Pushes with two hands or shoulder are defined as the instantaneously forcing motions with hands or shoulder put on the force plate. Leanings back or one-hand against the wall are defined as motions of taking a rest in their respective comfortable posture. Human motions exerting dynamic load are classified to 3 types. Selecting 3 levels of motion strength (weak, middle, strong), 3 levels of force plate stiffness (A: 20kN/cm, B: 4.7kN/cm, C: 2.2kN/cm), and 30 male subjects, load was measured when they applied strength to the force plate. Results of this research are as follows: (1) The maximum load ratio (Pmax/W) of static load for each motion was 1.17-1.25 in two hands pushing, 0.95-0.99 in shoulder pushing, 0.16-0.18 in back leaning, and 0.12-0.15 in one hand leaning. (2) Human dynamic load and object collision were different in the load characteristics. (3) The maximum load ratio of dynamic load for each motion was 10.07 in heel kick, 4.46 in shoulder hitting, and 5.58 in fist blow.
The purpose of this research is to comprehend experimentally the characteristics of human strength for using as the basic data of impact resistance test method of lightweight wall. Human motions exerting static load are classified to 4 types. Pushes with two hands or shoulder are defined as the instantaneously forcing motions with hands or shoulder put on the force plate. Leanings back or one-hand against the wall are defined as motions of taking a rest in their respective comfortable posture. Human motions exerting dynamic load are classified to 3 types. Selecting 3 levels of motion strength (weak, middle, strong), 3 levels of force plate stiffness (A: 20kN/cm, B: 4.7kN/cm, C: 2.2kN/cm), and 30 male subjects, load was measured when they applied strength to the force plate. Results of this research are as follows: (1) The maximum load ratio (Pmax/W) of static load for each motion was 1.17-1.25 in two hands pushing, 0.95-0.99 in shoulder pushing, 0.16-0.18 in back leaning, and 0.12-0.15 in one hand leaning. (2) Human dynamic load and object collision were different in the load characteristics. (3) The maximum load ratio of dynamic load for each motion was 10.07 in heel kick, 4.46 in shoulder hitting, and 5.58 in fist blow.
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문제 정의
본 연구에서는 경량벽체에 작용하는 각종 외력(정적하중, 동적하중) 가운데 아직 작용인자로서의 규명이 명확하게 이루어지지 않고 있는 인간에 의한 하중(힘)의 특성을 실험적으로 파악하여 향후 타당성 있는 내충격성 시험방법을 확립하기 위한 기초적 자료로서 제시하고자 한다.
경량벽체는 구조적 안전을 위해 소정의 내력을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 경량벽체의 정적 수평하중저항성 및 내충격성 시험방법의 기초자료로서 활용하기 위해 인간이 벽체에 가하는 힘을 실험적으로 파악하였다. 정적하중을 가하는 동작으로는 양손 밀기, 어깨 밀기, 등 기대기, 한 손 기대기의 4종류를 설정하였다.
이에 본 연구에서는 검사원의 개인차(체중 차이)를 소거해서 보다 표준화된 상태로 하중 특성을 파악하기 위하여 최대하중의 체중비(Pmax/W, W: 체중, 이후 “최대하중비”라고 함)를 인간이 가하는 정적하중의 특성을 나타내는 물리량으로 설정하였다.
제안 방법
1) 하중판의 강성을 조절할 수 있는 하중해석장치를 설계 및 제작한다. 하중판의 강성은 하중판 하부에 위치하는 보의 스팬으로 조절한다.
동작을 가하는 횟수는 1인당 동작별로 3회로 하였으며, 한 가지 동작을 종료하면 약 1시간 정도 휴식을 취하도록 하여 검사원이 피로하거나 권태감을 느끼지 않도록 하였다.
정적하중을 가하는 동작으로는 양손 밀기, 어깨 밀기, 등 기대기, 한 손 기대기의 4종류를 설정하였다. 동적하중을 가하는 동작으로는 발뒤꿈치차기, 어깨 부딪치기, 주먹치기의 3종류를 설정하였다. 하중해석장치의 하중판 강성은 20kN/cm, 4.
최대하중비는 하중판의 강성에 크게 영향을 받지 않고 거의 일정한 범위 내에서 분포하고 있다. 따라서 실제 건축물에 설치된 경량벽체의 경우 강성을 파악하기 쉽지 않다는 점 등도 감안하여, 최대하중비는 3종류의 하중판 강성에 대한 실험결과를 합쳐서 해석하였다.
벽체에 동적하중을 가하기 위한 동작의 종류는 일상생활에서의 발생빈도나 하중 크기 등을 감안하여 Figure 3에 나타내는 발차기(구둣발 뒤꿈치 차기), 어깨 부딪치기, 주먹치기의 3가지 동작으로 설정하였다. 또한 동적하중의 특성을 체계적(systematic)으로 파악하기 위해서 검사원들에게 동작의 세기를 감각적으로 약, 중, 강의 3단계로 나누어 각 단계별로 3회씩 가격하도록 하였다. 전 회 가격으로 인한 통증이 충분히 가시도록 매회 가격한 후에는 약 5분간의 휴식을 취할 수 있도록 하였다.
