Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection Vol. 17, No. 4, July 2013, pp.119-127
http://dx.doi.org/10.11112/jksmi.2013.17.4.119
pISSN 2234-6937 eISSN 2287-6979
온⋅습도 변화에 따른 목재 철물 접합부의 못 뽑기 저항성
A Study about Resistibility of Extracting Nails from Metal Connections on Wood According to Change of Temperature and Humidity
김 종 근1) 박 철 우2) 윤 태 호3) 임 남 기4)*
Chong-Gun Kim Cheul-Woo Park Tae-Ho Yoon Nam-Gi Lim
Abstract
In cases of wooden structure and wooden house installed on the outside, metal goods used for basic connection are usually screw bolts, strainless nails and general iron nails. As metal connections on wood are directly exposed to exterior environment, friction resistibility of nails on metal connections declines and continual defects on this are generated and maintenance for it is required. However, experiments and analyses for preparing basic data for improvement of the problems have been not conducted so far and wooden structures with defects are abandoned. Accordingly, by analyzing friction resistibility of connections by each kind of woods and metal goods, the study aims to suggest to use metal goods appropriately by kinds of woods and manufacture conditions with analysis on characteristics of resistibility of extracting nails for solving such problems and to secure basic data for establishing maintenance, repair and reinforcement plans.
Keywords : Wood, Plywood, Connection, Screw bolts, Stainless nails, Iron nails
1) 정회원, 창원대학교 건축공학과 박사과정 2) 정회원, 동명대학교 건축공학과 공학박사 3) 정회원, 창원대학교 건축공학과 교수 4) 정회원, 동명대학교 건축공학과 교수, 교신저자
* Corresponding author : [email protected]
• 본 논문에 대한 토의를 2013년 8월 31일까지 학회로 보내주시면 2013년 9월호에 토론결과를 게재하겠습니다.
Copyright Ⓒ 2012 by The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0)which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
1. 서 론
최근 목재는 구조물 (구조용 침엽수 및 공학목재 등) 및 실내 인테리어 (활엽수 및 공학목재 등)를 목적으로 사용량 이 지속적으로 증가하고 있으며, 더불어 이를 연결하거나 접 합시켜 주는 목재 전용 철물의 종류와 사용량도 함께 증가하 고 있다. 하지만, 국외의 경우 목조주택에 사용하는 못박기 기준표에 따라 접합부에 따른 못의 수와 크기, 방식, 간격 등이 상세히 규정되어 있지만 국내에서는 철물 접합부 강도 및 강성 등 설계기준에 대한 기초자료와 접합부에 대한 명확한 시방 및 시공상세 등이 부족하므로 현실에서는 목재 특성에 적합한 철 물사용이 고려되고 있지 않은 시공이 이루어는 경우가 많다.
이와 같은 결과로 4계절이 뚜렷한 국내의 경우 야외 조경 시설을 위해 설치된 목재 파고라, 데크, 산책로, 놀이시설 등 이 시공 후 얼마지나지 않은 기간에도 온⋅습도변화에 민감
한 목재의 수축⋅팽윤과 지속적인 활하중 등에 의해 접합부 철 물의 뽑힘 및 이격발생 등의 하자로 사용자의 안전문제가 지속 적으로 발생하고 있다. 목조주택의 경우에도 외부 마감용 합판 과 단열재 등이 잘못된 접합 및 강한 외풍 등에 의해 탈락되는 현상 등으로 하자 및 유지보수 문제는 더욱 늘어나는 실정이다. 이는 설계 및 시공자의 목재 접합 시 사용되는 철물과 목재 특 성에 대한 이해부족 및 각 시설물의 접합과 관련한 설계 자료 의 부족으로 인한 이유 등의 비율이 높은 때문으로 판단된다.
