못과 나사의 인발 공식은 지수 하나가 다릅니다

이것은 경험적 극한 시험값이지 설계 하중이 아니며, 이 페이지는 시공, 구조, 체결 부품 선정에 관한 어떤 조언도 하지 않습니다. 이 장 스스로도 측방 하중 설계가 경험적 방법에서 1991년 설계 사양에 채택된 항복 모델 이론으로 넘어갔다고 적고 있으며, 저희는 그 사양도, 어떤 건축 법규도 읽지 않았습니다. 질문은 공개된 주택 수리 질문 사이트에서 공개 인터페이스를 통해 가져왔습니다. 이 사이트가 평소 쓰는 브라우저 도구를 또다시 쓸 수 없었기 때문입니다. 저희는 질문만 읽고 답변은 읽지 않았으며, 여기에는 어떤 사용자 이름도 나오지 않습니다.

문서가 숨어 있던 곳

몇 번의 시도가 들었으므로 기록해 둘 만합니다. 체결에 관한 핸드북의 장은 미국 산림청(United States Forest Service)의 한 서버에 있는데, 저희가 시도할 때마다 그 서버는 거부 응답을 돌려보냈습니다. 산림청의 다른 서버가 같은 장을 제공하며 거부하지 않습니다. 출판물 페이지가 정상적으로 열리고 직접 내려받기 링크가 있으며, 그 링크도 작동합니다.

이 장은 30쪽 분량으로 제목은 Fastenings이고, 이름이 밝혀진 연구 일반 엔지니어(Research General Engineer)가 저자이며, 못, 대못, 스테이플, 드리프트 볼트, 목재용 나사, 래그 스크루, 볼트를 다룹니다. 이 사이트는 이 핸드북을 이전에 세 번 인용했습니다. 두 번은 목재를 지목하는 선행 구멍 규칙 때문이었고 그 규칙도 바로 이 장에서 나왔으며, 한 번은 마찰 수치 때문이었습니다. 인발 공식과 측방 공식은 여기서 처음 쓰는 것이며, 이 페이지의 새로운 내용은 모두 거기서 나왔습니다.

지수 하나의 차이

건조재의 측면 목리, 또는 젖은 상태로 유지되는 생재의 측면 목리에 박은 무도금 일반 철선 못의 최대 인발 하중은 미터 단위로 p = 54.12 G^5/2 D L, 인치·파운드 단위로는 7,850 G^5/2 D L입니다. L은 끝을 받는 부재 안으로의 관입 깊이, D는 못 지름, G는 전건 중량과 함수율 12% 때의 부피를 기준으로 한 비중입니다.

건조재의 측면 목리에 박은 목재용 나사의 극한 시험값은 미터 단위로 p = 108.25 G² D L, 인치·파운드 단위로는 15,700 G² D L입니다. 여기서 D는 생크 지름이고 L은 나사부의 관입 길이이므로, 못 공식의 L과 같지 않습니다. 이 장은 나사 값이 5~10분 안에 극한 하중에 도달하는 것을 기준으로 한다고 밝힙니다.

하나를 다른 하나 위에 놓고 나누면 거의 모든 것이 약분됩니다. 저희 계산으로는 그 비가 2를 비중의 제곱근으로 나눈 값입니다. 인치·파운드 단위에서는 계수가 정확히 나누어떨어집니다. 15,700을 7,850으로 나누면 2입니다. 미터 단위에서는 같은 나눗셈이 2.0002를 주는데, 이는 반올림 때문입니다.

따라서 이 비교는 체결 부품의 크기와는 전혀 무관하고, 목재에만 달려 있습니다.

• G = 0.35에서 나사 값은 못 값의 3.38배
• G = 0.42에서 3.09배
• G = 0.50에서 2.83배
• G = 0.68에서 2.43배

저희는 이 숫자들을 일부러 특정 수종에 연결하지 않습니다. 이 장은 수종별 표를 저희가 읽지 않은 다른 장에서 찾으라고 하므로, 위의 값은 그럴듯한 범위에 걸쳐 대입한 결과일 뿐입니다.

흥미로운 것은 결과의 형태입니다. 나사는 모든 경우에 앞서며, 가장 가벼운 목재에서 가장 크게 앞섭니다. 목재가 조밀해질수록 차이는 좁아지며, 비중이 4가 되어야 비로소 사라지는데 그런 목재는 없습니다. 못을 옹호할 근거가 무엇이든, 직접 인발은 아닙니다.

