비구조 내진설계 : 천장 구조물 (Suspended Ceiling)

1. 목적

천장 타일 시스템(Suspended Ceiling)은 사무실, 상업시설, 병원, 데이터센터 등에서 널리 사용되는 비구조 천장 시스템입니다. T-Bar 그리드에 천장 타일을 얹는 방식으로 구성되며, 조명 기구, 스프링클러 헤드, 공조 덕트 등을 천장 내부 공간에 수용할 수 있어 설비 유지보수와 미관 확보에 유리한 장점이 있습니다.

지진이 발생하면:

• 천장 타일이 흔들리면서 탈락, 낙하할 위험
• 무거운 조명 기구, 덕트 환기구가 지붕이나 상층 바닥에 제대로 연결되지 않으면 추락
• 낙하한 천장이 소방 스프링클러 헤드를 타격하여 건물 침수 발생 가능
• 이로 인해 인명 피해, 업무 중단, 설비 파손으로 이어질 수 있습니다.

1994년 노스리지 지진 동안 많은 건물이 광범위한 비구조적 내부 손상을 입었으며, 천장 그리드와 타일의 일부가 떨어졌습니다.

따라서 천장 시스템의 내진설계 주요 목적은 다음과 같습니다.

1. 천장 타일 탈락 및 낙하 방지
2. 그리드 프레임의 변형 및 탈락 방지
3. 조명 기구·스프링클러·덕트 등 부착 설비의 안정적 고정 확보
4. 대피 경로(출입구·복도·계단) 확보 및 2차 피해 차단

2. 천장 시스템의 구성 요소

천장 타일 시스템은 일반적으로 다음 요소로 구성됩니다.

• Main Runner (메인 러너) : 천장 그리드의 주요 수평 부재로, 행거 와이어에 의해 상부 구조에 매달림
• Cross Tee (크로스 티) : 메인 러너에 직교하여 연결되는 보조 부재
• Hanger Wire (행거 와이어) : 상부 구조체에서 메인 러너를 매다는 철사 (No. 12 게이지)
• Ceiling Tile (천장 타일) : 그리드 위에 얹히는 상부 마감재
• Wall Angle (월 앵글) : 벽면에 고정되어 천장 그리드의 가장자리를 지지하는 L형 부재

3. 재료 및 설치 방법

1) 재료 (Materials)

• 행거 와이어 : No. 12 게이지 철사
• 조절 가능한 압축 스트럿 : 스플레이 와이어 중심에 설치하여 상향력 저항
• 천장 패널 클립 : 타일을 그리드에 고정하여 탈락 방지
• 아이 볼트 및 확장 인서트 : 9.5mm(3/8인치) 직경, 상부 구조체에 고정
• 고정재 : 기계식 앵커 (포스트 텐션 슬래브 시 철근 위치를 파악하여 간섭 회피)

2) 설치 방법

1. 스플레이 철사 설치 – 3.6m(3,600mm) 간격으로 네 방향(대각선)으로 철사를 설치
2. 압축 스트럿 부착 – 스플레이 철사의 중심에 위치시킨 후 상부 구조에 부착
3. 천장 타일 클립 설치 – 출입구, 복도, 계단 등 대피 경로 구간에 클립을 설치하여 타일 탈락 방지
4. 벽면 간격 확보 – 천장 시스템과 벽 사이에 최소 12.7mm(1/2인치) 간격을 확보하여 지진 시 충돌 방지

4. 지진 시 천장 시스템에 발생하는 문제점

지진 시 비구조요소는 건물의 실제 흔들림보다 더 큰 상대 변위를 겪는 경우가 많습니다. 천장 타일 시스템에서는 다음과 같은 문제가 발생합니다.

1. 타일 탈락 및 낙하 – 타일이 그리드 프레임에 느슨하게 고정되어 있으면 흔들림에 의해 떨어짐
2. 그리드 프레임 변형·탈락 – 대각선 브레이싱과 압축 스트럿이 없으면 그리드 전체가 뒤틀리거나 탈락
3. 부착 설비 추락 – 조명 기구, 덕트 환기구가 최소 두 개의 철사로 고정되지 않으면 추락 위험
4. 스프링클러 헤드 타격에 의한 침수 – 탈락한 천장 부재가 스프링클러 헤드를 타격하여 물이 방출, 건물 침수 발생

5. 내진 보강 방법

천장 시스템의 지진 피해를 방지하기 위한 보강 방법은 다음과 같습니다.

1) 철사 행거 및 브레이스 추가

• 대각선 스플레이 와이어 : 3.6m 간격으로 네 방향에 설치하여 수평력에 저항
• 압축 스트럿 : 스플레이 와이어 중심에 설치하여 상향력에 저항
• 조명 기구 개별 고정 : 각 조명 기구를 최소 두 개의 철사로 상부 구조에 직접 고정

2) 천장 타일 클립 설치

• 출입구, 복도, 계단 등 대피 경로 구간에 천장 타일 클립을 설치
• 지진 시 타일이 흔들려 탈락하는 것을 방지

3) 벽면 간격 확보

• 천장 시스템과 벽 사이에 최소 12.7mm(1/2인치) 간격 확보
• 지진 시 천장이 벽에 부딪혀 그리드가 손상되는 것을 방지

특히 병원, 데이터센터, 방송국, 대형 상업시설 등은 천장 시스템 붕괴가 대피 경로 차단, 설비 파손, 침수 피해로 이어질 수 있어 필수 내진 대상입니다.

천장 타일 시스템은 지진 시 타일 낙하, 그리드 변형, 설비 추락, 스프링클러 침수 등 2차 피해로 이어질 가능성이 높아 내진설계가 필요합니다. 당사는 KDS·ASCE 등 국제 기준에 기반하여 설계·시공 검토 및 현장 맞춤형 내진 보강 솔루션을 제공합니다.