따라서 목재 종류와 특성에 가장 적합한 철물을 사용하는 것이 목구조물 시공 품질 및 수명을 연장시킬 수 있는 방법 으로 사료되므로 본 연구에서는 접합용 철물 (스크류 볼트, 스테인리스 못, 철못)등을 가장 많은 사용량을 나타내는 목 재를 선정하여 방향에 따라 철물을 박은 후 온⋅습도가 지 속적으로 변하는 환경에 일정기간 노출시켜 철물의 뽑힘 저 항성에 대한 분석을 실시하여 시공 및 유지관리 측면에서의
(a) Cracks on nail connections (b) Loosening and Subsiding of connections
(c) Sinking of nail connections (Water Content Excess)
(d) Reinforcement of screw bolts on nail connections Photo 1 Nail connections on exterior deck facilities with 2
years after its installment
사용성과 철물별 목재 부합성을 확인하여 목구조 접합방법 의 문제 개선을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
2. 이론적 고찰
2.1 못을 이용한 목재의 접합
목조주택, 파고라, 놀이터, 벤치, 각종 시설물 등 목재를 이 용한 시설물이 지속적으로 증가되면서 접합재료로써 못은 필수적인 요소로 자리 잡고 있다. 목재로 이루어진 구조물 중 가장 중요한 재료는 목재이지만, 이를 완성시켜 주는 것 은 목재를 체결해주는 못이다. 목재는 적합한 형태와 재료로 체결되어야 구조물로써 영구적 사용이 가능하다. 하지만 현 실적으로는 공정 및 시공비, 목재 지식 부족 등으로 인해 목 재의 특성에 적합하지 않은 못을 사용하는 경우가 빈번히 발 생하고 있다. 특히 사이딩 및 마감용 재료를 못으로 고정할 경우 풍압 등에 의해 쉽게 탈락되거나 실내외 목재 마감에 사 용된 못이 시간경과에 따라 휘거나 박힌 부분의 이격 등으로 탈락될 경우 그 피해는 목구조물 전체로 나타나고 있다. 일반 적으로 사용되는 3inch 못의 kg당 가격은 스크류볼트 18,000 원, 스테인리스 못 16,000원인 반면, 일반 철못은 3,500원 이 다. 한편, 시공환경상 목재에 적합하지 않지만, 시공 경비면 에서 5배 이상 저렴한 일반 철못을 사용하는 경우가 대부분 이기 때문에 Photo 1과 같은 하자발생이 지속적으로 이루어
지고 있으며, 임시방편으로 스크류볼트 및 스테인리스 못으 로 하자부분 보강을 하는 것이 대부분이다.
2.2 목재의 수축과 팽윤에 의한 하자발생
산업용으로 사용하기 위해 건조 및 가공된 목재는 지속적 으로 온습도가 변화되는 환경에 노출될 경우 목재 중의 결합 수 및 자유수 증감으로 셀룰로오스 결정영역 사이의 간격을 변화시키게 되는데, 이것에 의해 세포벽의 부피가 커지거나 작아지게 되며, 그 결과로 목재 전체의 팽윤과 수축현상이 반복적으로 일어나게 된다. 목재의 수축 및 팽윤은 건조에 따른 뒤틀림 및 할렬 또는 각종 가공처리에 있어 내부응력 발생 등 목재가공이나 이용상 장애요인이 되고 있다. 따라서 수축⋅팽윤 등의 문제 해결을 위해 방수 스테인 등의 도료 를 도포하고 있지만, 외부에 노출된 환경에서는 그 유지기간 도 2~3년 이내로 나타나고 있는 실정이다.
2.3 목재 접합부 역학적 성질 평가
목재의 못 뽑기 저항 시험은 가구류, 일반 및 목조건축, 구 조용 등 여러 부분에 적용된 못에 의한 접합부 역학적 성질 평가에 적용된다. 저항 값은 못의 조건이 일정하다면 목재의 못 유지력에 좌우되는데 이는 목재의 수종, 밀도, 섬유경사, 못의 표면 상태, 못과의 접촉면 등에 따라 차이가 있다. 특히 목재는 주변의 수분 조건과 평형을 이루려고 하는 특성에 의 해 목재 수종 및 개체 내에서도 함수 차이가 있기 때문에 목 재의 못 뽑기 저항 시험은 목재의 수분함유 정도에 따른 영 향 인자를 고려해야 할 필요가 있다. 이러한 영향에 의해 못 등으로 접합된 목재 구조부에서의 내력 감소와 접합부 이격 발생에 대하여 목재의 함수 및 품질상태에 따라 역학적 성질 평가가 필요하다.
