현재까지 국내의 목조주택은 2층 이하의 소규모 북미식 경골목구조 공법이 주류를 형성하고 있다. 북미식 경골목구조는 수직하중과 횡하중을 순수목재로 구성된 수평격판과 전단벽이 저항하는 벽식구조이다. 횡하중에 대한 구조체의 저항내력은 수평격판과 전단벽의 강도와 강성에 의해 지배된다. 특히 수평격판은 장선재와 덮개의 면내 축강성이 크기 때문에 강체로 가정하였다. 반면 전단벽은 수평격판과 기초의 하중전달 구조요소로 기하학적 조건과 접합부의 비선형성으로 마치 캔틸레버 보와 같은 거동을 한다. 그러므로 전단벽은 바닥이 고정된 캔틸레버 보 모델로 단순화시켜 지진하중이나 풍하중에 의한 축 하중의 변형 지배 부재로 해석이 가능하다.
본 연구는 경골목구조 전단벽의 주요 구조제한 사항인 수평변위의 적합성을 확인하고자 한다. 이를 위하여 우선 현행 국내 구조기준으로 수평변위를 산출하여 정량화시켰다. 세계적으로 경골목구조 전단벽의 구조기준은 유럽기준인 Eurocode 5(NEN-EN1995) 및 미국기준(American Wood Council)과 캐나다기준(Canada Wood Council)으로 분류할 수 있다. 국내 목구조기준은 북미의 기준을 수정하여 도입하였다. 본 연구에서는 Eurocode 5에 부합하는 Tunis Hoekstra(T.H) 강성 산출 제안식과 국내 기준를 비교 대상으로 결정하였다.
각 구조기준에서 제시한 변위 산출식을 분석해보면 국내 기준식은 못의 변형과 홀드다운의 변형이 전단벽 변형에 크게 작용하는 것을 확인하였다. T.H 기준 산출식에서는 패스너의 변형과 판재(덮개)의 변형이 크게 작용하는 것으로 분석됐다. 두 기준을 분석해본 결과 수평하중에 가해질 때 기둥재인 스터드의 압축과 인장에 의한 축변형, 판재(덮개)의 면내전단 변형, 연 결재인 못의 변형 그리고 홀드다운의 인장 강성에 의한 변형이 공통적이다.
각 항목에 대한 해석결과, 접합부의 강성에 의한 변형량이 가장 큰 것은 패스너의 슬립이며, 홀드다운의 인장변형 능력의 영향도 적지 않음을 확인하였다. 이는 실제 지진하중이나 풍하중이 경골목구조 건축물에 가해질 때 변위는 홀드다운의 인장변형 능력과 판재(덮개)와 구조재 프레임간 연결 못의 전단변형성능으로 지배됨을 알 수 있다.
본 연구에 적용한 기본해석모델은 폭 2.44m, 높이 2.44m로 하였다. 이는 현재 규격화된 판재(덮개)인 OSB(Oriented Strand Board)의 단면 및 양면 규격을 반영하였으며 연결재인 못박기 간격은 150mm ～ 50mm 에 따른 전단벽의 하중-변위 시험보고서와 국내기준 및 T.H 기준 강성 산출식을 비교하여 전단벽의 강성 산출에 유용한지 확인하였다. 못 간격으로 보았을 때 못 간격이 줄어들면서 국내기준은 못 변형 계수 반영이 어려웠고 T.H 기준 강성 산출식은 못 간격 변화에 따라 변위가 줄어드는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 덮개(판재)인 OSB(Oriented Strand Board)의 단면 및 양면 반영하여 강성 산출을 할 수 있다. 공통적으로 국내 기준과 T.H 기준 강성 산출식은 변수(못 간격)에 대한 하중의 변화가 있을 때 정량적으로 변위가 증가함을 알 수 있다. Eurocode 5 기반 강성 산출법이 못 간격 50mm이하에서는 활용 가능할 것으로 판단된다.
트러스형 가새 강성모델은 목조 전단벽의 강성을 단순화 하여 구조해석을 위한 소프트웨어 사용 적합성을 검토하였다. T.H 강성 산출식에 따른 강성을 산출하여 트러스형 가새 강성 모델을 수평수직 막대는 무한 강성으로 간주되고 가새(대각선)만 유한강성으로 가정하여 가새 길이에 산정하여 강성값을 단면적으로 치환한 값을 마이다스에서 트러서형 가새 모델로 만들어 단면적으로 환산한 강성값을 입력하여 수치해석한 결과와 비교하였다. 1,220㎜×2,440㎜ 판넬 한장을 강성 산출하여 10kN의 수평하중이 작용할 때 변위를 비교한 결과 수치해석한 결과와 일치 하는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 트러스형 가새 강성 모델 단순화로 인한 구조 해석에 사용 가능 할 것으로 판단된다. T.H 강성 산출식은 경골목구조 전단벽의 강성에 영향을 주는 매개변수의 변화에 반영하는데 활용할 수 있고, 국내에도 국산 재료의 대한 정확한 힘 분포 및 강성에 대한 구조설계 위해 못 접합부의 상세 개발 및 타이다운 시스템, 목구조 해석 프로그램의 개발과 도입이 필요하다.