나사가 더는 이득을 보지 못하는 곳

이어서 이 장은 나사에 대한 자체 한계를 제시하는데, 좋은 한계입니다. 인발 하중은 다른 무언가가 먼저 버티지 못할 때까지만 관입 깊이에 따라 커집니다. “나사는 목재로부터의 인발 강도가 나사의 강도를 넘어서면 인장으로 파괴된다. 인장 파괴를 일으키는 한계 길이는 목재 밀도가 높아질수록 짧아진다…”(번역)

그리고 이 장이 거기서 이끌어 내는 결론: “따라서 표준 나사의 긴 길이는 조밀한 활엽수재에서는 불필요하다.”(번역)

이것은 주의 사항이 아니라 실제 경계입니다. 조밀한 목재에서 일정 길이를 넘으면 공식은 더 이상 이음부를 설명하지 못합니다. 이음부가 목재의 문제가 아니라 강재의 문제가 되기 때문입니다. 이는 또한 밀도에 따라 비가 좁아지는 것이 처음 보기보다 중요한 이유를 설명해 줍니다. 나사의 여유가 가장 작은 목재에서, 강도가 먼저 바닥나는 것도 나사이기 때문입니다.

이웃한 수치 하나도 알아 둘 만합니다. 이 장에 따르면 흔히 판금 나사라고 부르는 A형 태핑 나사는 지름과 나사부 길이가 비슷한 목재용 나사보다 인발 저항이 약 10% 크며, 그 비는 조밀한 목재에서 1.16, 가벼운 목재에서 1.05입니다. 이는 못과의 비교와 반대 방향의 경향이며, 지수의 영향보다 작습니다.

마구리면의 세 가지 다른 감점

마구리면에서는 이 장이 깔끔함을 잃는데, 그 어수선함이 오히려 많은 것을 알려 줍니다. 세 가지 체결 부품과 하중 방향에 대해 세 가지 다른 답을 내놓습니다.

• 못, 측방. 마구리면에서 측방 변위에 대한 최대 저항은 측면 목리의 약 3분의 2입니다. 평균 비례 한도 하중은 거의 같아 보이지만, 개별 결과는 더 불규칙하고 최소 하중은 측면 목리 값의 75%에 겨우 근접합니다
• 나사, 인발. 마구리면에서의 하중은 다소 불규칙하지만, 쪼개짐을 피한다면 평균적으로 측면 목리 하중의 75%가 되어야 합니다
• 래그 스크루. 마구리면에 사용해서는 안 됩니다. 측방 하중에서 쪼개짐이 생길 수 있기 때문입니다. 그래도 사용한다면 하중은 측면 목리 측방 값의 3분의 2로 잡아야 합니다

3분의 2, 75%, 그리고 금지. 셋 중 둘에서 이 장이 숫자보다 불규칙하다는 말을 먼저 꺼낸다는 점에 주목하십시오. 이는 평균을 설계 기준으로 삼아서는 안 된다는 뜻입니다.

다른 공식에는 길이가 없습니다

구조적 차이가 하나 더 있으며, 이 장이 원래 질문에 가장 가깝게 답하는 대목일지도 모릅니다. 측면 목리에 박은 목재용 나사의 측방 저항에 대한 1991년 이전의 경험식은 p = K D²이며, D는 생크 지름, K는 수종에 따라 달라지는 계수입니다.

길이 항이 없습니다. 이 공식은 끝을 받는 부재로의 관입 깊이가 생크 지름의 7배 이상이고, 두 부재의 밀도가 대략 같으며, 측면 부재의 두께가 관입 깊이의 약 절반일 때 적용됩니다. 그 문턱을 넘으면 이 관계에서는 나사를 더 넣어도 측방 용량이 더 커지지 않으며, 예상 미끄럼은 0.18~0.25밀리미터로 제시됩니다.

이것을 길이에 대해 선형인 인발 공식 옆에 놓으면, 두 하중 방향이 전혀 다른 것을 보상한다는 사실이 드러납니다. 인발은 깊이에 보상하고, 측방은 지름에 보상합니다. 두 체결 부품 종류를 비교하면서 먼저 어느 방향으로 하중을 거는지 말하지 않는다면, 질문을 완전하게 한 것이 아닙니다.