3. 실험개요
3.1 실험인자 및 사용 재료
실험인자는 일반목재와 공학목재로 분류하여 시험크기에 적 합하게 제작하며, 천연목재 중 Soft Wood (침엽수)는 S.P.F 혼합 수종을 Hard Wood (활엽수)는 Oak를 사용하였다. 공 학목재의 경우 12mm 일반 합판과 목재 Chip를 열접착한 OSB를 사용하였다. 철물은 스크류볼트와 스테인리스 못, 일 반 철 못을 사용하였으며, 박기 방향은 목재의 접선 및 방사
Table 1 Experimental factors
Wood
General wood
Soft Wood
S.P.F (Pine Tree,
Fir Tree)
SIZE : 150×50×50mm
Hard Wood Oak
Engineered wood
General
Plywood 12T SIZE :
150×50×12mm OSB
Metal goods
Screw Bolts
3inch 2inch (N=d10) (N=d6) Stainless Nails
General Iron Nails Direction of
driving nails Radial Section , Contact Section
Tests
Constant Temperature and
Humidity
1Cycle : 4℃/30% (24hrs)~
30℃/85% (24hrs), 5Cycle
Change of Water Content
Electric-resistant Water Content Rate Measurer 10 measurements
per a specimen (Use of mean) SEM Structural Analysis of both general
and engineered woods Resistibility of
extracting nails KS F ISO 9087:2004
Loading 20Ton UTM
Fig. 1 Specimen Geometry
(a) Screw Bolts (b) Stainless Nails (c) General Iron Nails Photo 2 Nails Geometry
(a) S.P.F-Nails 3inch (b) Oak-Nails 3inch
(c) Plywood-Nails 2inch (d) OSB-Nails 2inch Photo 3 The used materials and specimen geometry
Photo 4 After installing Specimen (OSB) Zig
방향에 못을 박았다. 준비된 시험편은 항온항습기에 설치한후 최근 5년간 우리나라 여름 (8월)⋅겨울 (1월) 평균 온습 도를 기준으로 지속적으로 환경변화 요인 제공 후 KS F ISO 9087에 따라 못 뽑기 저항시험과 못 저항 유지 시간을 측정하였다. 또한 목재의 섬유조직 및 밀도 정도를 육안 확 인하기 위해 SEM촬영하였으며, 시험결과는 인자당 10개의 시험편을 평균 값으로 하였다. 실험인자는 Table 1과 같다.
3.2 실험방법
Fig. 1 및 Photos 2, 3, 4와 같이 목재의 방사면과 접선면
에 각 2개씩 못 또는 스크류 볼트를 끝의 뾰족한 부분을 제 외한 길이의 2/3까지 직각으로 박으며, 침투 깊이는 ±1mm 의 정확도로 측정하였다. 항온항습 후 상온에서 3시간 뒤 Photo 4와 같이 Zig에 설치하고, 하중이 못의 축방향으로 전 달되도록 하중을 가한 후 1~2분 사이에 못 또는 스크류볼트 가 뽑힐 수 있도록 균일한 속도로 하중을 가하였으며, 시험 중의 최대 하중 m ax를 ±1%의 정확도로 측정하였다. 최대 하중의 계산은 KS에 의한 식 (1)에 따르며, 결과는 0.1MPa 단위로 표시하였다.
Processing of specimen and measuring water content rate
▼ Driving nails
(Screw Bolts, Strainless Nails and Iron Nails)
▼
General wood Engineered wood
Radial, Contact Plane
▼
Constant Temperature and Humidity 5Cycles, Measuring Water Content Rate
▼
SEM Analysis of both general and engineered wood tissues
▼
Experiment of resistibility of extracting nails Fig. 2 The order of the experiment
(a) Arrangement of the specimen in chamber with constant temperature and humidity
(b) Start of changes of temperature and humidity
Photo 5 Arrangement of the specimen and start of changes of temperature and humidity
Table 2 Results of measurement of water content rate (%) on the surface in the constant temperature and humidity cycling process (%)
Cycle wood
0 1 2 3 4 5
- 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 SPF 10.2 7.4 10.4 7.0 8.4 6.4 7.0 6.1 6.0 5.1 4.0 Oak 9.7 7.2 10.2 7.0 8.1 6.3 6.9 6.0 6.0 5.4 4.0
Ply
wood 10.5 8.9 10.4 8.4 9.4 8.4 9.0 6.8 6.0 5.4 4.0 OSB 10.6 8.4 10.3 8.4 9.1 8.3 8.8 6.6 6.0 5.2 4.0
※ 1.0Cycle : 4℃/30% (0.5Cycle) → 30℃/80% (0.5Cycle)
Fig. 3 Changes of Water Content Rate (%) on the surface in the constant temperature and humidity cycling process (%)
m ax
(1)
here, : Resistibility of extracting nails (MPa)
m ax : maximum load (N)
: epths of penetration of nails or screw nails (mm) 3.3 실험순서
실험순서는 Fig. 2와 같이 시험편 가공과 함께 전기저항식 함수율 측정기로 목재 표면의 수분을 측정하였으며, 일반 목 재는 방사면과 접선면, 공학목재는 평면에 철물을 박은 후 항온항습기에 배치하여 Table 1의 항온항습 조건에 따라 5Cycle로 10일간 온습도 변화를 주었다. 이 때 0.5Cycle 마 다 목재 표면 함수율을 측정하였으며, 온습도 변화 후 목재 시험편의 조직을 채취하여 SEM촬영 및 못 뽑기 저항시험을 실시하였다.
