강구조계산 (출처 : 철골구조 /예문사)

강구조계산 (출처 : 철골구조 /예문사)

 

1. 구조계획에 의해 골조의 구성방법이 결정되면 다음 순서로 구조계산을 진행함

1) 구조해석에 의해 각 부재에 발생되는 휨모멘트, 전단력, 축방향력을 구해야 함. 구조해석을 수행하기 위해서는 구조부재의 단면을 가정해야 하며, 능숙한 엔지니어일수록 정확도가 높게 구조단면을 가정함.

2) 구조해석 모델이 완성되고 프로그램을 이용하여 단면력이 산정되면, 가정한 단면으로 이를 지탱할 수 있는 지 확인함. 이러한 과정도 프로그램의 발전에 의해 빠르게 수행할 수 있음. 내력이 모자란 부재는 그 원인을 확인한 후, 단면을 조정함.

3) 단면이 모두 구조해석 결과를 만족하는 경우, 세부 접합부의 설계를 진행함. 철골구조의 접합부는 제작 및 시공이 편리할 수 있도록 계획하여야 함.



2. 강구조설계 및 계산상 주의사항

철골구조는 강재의 강도가 매우 높은 수준이므로 부재를 구성하고 있는 플레이트이 두께가 작은 경우가 일반적임. 따라서 처짐 및 진동 등의 장애가 발생될 지에 대해서도 검토가 이루어져야 함.

경제적인 철골조의 구조계획이 되기 위해서는 다음과 같은 사항을 고려해야 함.


1) 강재의 강도

고강도 강재를 사용하는 것이 강재량을 절감할 수 있으며, 제작 및 설치비용도 줄일 수 있음. 

 

그러나, 처짐 및 진동 등의 사용성이 지배하는 장스팬 구조의 경우에는 고강도 강재를 적용하는 것이 비합리적일 수 있음.


2) 부재의 수

부재의 수가 많아지면 제작 및 설치 비용은 증가하지만, 강재량의 경우에는 강재량이 줄어들 수 있음. 예를 들면, 장스팬 보의 경우, 단일 형강보를 사용하는 것보다 트러스로 계획하는 것이 강재량이 줄어 듬


3) 모멘트 접합부의 수

접합부를 전단접합보다는 모멘트 접합으로 하는 것이 구조적으로 유리하기 때문에 강재량을 줄일 수 있지만 제작설치 비용은 증가되기 때문에 신중히 계획하는 것이 바람직함.


4) 동일한 단면의 형강 사용

단면을 세분화하지 않고 가급적 동일한 단면을 사용하는 경우, 강재량은 증가하게 됨. 예를 들며, 스팬이 12m인 보와 스팬이 10m인 보를 동일한 형강으로 계획하는 경우, 작업의 단순화 및 제작설치 비용은 줄일 수 있지만 강재량이 증가로 인해 재료비는 상승하게 됨.

간단한 구조물의 경우에는 재료비보다는 제작 설치시의 인건비가 지배하지만, 대규모 구조물인 경우에는 재료비가 지배하기 때문에 경제적인 판단이 매우 필요함.


5) 압연형강과 용접형강

용접형강을 사용하는 경우의 설치비는 큰 차이가 없지만, 제작단가가 많이 증가하기 때문에 일반적으로 비경제적임. 즉, 강재량 절감을 통해 얻어지는 비용보다 제작단가의 비용증가가 커지게 됨.