철골구조 계획 기본기 다지기

수정일 : 2020. 01. 04

건축설계의 기본단계에서 Span 과 슬래브의 방향을 결정하는 일은 기둥의 배치와 철골기둥의 방향을 결정하는 중요한 단계이다. 이는 건물의 전체적인 공간 구성과 연관이 있기 때문에 이 단계에서의 결정 방향이 합리적이고 효율적인 공간 사용을 위해 매우 중요한 단계이다. 

그래서 구조 평면을 계획할 때 전체 프레임은 기본적인 원칙을 기준으로 접근한다.

기본원칙 : 작은보(집중하중)가 걸리지 않으면 장스팬 (등분포 하중이 많이 걸리는 보)방향으로 강축이 형성된다.

• 예를 들어 좌우방향 스팬이 7m이고 상하 방향 스팬이 12m라면 강축방향은 긴 방향인 12m 방향이다.
• 그러나 보통 작은보(집중하중)가 없이 설계하는 경우는 드문 경우 이므로 대부분의 경우 작은보 방향이 강축이 된다. 
• 결국 건물 Girder에 의한 단위 Span 이건, Girder-Beam 에 의해 단위 Span 이 분할 된 상황이건 1방향 슬래브의 긴 방향으로 장축이 형성 된다고 보면 된다. 장축은 힘을 받는 축이고 축에 직각방향 부재가 힘을 받는 부재다
• 기본원칙 이유 
• 슬래브가 등분포 수직하중을 받을 때 4변의 수평부재는 각 위치에서 동일하게 분산된 수직하중을 받는다. 분산된 단위 수직하중을 1로 볼때 단변:장변=1:2 라고 가정하면 단변이 받는 수직하중:장변이 받는 수직하중 = 1:2 가 된다. 따라서 장변이 단변보다 받는 총 수직하중은 2배이다.
• ‘강축’ 의 뜻
• H-beam 에서 힘을 견뎌내는 부분은 플랜지 이다.  따라서 H-beam 의 강축은 플랜지에 수직한 방향 이다. 축은 곧 방향을 의미 한다. 이처럼 ‘강축’ 이란 "힘을 더 잘 받아 낼 수 있는 방향” 이라는 뜻이다.
• 슬래브 방향에서의 강축 또한 힘을 더 잘 받아낼 수 있는 방향의 의미로 생각해 보면 장변 보다는 단변이 더 잘 받아낼 수 있다는 것을 직관적 으로도 알 수 있을 것이다.
• 따라서 힘을 잘 받아낼 수 있는 단변쪽으로 향하는 방향이 ‘강축’ 이 된다. 즉 단변에 수직한 방향이 ‘강축’ 이 된다.
• 그래서 강축의 방향은 장변과 나란한 방향이 되는 것이다.

‘강축’ 에 대한 의미를 다시 정리 해 보자.

• 부재의 입장에서 : 부분. 힘을 더 잘 받을 수 있는 부분. H빔은 플랜지, 슬래브는 단변
• 힘의 입장에서 : 방향. 힘을 더 잘 받을 수 있는 방향. H빔은 플랜지 수직방향, 슬래브는 단변 수직방향
• 결론 : 강축면(변) 은 플랜지(단변) 이고 강축방향은 플랜지(단변) 에 수직한 방향이다.
• 이렇게 기억 해 보자.
• H빔에서 강축을 생각할 때 : 부분 은 플랜지 이고 방향(강축)은 플랜지에 직각방향이다.
• 슬래브에서 강축을 생각할 때 : 부분은 단변 이고 방향(강축)은 단변에 직각방향이다.

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1. 기둥의 위치결정 - 하중의 분포에 따라 철골기둥의 방향성 결정이 중요하다.

    기본적으로 RC조와 동일한 원칙 

    RC조보다 장스팬으로  계획한다.

    원칙은 작은보(집중하중)가 걸리지 않으면 장스팬(등분포하중이 많이 걸리는 보)방향으로 강축이 형성된다.

     

    작은보(집중하중)가 걸리는 경우 강축방향의 건축설계 실무 판단법

    장스팬이 단스팬의 2배길이 이상일 경우(1방향 슬래브) - 단스팬에 집중하중이 걸리더라도 장스팬보 방향으로 강축방향이라 볼수 있다.

    장스팬이 단스팬의 2배길이 미만일 경우(2방향 슬래브) - 단스팬에 집중하중이 걸리면 단스팬보 방향으로 강축방향이라 볼수 있다.

    결과적으로 강축방향이 설정된다는 것은 1방향슬래브라는 해석.

   

    작은보가 걸리는 단스팬보의 하중(집중하중)이 큰지, 장스팬보 방향의 하중(등분포하중)이 큰지는 구조계산을 해야 정확히 알수 있다. 

    

2. 큰보와 작은보의 방향

•      큰보는 기둥을 연결한 부재
•      작은보는 단스팬 방향의 큰보에 걸쳐지는 형상(합리적,경제적 설계)

     

경량판넬지붕의 경사지붕에서 용마루에 작은보 설치한다.(창고 ,공장) - 판넬지지용 C형강(중도리) 간격 보통 900~1200 설정

     합성스라브 두께150인 경우 작은보 최대지지거리 3600이하로 설정

     보방향은 일반적으로 통일시킨다. ∵데크의 방향성도 통일됨

 

3. 가새(BRACE) - 철골구조의 기둥과 보만의 조립구조는 횡하중(지진.풍하중)에 약한 구조이다.

                          옆에서  강한힘으로 밀게되면 기둥과 보가 비틀어지면서 넘어지게된다.

                          그러므로 가새는 횡하중에 저항할수 있도록 잡아주는 부재(가새)로 반드시 설치한다.

       수평가새는 경량판넬 지붕구조인 경우에만 설치하며, 지붕골조 외곽부에 돌아가며 X자 형태로 폐합이 되도록 설치

       합성데크스라브는 횡력에 저항하는 구조이므로 수평가새를 설치할 필요없다.

 

       수직가새는 RC전단벽과 평행축선상이 아닌 벽면(철골기둥사이에 X자 형태로 대칭 배치) 에 설치

       ∵평행축선상에 횡력은 RC전단벽이 저항한다. 

 

4. 접합형식

     기둥과 보는 강접

     보와 보는 핀접

     RC조와 SS조의 접합부는 핀접

     캔틸레버보 강접

     주각부는 앵커볼트가 

• 철골기둥 외곽선범위 안(플랜지 안, 웨브 양쪽)에 있으면 핀접, 
• 외곽선범위 밖(플랜지 밖)으로 있으면 강접

 

  쉽게 말해 강접 Rigid joint(고정지점)은 항복하중에 의해 접합된 부위의 각도(90˚) 를 유지하는 접합으로 철골 부재가 휘게 유도되는 접합

  핀접 Hinge joint(회전지점)은 항복하중에 의해 접합된 부위의 각도가 변하면서 철골부재는 휘지 않는 접합

 

  강하게 접합된 것은 강접 약하게 접합된 것은 핀접이라는 뜻으로 해석하여

  용접은 일체화된 강접.

  볼팅접합은 핀접 혹은 강접 - 웨브와 플랜지 모두 볼팅접합하면 강접이 되고  웨브만 볼팅접합하면 핀접이 된다.

                                         웨브와 플랜지하부는 볼팅접합하고 플랜지상부는 용접하면 강접

                                          (∵데크 플레이트 or 철제 그레이팅 설치를 위해 플랜지 상부는 용접하여 평평하게 한다.)

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