4. 실험결과
4.1 온습도 변화에 따른 함수율 변화
시험편의 항온항습기 내부 배치 상황은 Photo 5와 같으며, 가공 직후 측정한 함수율과 항온항습 과정에서 측정한 표면 함수율 변화는 Table 2 및 Fig. 3과 같다.
일반 목재는 온습도 변화에 따라 함수율 초기 변화폭이 높 은 것으로 나타났으며, Cycle이 증가함에 따라 감소되어 최
종 5Cycle에는 전건상태에 가까워지는 것으로 나타났다. 한 편, 공학목재의 경우 온습도 변화 초기 일반 목재 대비 변화 폭이 높지 않지 않은 것으로 나타나 안정적인 상태를 가지는 것으로 났지만, 3Cycle 이후 비교적 큰 함수변화 폭을 나타 내어 최종 5Cycle에는 일반목재와 같은 전건상태에 가까워 지는 것으로 나타났다.
section tangential section radial section
S.P.F
Oak
Ply wood
OSB
Photo 6 SEM Image of wood tissue after changes of temperature and humidity (×200)
(a) Geometry of the separated fixed part (SPF, Oak)
(b) Details of the separated fixed part
Photo 7 Separation of fixed part of nail head of Zig of a screw bolt specimen
지속적인 온습도 변화로 인해 시간이 경과함에 따라 모든 시험편에서 전건상태까지의 매우 낮은 함수분포를 가지는 것으로 나타나 이로 인한 외부 환경에 장기간 노출 시 갈라 짐이나 뒤틀림 등 결함발생에 대한 대책이 함께 고려되어야 할 것으로 사료된다.
4.2 일반목재 및 공학목재 섬유 조직 분석
온습도 변화 후 일반목재 및 공학목재의 섬유 조직을 분석 하기 위해 목재의 접선 및 방사면에서 2mm×2mm 정사각형 의 조직 단면을 채취하여 200배로 SEM 촬영한 결과는 Photo 6과 같다.
일반 목재 중 SPF는 가도관이 직선으로 단순 배열되어 있 으며, Oak의 경우 직선적 도관과 이에 교차된 섬유가 서로 직교하는 것과 같은 형태로 SPF 보다 복잡한 조직형태를 가 지고 있는 것으로 나타났다. 이는 목재의 밀도 (SPF 수종은
평균 0.4~0.5인 반면, Oak의 경우 0.7~0.9정도)와 생장환경 (침엽수는 북반구, 활엽수는 남반구), 섬유세포의 진화정도에 따른 차이 때문으로 사료된다.
공학목재 중 합판의 경우 침엽수와 같은 조직을 가지고 있 지만, 접착면에 있어 비교적 넓은 면적의 공극이 있는 것으 로 나타났으며, 일반목재 대비 균일하지 못한 섬유형상을 가 지는 것으로 나타났다. OSB의 경우 Chip에 해당되는 부분 은 침엽수와 같은 조직을 가지는 것으로 나타났지만, 조직을 구성하는 단면에서 합판대비 많은 공극을 가지고 있는 것으 로 나타났는데, 이는 일정한 방향성 없이 교차되는 Chip들로 인해 수밀하지 못한 단면을 형성한 것으로 사료된다. 이러한 목재 섬유 조직 및 형상에 따라 못 뽑기 저항성은 편차가 클 것으로 사료된다.