To date, wooden houses in Korea are dominated by small-scale North American light-frame wood construction of two stories or less. North American light-frame construction is a wall structure in which vertical and lateral loads are resisted by horizontal plates and shear walls made of pure wood. The resistance of the structure to lateral loads is dominated by the strength and stiffness of the horizontal plates and shear walls. In particular, the horizontal plates are assumed to be rigid due to the large in-plane axial stiffness of the joists and sheathing. On the other hand, the shear wall is a load-carrying structural element of the floor and foundation, and it behaves like a cantilever beam due to the geometric conditions and nonlinearity of the joints. Therefore, the shear wall can be simplified as a cantilever beam model with a fixed bottom and analyzed as a deformation-dominated member under axial loads caused by seismic or wind loads.
This study aims to verify the adequacy of the horizontal displacement, which is the main structural limitation of light girder wood frame shear walls. For this purpose, the horizontal displacement was first calculated and quantified using the current Korean structural standards. Globally, structural standards for light girder wood shear walls can be categorized into Eurocode 5 (NEN-EN1995), the European standard, and American Wood Council and Canada Wood Council standards. The domestic wood structure standards were introduced by modifying the North American standards. In this study, the Tunis Hoekstra (T.H) stiffness calculation proposal, which complies with Eurocode 5, and the domestic standard were selected for comparison.
By analyzing the displacement calculations proposed by each structural standard, it was found that the deformation of nails and hold-downs contribute significantly to the shear wall deformation in the Korean standard. In the T.H. standard calculation, the deformation of fasteners and the deformation of plates (sheathing) are analyzed to play a major role. As a result of analyzing both criteria, the axial deformation of studs, which are columns, due to compression and tension, in-shear deformation of plates (sheathing), deformation of nails, which are connectors, and deformation due to tensile stiffness of hold-downs are common when horizontal loads are applied. As a result of analyzing each item, it was confirmed that the largest amount of deformation due to the stiffness of the joint is the slip of the fastener, and the tensile deformation ability of the hold-down is also not small. This shows that when actual earthquake loads or wind loads are applied to a light-frame structure, the displacement is dominated by the tensile deformation capacity of the hold-down and the shear deformation capacity of the connecting nail between the plate (sheathing) and the structural frame.
The basic analytical model used in this study was 2.44 meters wide and 2.44 meters high. This reflects the single and double-sided specifications of OSB (Oriented Strand Board), a currently standardized sheet material (sheathing), and the nailing spacing of the connecting material was compared with the load-displacement test report of the shear wall according to 150mm ～ 50mm, and the stiffness calculation formula of the Korean standard and T.H. standard to check whether it is useful for calculating the stiffness of the shear wall. In terms of nail spacing, as the nail spacing decreased, the Korean standard was difficult to reflect the nail deformation factor, and the T.H. stiffness calculation formula confirmed the displacement and reduction due to the change of nail spacing. In addition, the stiffness calculation can be made by reflecting the single and double sides of OSB (Oriented Strand Board), which is a covering (plate). In common, the stiffness calculation equations of the Korean standard and T.H. standard show that the displacement increases quantitatively when the load on the variable (nail spacing) changes. The Eurocode 5-based stiffness calculation method can be utilized for nail spacing below 50 mm.
The truss-type bracing stiffness model simplifies the stiffness of wooden shear walls, and the suitability of using software for structural analysis was examined. T. H stiffness was calculated according to the stiffness calculation formula, and the truss-type brace stiffness model was created in Midas as a truss-type brace model by assuming that the horizontal vertical bar is considered to be infinite stiffness and only the brace (diagonal) is assumed to be finite stiffness, and the stiffness value was calculated for the length of the brace, and the stiffness value was substituted for the cross-sectional area, and compared with the numerical analysis result by entering the cross-sectional area equivalent stiffness value. 1, The stiffness of a 220㎜×2,440㎜ panel was calculated and the displacement was compared when a horizontal load of 10kN was applied, and the result was consistent with the numerical analysis. It is judged that it can be used for structural analysis due to the simplification of the truss-type bracing stiffness model. The T.H. stiffness formula can be used to reflect changes in parameters affecting the stiffness of light girder wood structure shear walls, and it is necessary to develop and introduce detailed development of nail joints, tie-down systems, and wood structure analysis programs for accurate force distribution and stiffness of domestic materials for structural design.