이것이 정리하는 것과 정리하지 못하는 것

• 두 인발 공식은 형태가 같고 비중의 지수만 다릅니다. 못은 5/2, 나사는 2입니다
• 저희 계산으로 나사 대 못의 비는 2를 비중의 제곱근으로 나눈 값입니다. 인치·파운드 계수는 정확히 나누어떨어집니다
• 나사는 모든 경우에 앞서며, 가장 가벼운 목재에서 가장 크게 앞섭니다. 비중 0.35에서 약 3.4배, 0.68에서 약 2.4배입니다
• 나사에도 자체 상한이 있습니다. 목재가 나사보다 강하게 붙잡으면 나사는 인장으로 파괴되며, 이 장은 조밀한 활엽수재에서 추가 길이가 불필요하다고 말합니다
• 마구리면에는 세 가지 다른 감점이 있습니다. 못의 측방은 3분의 2, 나사의 인발은 75%, 래그 스크루는 아예 사용해서는 안 됩니다
• 나사의 측방 저항에는 길이 항이 없습니다. 관입이 생크 지름의 7배를 넘으면 그렇고, 인발은 길이에 대해 선형입니다
• 이 중 어느 것도 설계값이 아닙니다. 경험적 극한 시험 관계이며, 이 장은 측방 설계가 1991년에 항복 모델 이론으로 넘어갔다고 말합니다
• 여기서는 어떤 수종에도 비중을 부여하지 않습니다. 수종별 표가 저희가 읽지 않은 장에 있기 때문입니다
• 이 페이지는 시공, 구조, 선정에 관한 어떤 조언도 하지 않으며, 무엇에 못을 쓰고 무엇에 나사를 쓸지 답하지 않습니다

정직하게 요약하면, 제기된 그대로의 질문은 인발 공식으로 정리할 수 없습니다. 인발 공식은 한쪽 방향으로 단호하게 답하기 때문입니다. 못을 옹호할 근거가 있다면, 그것은 이 두 줄이 닿지 않는 곳에 있습니다. 하중 이후에 일어나는 일, 쪼개짐, 비용, 얼마나 버티느냐가 아니라 어떻게 파괴되느냐에 있습니다. 공식이 실제로 정리하는 것은 더 작지만 간직할 만합니다. 답은 목재의 속성이며, 그 밀도의 제곱근에 따라 움직입니다.

이 관계들은 하나같이 건전한 목재에 새로 뚫은 구멍을 다룹니다. 같은 장이 이미 파손된 구멍에 대해 말하는 것은 아무것도 없습니다.

이 글은 1단계: 모재를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

직접 인발에는 못과 나사 중 어느 쪽이 더 잘 버팁니까?

목재 핸드북 체결 장의 경험식에 따르면 나사이며, 차이도 큽니다. 못 공식은 비중의 5/2제곱에, 나사 공식은 비중의 제곱에 비례하므로, 하나를 다른 하나로 나누면 2를 비중의 제곱근으로 나눈 값이 나옵니다.

차이는 얼마나 됩니까?

저희 계산으로 비중 0.35에서 약 3.4배, 0.42에서 약 3.1배, 0.50에서 약 2.8배, 0.68에서 약 2.4배입니다. 수종별 표가 저희가 읽지 않은 장에 있으므로, 이 수치를 특정 수종에 연결하지 않습니다.

그 우위는 체결 부품의 크기에 따라 달라집니까?

이 비교에서는 그렇지 않습니다. 두 공식을 나누면 지름과 길이가 약분되어 목재의 비중만 남습니다. 다만 두 공식이 같은 길이를 쓰지 않는다는 점에 유의하십시오. 못 공식은 끝을 받는 부재 안의 관입 깊이를, 나사 공식은 나사부의 관입 길이를 씁니다.

긴 나사가 항상 더 좋습니까?

아닙니다. 이 장도 그렇게 말합니다. 목재의 인발 강도가 나사의 강도를 넘어서면 나사는 인장으로 파괴되고, 밀도가 높아질수록 한계 길이는 짧아지며, 이 장은 표준 나사의 긴 길이가 조밀한 활엽수재에서는 불필요하다고 결론짓습니다.

마구리면에서는 어떻게 됩니까?