4.3 못 뽑기 저항
일반 및 공학목재 중 기준 시험편과 항온항습 처리된 시험 편의 최대 못 뽑기 저항값과 시간경과에 따른 저항 값을 나 타낸 결과는 다음과 같다. 한편, 일반목재인 S.P.F와 Oak 중 스크류 볼트가 박힌 시험편의 경우 Photo 7과 같이 Zig에 잡힌 못 머리가 고정부에서 시험 중 이탈하는 것으로 나타나 저항 값을 기록하지 못하였다.
4.3.1 일반 목재 못 뽑기 저항
기준 및 항온항습 변화 시험편의 못뽑기 저항 결과는 Table 3 및 Figs 4, 5, 6과 같다.
기준 시험편에서 철못 대비 스테인레스 못의 최대 저항차 이는 Table 3 및 Fig. 4와 같이 SPF 접선의 경우 9%, 방사 면은 20%, Oak 접선은 4%, 방사면은 6%로 평균 9%의 못 뽑기 저항력이 우수한 것으로 나타났다. 또한 항온항습 시험 편에서도 스테인레스 못이 SPF 접선 9%, Oak 접선 30%, 방사면 8%로 약 15%정도 못 뽑기 저항에서 철못 대비 높은
Table 3 Maximum resistance of extracting nails from general wood (
)
section Screw Bolts
Stainless Nails Iron Nails standard constant
temperature standard constant temperature
S.P.F
tangential
section Non-slip 100 92 96 84
radial
section Non-slip 20 16 16 Slip
Oak
tangential
section Non-slip 128 124 124 88
radial
section Non-slip 116 112 110 104
Fig. 4 Maximum resistance of extracting nails from general wood
Fig. 5 Changes of resistance according to time passage of extracting nails from general wood (standard)
Fig. 6 Changes of resistance according to time passage of extracting nails from general wood (constant temperature)
저항성을 가지는 것으로 나타났다. 이는 Photo 2의 (b)와 같이 스테인리스 못은 표면에 돌기 및 마디로 나뉜 형상으로 되어있어 일반 철못 대비 마찰저항이 높았기 때문으로 판단 된다.
하지만, 기준 시험편 대비 항온항습 (온습도 변화) 시험편 은 스텐레스 못의 경우 평균 9%, 철못은 Slip을 제외하더라 도 평균 12% 정도 저항력이 감소하는 것으로 나타나 온습도 변화에 따라 시험편에서의 못 뽑기 저항력은 감소되는 것으 로 나타났다.
스테인레스 못이 박힌 SPF 접선면의 경우 Fig. 5와 같이 하중가력 초기 10초간 저항력 상승 이후 70초 정도에 최대 저항력을 나타냈으며, 이후 일정시간 (약 40초)정도 저항력 이 유지되는 것으로 나타났다. 또한 최대저항 이후 서서히 감소되어 약 470초 정도에 저항력을 상실하는 것으로 나타 났다. Oak 접선면의 경우 SPF 접선과 유사한 형태로 초기 저항력이 상승이후 약 180초 정도에 최대 저항력을 가지는 것으로 나타났으며, 저항시간은 SPF와 유사한 480초 정도로
나타났다.
한편, SPF 방사면의 경우 최대 저항 20MPa, 유지시간 70 초 이하로 접선면과 많은 차이가 있은 것으로 나타났다. 이 는 Photo 6과 같이 가도관이 직선적이며, 다발형태로 구성된 침엽수의 조직적 특성 중 비교적 조직이 단순한 방사면의 특 징에 기인한 것으로 판단된다. 하지만 Oak 방사면의 경우 최대 저항력 및 유지시간이 접선면과 유사한 형태를 가지는 것으로 나타났는데, 보통 활엽수의 경우 밀도가 높고 조직이 치밀하며, 침엽수 조직 대비 이방성의 교차 조직을 가지므로 못 뽑기 저항력에서 방향성이 나타나지 않은 것으로 판단된다.