모든 동작에서 최대하중은 시간에 대해서 거의 직선적으로 증가한다는 점으로부터, 하중해석 실험에서 얻은 최대하중의 동적 특성을 최대하중과 하중속도(하중의 시간구배)의 관계로부터 파악하기로 하였다. 최대하중비(Pmax/W)와 최대하중비속도{(Pmax/W)/t0}의 관계를 Figure 11에 나타낸다.
장착물의 경우는 검사원의 부상을 방지하기 위해, 발차기는 안전화를 착용한 상태에서, 주먹치기는 손에 붕대를 감은 후 백글러브를 착용한 상태에서 가격하도록 하였다. 복장은 별도로 지정하지 않았으며 검사원 각자가 동작 수행에 가장 편한 복장을 착용하도록 권장하였다.
본 연구에서는 경량벽체의 정적 수평하중저항성 및 내충격성 시험방법의 기초자료로서 활용하기 위해 인간이 벽체에 가하는 힘을 실험적으로 파악하였다. 정적하중을 가하는 동작으로는 양손 밀기, 어깨 밀기, 등 기대기, 한 손 기대기의 4종류를 설정하였다. 동적하중을 가하는 동작으로는 발뒤꿈치차기, 어깨 부딪치기, 주먹치기의 3종류를 설정하였다.
최대하중(Pmax)은 검사원의 개인차(체중 차이)를 소거하여 고찰하기 위해 최대하중비(Pmax/W)로서 파악하였다. 인간이 가하는 동적하중은 최대하중 발생 이후에도 계속 하중이 가해지는 경향이 있기 때문에, 작용시간(t0)은 정적하중의 경우와 마찬가지로 하중이 시작된 후부터 최대에 이르기까지의 시간으로 구하였다.
하중판은 두께 42mm(합판 12mm×4매)로 하여 힘이 가해졌을 때 변형이 생기지 않도록 하였다. 하중판에 가해지는 하중은 4개의 로드셀(정격용량 5kN), 데이터 로거(EDS-400A), 하중해석 프로그램(DAS-100A) 등을 이용하여 측정하였다.
인간이 벽체에 가하는 힘을 측정하기 위하여 Figure 1과 같이 하중판, 로드셀, 보, 지지핀 등으로 구성된 하중해석장치를 설계 및 제작하였다. 하중판의 강성은 보의 스팬(지지핀 간격)을 조절하여 3단계(A: 20kN/cm, B: 4.7kN/cm, C: 2.2kN/cm)로 구현함으로써, 실제 경량벽체의 강성 차이에 따른 하중 특성의 변화도 파악할 수 있도록 하였다. 하중판은 두께 42mm(합판 12mm×4매)로 하여 힘이 가해졌을 때 변형이 생기지 않도록 하였다.
대상 데이터
동적하중 해석 실험의 검사원으로는 체격(체중, 신장)에 차이가 있는 건장한 20대 성인 남성 30명을 선정하였다. 검사원의 현황을 Table 2에 나타낸다.
인간이 벽체에 가하는 힘을 측정하기 위하여 Figure 1과 같이 하중판, 로드셀, 보, 지지핀 등으로 구성된 하중해석장치를 설계 및 제작하였다. 하중판의 강성은 보의 스팬(지지핀 간격)을 조절하여 3단계(A: 20kN/cm, B: 4.
정적하중 해석 실험의 검사원으로는 주로 체격(체중, 신장)에 차이가 있는 건장한 20대 성인 남성 50명을 선정하였다. 검사원의 현황을 Table 1에 나타낸다.
성능/효과
1) 20대 성인 남성 50명을 대상으로 4종류의 동작에 의한 정적 수평하중의 크기를 측정한 결과, 벽체에 가해지는 동작별 최대하중(Pmax)의 크기는 양손 밀기의 경우 체중의 약 1.21배, 어깨 밀기의 경우 체중의 약 0.97배,등 기대기의 경우 체중의 약 0.17배, 한 손 기대기의경우 체중의 0.14배 정도인 것으로 나타났다.
2) 20대 성인 남성 30명을 대상으로 발차기, 어깨 부딪치기, 주먹치기 동작에 의한 동적 수평하중의 크기를 측정한 결과, 벽체에 가해지는 동작별 최대하중(Pmax)의 크기는 발차기의 경우 체중의 약 10.07배, 어깨 부딪치기의 경우 체중의 약 4.46배, 주먹치기의 경우 체중의 약 5.58배 정도인 것으로 나타났다.
2) 하중해석 실험의 검사원은 신체조건 특히 체중에 차이가 있는 충분한 수의 건장한 성인 남성으로 한다.