세 가지가 다릅니다. 마구리면에 박은 못은 측면 목리의 약 3분의 2에 해당하는 측방 저항을 가지며, 최소 하중은 75%에 겨우 근접하고 결과는 더 불규칙합니다. 마구리면에서의 나사 인발은 쪼개짐을 피한다면 평균적으로 측면 목리 하중의 75%가 되어야 합니다. 그리고 래그 스크루는 측방 하중에서 쪼개짐이 생길 수 있으므로 마구리면에 아예 사용해서는 안 됩니다.

관입 깊이는 측방 저항에도 도움이 됩니까?

목재용 나사에 대한 1991년 이전의 경험적 관계에서는 그렇지 않습니다. 그 공식은 수종 계수에 생크 지름의 제곱을 곱한 것으로 길이 항이 없으며, 관입이 생크 지름의 7배 이상에 이르면 적용됩니다.

이것이 설계값입니까?

아닙니다. 경험적 극한 시험 관계입니다. 이 장은 측방 저항값이 경험적 방법에서 1991년 설계 사양에 채택된 항복 모델 이론으로 넘어갔다고 밝히며, 이 페이지는 그 사양도, 어떤 건축 법규도 읽지 않았습니다.

목재에 쓰는 판금 나사는 어떻습니까?

이 장에 따르면 A형 태핑 나사는 지름과 나사부 길이가 비슷한 목재용 나사보다 인발 저항이 약 10% 크며, 그 비는 조밀한 목재에서 1.16, 가벼운 목재에서 1.05입니다.

그렇다면 못은 언제 더 낫습니까?

이 페이지는 그 질문에 답하지 않으며, 인발 공식도 그것을 뒷받침하지 않습니다. 그런 경우가 있다 해도 직접 인발에는 없으며, 저희는 둘 사이의 선택에 대해 조언하지 않습니다.

참고 자료

• Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, General Technical Report FPL-GTR-190, Chapter 8, Fastenings, by Douglas R. Rammer, Research General Engineer. Forest Products Laboratory, USDA Forest Service. 30쪽, 무료 전문
• 공개된 주택 수리 질문 사이트의 해당 질문. 82표, 답변 12개

이 장은 전문을 내려받아 못과 목재용 나사 부분, 마구리면 규정, 측방 저항 관계를 읽었습니다. 이 사이트는 이 핸드북을 이전에 세 번 인용했습니다. 두 번은 바로 이 장에서 나온 선행 구멍 규칙 때문이었고 한 번은 마찰 수치 때문이었습니다. 인발 공식과 측방 공식은 여기서 처음 사용했으며, 선행 구멍 규칙은 되풀이하지 않고 링크로 연결했습니다. 다음은 이 장의 기술이 아니라 저희의 계산입니다. 나사 공식을 못 공식으로 나누면 2를 비중의 제곱근으로 나눈 값이 된다는 것, 인치·파운드 계수는 정확히 나누어떨어지지만 미터 계수 쌍은 반올림 때문에 2.0002가 된다는 것, 그리고 비중 0.35, 0.42, 0.50, 0.68에 대해 제시한 네 비율입니다. 어떤 특정 수종에도 비중을 부여하지 않았습니다. 수종별 표가 읽지 않은 장에 있기 때문입니다. 이 공식들은 경험적 극한 시험 관계이며 설계 하중이나 허용 하중이 아닙니다. 이 장 스스로도 측방 설계가 1991년 설계 사양에 채택된 항복 모델 이론으로 넘어갔다고 기록하고 있으나 그 사양은 여기서 읽지 않았고, 건축 법규도 참조하지 않았습니다. 두 인발 공식은 길이를 같은 방식으로 정의하지 않으며, 이는 얼버무리지 않고 위 본문에 밝혔습니다. 이 페이지는 시공, 구조, 설치, 선정에 관한 어떤 조언도 하지 않으며, 무엇에 못을 쓰고 무엇에 나사를 쓸지 말하지 않습니다. 어떤 브랜드도 언급하지 않습니다. 질문은 이 사이트가 평소 쓰는 포럼 도구가 아니라 공개된 주택 수리 질문 사이트에서 가져왔으며, 그 도구는 여전히 쓸 수 없습니다. 저희는 질문만 읽고 답변은 읽지 않았으며, 여기에는 어떤 사용자 이름도 나오지 않습니다.