철못이 박힌 SPF 접선면의 경우 스텐레스 못 대비 최대저 항력은 유사하지만, 가력초기 저항은 서서히 증가하여 약 70 초 경과 시 최대저항을 가지는 것으로 나타났으며, 유지시간 은 약 400초로 80초 정도 짧은 것으로 나타났다. 하지만, Oak 접선의 경우 초기 저항값이 가장 높으며, 저항 유지 시 간도 500초 이상 가장 긴 것으로 나타났다. 또한 Oak 방사
Table 4 Maximum resistance of extracting nails from engineered wood (
)
section Screw Bolts Stainless Nails Iron Nails Ply
wood
standard 144 Slip Slip
constant temperature 120 Slip Slip
OSB standard 52 Slip Slip
constant temperature 40 Slip Slip
Fig. 7 Maximum resistance of extracting nails from engineered wood
Fig. 8 Changes of resistance according to time passage of extracting nails from engineered wood (Standard)
면의 경우도 스테인리스 및 SPF, Oak 접선과 유사한 높은저항력 및 유지시간을 가지는 것으로 나타나 Oak는 못의 종 류 및 방향성에 크게 영향을 받지 않고 우수한 저항력을 가 지는 것으로 나타났다. SPF 방사면 철못의 경우 스테인리스와 같이 못 뽑기에 대한 저항력은 매우 낮은 것으로 나타났다.
Fig. 6과 같이 항온항습으로 온습도 변화 영향을 지속적으 로 받은 시험편의 경우 전체적으로 기준 시험편과 유사한 저 항유지 곡선을 가지는 것으로 나타났지만, 그 중 SPF의 경 우 접선면과 방사면에 박힌 두 가지 못의 유지력 모두 뽑힘 저항력이 불균등한 것으로 나타났다.
이는 SPF와 같은 단순세포조직으로 이루어진 침엽수가 온 습도 변화에 따른 미세한 수축팽창 반복으로 못의 마찰 저항 성에 많은 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다. 비교적 안정적 인 저항곡선을 가진 Oak의 경우 인위적인 온습도 변화에 크 게 영향을 받지 않았으며, 이는 못의 뽑힘 저항력유지와 상 관성이 높은 것으로 판단된다.
따라서 일반적으로 경량목조주택 및 구조용재 등으로 사 용되는 수종은 침엽수가 대부분이므로 외부환경 변화에 직 접적으로 장기간 노출 되면서 못으로 시공된 접합부 및 주요 부에 대해서는 시공전⋅후의 유지관리 대책이나 별도의 보 수보강 계획이 필요할 것으로 사료된다.
4.3.2 공학 목재 못 뽑기 저항
기준 및 항온항습 변화 시험편의 못뽑기 저항 결과는 Table 4 및 Figs 7, 8과 같다.
Fig. 7과 같이 공학목재에 박힌 못의 종류 중 스크류볼트 를 제외한 스테인레스와 철못은 시험편 종류와 관계없이 하 중 가력과 동시에 Slip되는 것으로 나타나 못 뽑기 저항력 확인은 불가하였다. 하지만, 스크류볼트의 경우 저항력이 확 보되는 것으로 나타났으며, 최대 저항을 가지는 시험편은 합 판인 것으로 나타났다. 합판의 경우 얇은 목재 단판을 교차 적층 및 접착하여 활엽수와 유사한 이방성의 조직분포를 가 졌기 때문에 높은 못 뽑기 저항력을 가지는 것으로 판단된 다. 하지만 OSB의 경우 합판의 1/2수준의 저항력을 가지는
것으로 나타났는데. 이는 목재 칩이 방향성 없이 무작위로 열접착되어 합판보다 조직이 더욱 치밀할 것으로 예상할 수 있지만, 실제 단면의 경우 Photo 6과 같이 빈 공간이 대량 분포되어 있어 합판대비 수밀하지 못한 조직 형성 특성에 기 인한 것으로 판단된다. 따라서 OSB를 사용하여 고정하는 외 부마감 공사 등은 접합부에서 강성확보에 주의가 필요할 것 으로 사료된다. 한편, 온습도 변화 시험편의 경우 합판은 17%, OSB는 23% 못 뽑기 저항력이 감소된 것으로 나타났 다. 이는 상기 함수율 변화에서와 같은 목섬유에 축적된 수 축팽윤 응력으로 미소균열 등이 발생하여 해당 못이 박힌 부 위에 대한 저항력 저하로 나타난 때문으로 판단된다.
