2층 바닥장선
1층벽체 공사 마무리후 1층건물의 경우는 바로 지붕공사로 들어가겠지만 2층 이상의 건물이라면 일단 2층 벽체공사를 마무리해야 한다.
벽체공사전 먼저 2층이 되는 부분의 바닥을 깔아야 하는데 이렇게 2층바닥에 까는 구조용 목재를 2층바닥 장선 (조이스트)라고 한다.
구조용목재 2‘*10’, 2‘*12’ 또는 공학목재 I-joist등을 주로쓴다
2층 한계에 따라 다르겠지만 1층 벽체위에 걸쳐대고 외벽부위는 벽체외벽과 맞춰대준다.
이렇게 장선을 깐 다음 그 위에 구조용 판재인 OSB합판을 까는데 11.1mm 2장을 맞물려 깔든가 쪽매 처리된 18mm OSB합판 (TNG합판이라고도함)을 까는 것이 보통이다.
주의할 것은 장선과 구조용 판재를 붙일 때 충격완화(소음,삐걱댐..)를 위하여 실리콘처리,본드처리 또는 기성 충격완화재를 사이에 대고 접합하여야 한다.
1. 장선의 치수결정
장선하부 내력벽간의 거리(지간거리)에 의하여 구조재의 치수가 결정됨
장선재의 간격은 16인치(대략40cm)이하로 하는 것이 좋다 이보다 간격이 넓게 되면 울림등의 현상이 발생할수 있고 구조적으로도 무리가 온다.
☞ 지간의 경우 전 바닥면에 걸쳐 가장 긴 지간을 기준으로 삼는다.
그림예와 같은 경우에는 장선이 걸쳐지는 방향(장선직각방향)으로 가장긴 4m가 기준이된다.
2. 바닥 장선의 구조계산의 예
( 2'*12' 구조용목재 간격0.4m, 18mmOSB합판으로 할때의 예)
① 지간거리는 4m로 한다.
② 2층바닥의 전체하중= 고정하중 + 적재하중: m2당 하중을 구한다.
고정하중1. (장선및구조용합판):건조목비중0.5기준 m2당 1m짜리2.5개
---(1m * 0.038 * 0.285 *2.5개 +1 * 0.018) * 0.5 =22kg/m²
고정하중2. (2층바닥 보일러 몰탈5cm기준)
--- (1*1*0.05*2.3)= 115kg/1m²
적재하중1. (건축구조설계기준<표 0303.2.1> 기본 등분포 활하중 (일반주택) 에 따라..)
--- 200kg/m²
그러므로 전체하중 = 22+115+200 = 337 = 약 350kg/m² =0.35t/m²
☞ 만약 지간사이의 장선내부에 벽체가 있어 지붕하중을 받는다면 반드시 그 하중을 포함하여야 하며 실제로 그럴때는 각별히 구조면에 신경을 써야하할 것이다.
단순보로 해석했습니다.
바닥장선은 그림2와 같은 하중상태가 됩니다.
W:등분포하중(고루분포하는하중)
W=0.35t/m²인데 바닥장선의 간격이 0.4M이므로
W=0.35*0.4=0.14t/m²
모멘트M:힘의단위 힘*거리-등분포하중의 최대휨 모멘트는 중앙부위가 된다.
최대휨모멘트M= 0.28t/m
목재의 단면계수 (사각형인 경우): bh의제곱/6 (b-가로치수(cm), h-세로치수(cm))
2‘ * 12’ 바닥장선의 단면계수 =(3.8*28.5*28.5) / 6 =514
2‘ * 12’ 바닥장선의 단면계수 = 514cm³
구조설계기준 8편 목구조에 보면
“섬유방향의 실제 인장응력은 순단면적에 근거하고(0804.1.2 참조), 섬유방향 설계허용인장응력을 초과하지 않는다.
이말은 곧
실제 부재의 인장력 = 힘/면적 =모멘트/단면계수 가 구조용 목재의 허용인장력보다 작아야 한다는 말
(구조용SPF 경우 허용 인장응력 60kg/cm²)
실재 부재의 인장력=모멘트/단면계수
실재 부재의 인장력 54kg/cm² 이 허용인장응력 60kg/cm²보다 작으므로 안전
쉽게 예기해서 목재1cm²당 인장응력을 60kg까지 버티는데 예와 같은 경우에는 실제인장응력이 54kg/cm²밖에 생기지 않으므로 안전하다는 예기입니다.
3. 발코니 돌출치수 계산
( 2'*12' 구조용목재 장선를 발코니부분은 50mm절단하여 235mm하고
장선간격은 0.4m, 돌출을 1.5m로하고 18mmOSB합판으로 할때의 예)
① 지간거리는 1.5m가 된다.
② 2층발코니의 전체하중= 고정하중 + 적재하중: m2당 하중을 구한다.
고정하중1. (장선및구조용합판):건조목비중0.5기준 m2당 1m짜리2.5개
---(1m * 0.038 * 0.235 *2.5개 +1 * 0.018) * 0.5 =20kg/m²
고정하중2. (발코니바닥 타일깔기 5cm기준)
--- (1*1*0.05*2.3)= 115kg/m²
적재하중1. (건축구조설계기준<표 0303.2.1> 기본 등분포 활하중 (공동주택의발코니)에 따라..)
--- 300kg/m²
그러므로 전체하중 = 20+115+300 = 435 = 약 450kg/m² =0.45t/m²
③ 구조형태 설정
캔틸레버보로 해석했습니다.
바닥장선은 그림2와 같은 하중상태가 됩니다.
W:등분포하중(고루분포하는하중)
W=0.45t/m²인데 바닥장선의 간격이 0.4M이므로
W=0.45*0.4=0.18t/m²
모멘트M:힘의단위 힘*거리-캔틸레버보의 등분포하중의 최대휨 모멘트는 내측단부가 된다.
최대휨모멘트M=등분포하중일 때 = W * L의제곱 / 2
최대휨모멘트M= 0.2t/m
목재의 단면계수 (사각형인 경우): b*h의제곱 / 6 ( b-가로치수(cm), h-세로치수(cm))
235높이의 발코니 바닥장선의 단면계수 3.8*23.5*23.5 / 6= 350
235높이의 발코니 바닥장선의 단면계수 = 350cm³
실재 부재의 인장력 0.2*1000*100 / 350 =57kg/cm2
목재의 허용인장력 60kg/cm²보다 작으므로 안전
물론 스팬당(지간당) 조이스트의 치수 및 간격에 대하여는 외국의 여러 매뉴얼에 나와 있다.
어지간하면 그 매뉴얼편을 참조하여도 되겠지만
5m이상되는 장스판의 경우 한번 더 고려해 보는 것이 좋다.
만약 6m스판의 장선이고 2‘*12’의 구조목장선을 사용한다면
2번방식으로 볼 때 최대모멘트M=0.63이고 2‘*12’구조목의 단면계수는 514이다
0.63*100,000/514=116 실제인장력이 116kg/cm²이 발생하므로 목재의 허용인장응력60kg/cm²을 훨씬 초과한다.
단순히 구조재 6m내에서 최대치수 구조재를 써서 어떤 스판이라도 가능하다는 막연한 생각은 상당히 위험하다.
장스판일 경우 또는 특별한 하중이 추가 될때는 이런 방법으로 간단하게 구조계산 하는것도 괞찮으리라고 본다.