Cyclic Loading Test for Anchored Non-structural Brick Masonry Wall to Concrete Backing

Abstract

치장 벽돌벽은 매력적인 외형, 단열성능, 방수 효과로 한국에서 선호되는 외장재다. 치장벽돌벽은 주택, 학교시설 등 다양한 건물에서 사용된다. 치장 벽돌벽은 연결철물과 못, 칼블럭 등을 사용하여 지지벽에 연결된다. 연결철물은 수평방향 하중을 치장 벽돌벽에서 지지벽으로 전달한다. 이때 치장 벽돌벽의 자중은 기초 또는 연장된 슬래브, 또는 지지벽에 연결된 앵글을 통해 지지벽으로 전달된다. 최근 한국에서 발생한 두 차례의 지진에서 진원진 인근 건물에서 외부 치장 벽돌벽이 심하게 파손되었다. 이에 따라 건축물 내진설계 기준에 외부 치장 벽돌벽에 대한 내용이 포함되었다. 이 기준에서, 외부 치장 벽돌벽은 사양설계를 만족하도록 연결철물을 배치하거나 역학 원리에 부합하도록 치장 벽돌벽의 강도와 지진하중을 계산하여 설계하도록 하고 있다. 사양설계의 내용을 검증하기 위하여 나무 샛기둥과 강재 샛기둥에 연결된 치장 벽돌벽의 성능 실험이 진행되었지만 콘크리트벽체에 연결된 치장 벽돌벽의 성능실험은 진행되지 않았다. 따라서 기준에서 제시한 내진설계의 적합성을 검증하기 위해 콘크리트 벽체에 연결된 치장 벽돌벽의 성능을 평가하기위한 실험이 필요했다. 본 연구에서는 치장 벽돌벽의 성능을 평가하는 데 필요한 실험 단위를 조사하귀 위해 구조체 정착부 뽑힘실험, 연결철물 뽑힘실험, 치장 벽돌 유닛 반복하중실험, 치장 벽돌벽체 반복하중 실험을 수행하였다. 치장 벽돌 유닛 실험체는 치장벽돌벽의 연결철물 연결부를 재현하였으며 벽돌 2개, 연결철물 1개, 그리고 콘크리트 블록으로 구성되었다. 치장 벽돌벽체 실험체는 외부 치장 벽돌벽, 16개의 연결철물, 콘크리트 지지벽으로 구성되었다. 실험의 변수는 연결철물의 종류, 단열재의 사용여부 및 연결철물의 고정 방법이었다. 구조체 정착부 뽑심실험과 연결철물 뽑힘실험의 결과로 치장 벽돌 유닛 반복하중 실험의 결과를 예측하였다. 단열재를 사용한 경우 벽돌 유닛 반복하중 실험체의 강도는 현저히 감소되었다. 치장 벽돌벽체 반복하중실험에서는 균일하지 않은 힘 분포로 인해 치장 벽돌벽의 최대 강도는 설치된 벽돌 유닛의 강도의 합의 약 절반으로 감소하였다. 벽돌 유닛 반복하중 실험 결과에 근거하여, 연결철물 시스템의 강도를 제안하였다. 두 가지 실험 결과를 바탕으로 외부 치장 벽돌벽의 강도가 제안되었다.

The brick masonry wall is the preferred cladding material in Korea due to its appealing appearance, thermal performance and prevention of water penetration. It is used in various buildings such as housing, school facilities, etc. The brick masonry wall have been connected to the backing by using connectors and mechanical fasteners. These anchors transfer the lateral load from external wall to the backing. In the brick masonry wall, the gravity load of the brick masonry wall is supported by the base or extended slab or shelf steel angle. The lateral load acting on the masonry wall is transferred to the backing through the mechanical fasteners and connectors. In recent two earthquakes in South Korea (M5.8 in 2017 and M5.4 in 2016), exterior non-structural brick masonry wall severely damaged in many buildings nearby the epicenter of the earthquakes. Therefore, the specifications for exterior brick masonry wall included to the Seismic Building Design Code. In this code, exterior brick masonry wall can designed by fallowing the prescriptive requirements or calculating the demand and the capacity of the exterior brick masonry wall using principles of mechanism. There were performance tests for brick stud backing and steel stud backing to verify this code, but there were no tests on concrete backing. Therefore, tests were necessary to evaluate the performance of the brick masonry wall on concrete backing in order to verify the suitability of seismic design. In this paper, flexural test for the masonry and the pullout test was carried out for the mechanical fasteners and the embedded end of connectors to investigate the lowest unit necessary to evaluate the performance of the masonry veneer wall. Cyclic loading test for masonry unit and cyclic loading test for masonry wall assembly were performed to investigate the seismic capacity of exterior brick masonry wall. The masonry unit specimen reproduced the local part of the masonry veneer wall and consisted of two bricks, a connector and a concrete block. Masonry wall assembly consisted of masonry wall, 16 connectors, and concrete backing wall. The test parameters were type of connector, use of insulator, and the connector fixing method. In the masonry unit test, the peak strength was estimated by material test results. However, insulator significantly decreased the peak strength. In the masonry wall test assembly, the peak strength of masonry wall was reduced to about half of the sum of masonry unit strength due to non-uniform force distribution. Based on the cyclic loading test for masonry unit, an anchorage system strength was proposed. Based on the both test results, the strength of exterior non-structural masonry wall was proposed.