Fig. 8과 같이 기준 시험편 중 합판의 경우 30초에서 최대 저항력을 가지는 것으로 나타났다. 이후 상승곡선과 같은 경 사로 저항력이 감소되는 것으로 나타났으며, 최대 150초 까 지 저항력을 유지하는 것으로 나타났다. OSB의 경우 완만한 직선적인 형태를 가지며, 최대저항력은 합판보다 낮고 약 40
초 정도에 나타났지만, 스크류볼트의 저항력 유지 시간은 합 판과 유사한 것으로 나타났다.
한편, 온습도 변화에 노출된 합판과 OSB의 저항력 유지시 간은 합판은 40초, OSB는 30초 정도 감소되는 것으로 나타 났으며, 최대 저항력도 감소되는 것으로 나타나 판재 등에 못으로 접합된 부분에 있어 온습도에 지속적으로 노출될 경 우 취약한 단점을 가지는 것으로 나타났다.
외부 마감재로 주로 사용되는 판재의 경우 비바람이나 자 외선 등에 직접적으로 노출되는 경우가 많은데, 이와 같이 온습도 영향에 따라 못 등으로 접합된 부분에 미치는 접합강 성 및 응력 저하에 대처할 수 있도록 수량의 할증 도입, 못 의 직경이나 길이를 증대, 스크류 볼트와의 혼용 등의 시공 계획상 보완이 필요할 것으로 사료된다.
5. 결 론
일반목재인 SPF 및 Oak와 공학목재인 합판 및 OSB에 스 테인리스, 스크류볼트, 철못을 박은 후 온⋅습도의 지속적인 변화를 주어 이에 따른 함수율과 섬유조직, 못 뽑기 저항 시 험을 실시한 결과, 본 시험에 사용한 목재는 종류와 상관없 이 온습도가 지속적으로 변함에 따라 함수율 변화에도 영향 이 높은 것으로 나타났으며, 이는 목재에 관입된 못의 유지 력 감소로 나타났다. 하지만, 스크류볼트의 경우 목재의 종 류 및 섬유 밀도와 상관없이 뽑히기 어려울 정도의 높은 저 항성이 확보되는 것으로 나타나 목재 시공 및 접합 시 스크 류볼트와 같이 마찰저항이 높은 철물로 체결하는 것이 목재 의 함수변화로 인한 못의 탈락 및 이격 등 유지관리와 보수 등에서 가장 안정적인 것으로 판단된다.
하지만, 시공경비적인 측면에서 스크류 볼트는 높은 단가 를 형성하고 있으므로 이를 개선시킨 제품의 개발⋅적용 또 는 하자가 예상되는 부위에 일반 못과의 혼용이나 할증 도 입, 목재 내외부 방수처리 등을 할 경우에 대한 추가연구 등 을 통하여 목재 구조물의 못 접합부에 대한 문제를 개선할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 주요 구조부재를 연결하는 철물 고정 및 내⋅외부 마감용 보드 설치를 위한 못을 사용 할 경우에 따른 실증적인 연구도 필요할 것으로 판단된다.
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Received : 02/26/2013
Revised : 04/01/2013
Accepted : 04/08/2013
요 지
외부에 설치된 목재 구조물 및 목조주택의 경우 기본적인 접합에 사용되는 철물은 스크류 볼트, 스테인리스 못, 일반 철못을 사용하는데, 목재의 철물 접합 부분이 외기 환경에 직접적으로 노출됨에 따라 온습도 변화에 의한 영향으로 철물 접합부 못의 마찰 저항성이 저하되어 이에 대한 하자가 지속적으로 발생하고 있으며, 이에 따른 유지보수가 반드시 필요한 실정이다. 하지만, 문제의 개선을 위한 기초자료 확보 와 같은 실험 분석 등 현재까지 많은 연구와 대책수립이 이루어지지 않아 하자가 발생된 목재 구조물이 방치되고 있는 실정이므로 본 연구 에서는 목재 및 철물 종류별 접합부의 마찰 저항성 분석을 통해 이와 같은 문제 해결을 위한 못 뽑기 저항 특성 분석으로 목재 수종 및 제조 조건 별 올바른 철물 사용 제안과 유지관리 및 보수⋅보강 계획을 수립할 수 있는 기초자료를 확보하고자 한다.