3) 정적하중을 가하는 동작의 종류는 손바닥, 어깨 등의 신체 일부를 접한 상태에서 하중판(벽면)에 수직방향으로 힘을 가하는 대표적인 동작으로 한다.
4) 동적하중을 가하는 동작의 종류는 발뒤꿈치 차기, 주먹치기 등과 같이 신체 일부로 하중판에 수평방향으로가격하는 대표적인 동작으로 한다.
동작별 최대하중비는 양손 밀기의 경우 1.21(±0.18), 어깨 밀기의 경우는 0.97(±0.22), 등 기대기의 경우 0.17(±0.05), 한 손 기대기의 경우 0.14(±0.04)인 것으로 나타났다.
15인 것을 알 수 있었다. 또한 동적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)의 상한 값은 발차기의 경우 약 10.07, 어깨 부딪치기의 경우 4.46, 주먹치기의 경우 약 5.58인 것을 알 수 있었다.
동적하중 해석 실험에서 얻을 수 있는 동작별 하중·시간곡선의 예를 Figure 8에 나타낸다. 모든 동작에서 하중의 피크(peak)가 명확히 나타나며 하중이 최대가 될 때까지 거의 직선적으로 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 작용시간의 경우는 동작의 종류나 세기, 그리고 같은 동작에서 검사원 개인에 따른 차이는 있지만 하중판의 강성에는 거의 영향을 받지 않았다.
각 동작의 데이터 수는 450개(50인×강성3종류×3회)이다. 모든 동작에서 하중판의 강성에 관계없이 양자 간에는 거의 직선적인 비례관계를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 검사원의 개인차(체중 차이)를 소거해서 보다 표준화된 상태로 하중 특성을 파악하기 위하여 최대하중의 체중비(Pmax/W, W: 체중, 이후 “최대하중비”라고 함)를 인간이 가하는 정적하중의 특성을 나타내는 물리량으로 설정하였다.
07인 것으로 나타났다. 어깨 부딪치기의 경우는 최대하중비와 최대하중비속도가 모두 작으며, 최대하중비는 최대 4.46인 것으로 나타났다. 주먹치기의 경우는 최대하중비는 작지만 최대하중비속도가 크고, 최대하중비는 최대 5.
모든 동작에서 하중판의 강성 A일 때 최대하중이 약간 높게 나타났지만 강성 B와 강성 C의 경우는 서로 큰 차이를 보이지 않았다. 작용시간(t0, 하중이 시작된 후부터 최대에 이르기까지의 시간)은 하중판의 강성이 작을수록 증가하는 경향을 보였다. 작용시간의 크기(평균)는 양손 밀기의 경우 124.
정적하중 해석결과로부터, 동작별 최대하중비(Pmax/W)는 양손 밀기의 경우 1.17∼1.25, 어깨 밀기의 경우 0.95∼0.99, 등 기대기의 경우 0.16∼ 0.18, 한 손 기대기의 경우 0.12∼0.15인 것을 알 수 있었다.
46인 것으로 나타났다. 주먹치기의 경우는 최대하중비는 작지만 최대하중비속도가 크고, 최대하중비는 최대 5.58인 것으로 나타났다. 이를 토대로 건축재료설계단계에서 요구조건에 부합하는 경량벽체를 선정할 때 기초자료로서, 각 동작시 벽체에 작용하는 동적하중의 체중별 최대하중(Pmax) 환산 값을 Table 5에 나타낸다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비내력 경량벽체의 수요가 증가하는 이유는?
공동주택의 구조형식이 점차 기둥식 구조로 바뀌면서 비내력 경량벽체의 수요가 증가하고 있다. 경량벽체는 구조적 안전을 위해 소정의 내력을 확보할 필요가 있다.
동적하중의 예시는 무엇인가?
벽면에 수직방향으로 작용하는 힘은 주로 작용시간의 차이에 따라, “① 인간이 벽에 신체를 접한 상태에서 지속적으로 가하는 힘, ② 인간이 벽에 신체를 접한 상태에서 순간적으로 힘껏 밀 때의 최대 힘, ③ 인간이 벽에 어떤 속도로 가력할 경우에 생기는 충격적인 힘, ④ 물체가 벽에 어떤 속도로 충돌할 경우에 생기는 충격력, ⑤ 물체가 벽에 접한 상태에서 지속적으로 가하는 힘”로 구분할 수 있다. 이 중에서 ①, ②, ⑤의 경우는 정적하중, ③, ④의 경우는 동적하중으로 정의할 수 있다.
경량벽체는 소정의 내력을 확보할 필요가 있는 이유는?
공동주택의 구조형식이 점차 기둥식 구조로 바뀌면서 비내력 경량벽체의 수요가 증가하고 있다. 경량벽체는 구조적 안전을 위해 소정의 내력을 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 경량벽체의 정적 수평하중저항성 및 내충격성 시험방법의 기초자료로서 활용하기 위해 인간이 벽체에 가하는 힘을 실험적으로 파악하였다.
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