철골보의 캠버(Cambr, 치올림)와 Sweep (출처 : 핵심구조상식)

철골보의 캠버(Cambr, 치올림)와 Sweep (출처 : 핵심구조상식)

 

철골보나 철골트러스에서 부재의 처짐/변형이 건물이 사용성 등에 문제를 야기할 우려가 있는 경우 캠버(Camber)나 스윕(Sweep)을 두어 처리할 수 있음. 이에 대한 AISC의 관련 규정을 소개함.


1. 철골보의 Camber와 Sweep

1) Camber : 부재의 수직면에 대한 곡선

2) Sweep : 부재의 수평면에 대한 곡선 
   - 철골 부재의 공장 제작시 자연적으로 발생하는 Natural Mill Camber / Sweep과 필요에 의해 인위적으로 발생시킨 Induced Camber / Sweep이 있음.

캠버와 스윕의 측정 방법

 

2. 일반사항

1) Camber의 시공

- 경간에 비해 보의 춤이 작아 큰 처짐이 예상되는 경우, 트러스 부재 등의 자중이 커서 부재의 조립 과정 중 큰 처짐이 예상되는 경우 등에 대하여 Camber를 두어 설계 처짐량을 줄일 수 있음.

- 동일한 춤의 부재를 사용하면서 예상되는 설계 처짐을 줄여 경제적인 구조설계가 될 수 있지만, 캠버의 제작 비용이 추가로 소요되므로 비용의 합리성을 고려해야 함.

- 주로 건축적인 이유로 사용되며, 활하중 처짐이나 바닥 진동을 방지하는 것은 아님.

 

2) Camber/ Sweep의 제작방법 (미국 기준)

(1) 냉간가공 (Cold Bending)

- 일반적으로 부재 양쪽을 고정하고 경간 사이에 항복점 이상의 하중을 가해 영구 변형을 발생시킴
- 공장의 장비에 따라 가공 가능한 부재의 치수가 제한되어 있음
- 부재 양쪽을 고정하는 지그의 거리를 고려했을 때 7.6m이하 부재는 제작 불가
- 웹 두께가 6.35mm이하일 경우, 지그 접합부에서 손상이 발생하므로 제작 불가


(2) 열간가공 (Hot Bending) 

- 부재 단면 일부에 열을 가해 팽창시켜 영구변형을 발생시킴
- 온도 기준을 준수할 경우, 열가공에 의한 재료적 변화는 구조적 성능에 대체로 큰 영향을 끼치지 않음
- Cold Bending에 비하여 시간과 노동력이 많이 소요되므로, 보의 춤이 커서 Cold Bending이 힘들 경우에 주로 사용됨

- [AISC Spec : 참고문헌 1] Hot Bending 온도 기준 : A514/A514M/A852/A852M : 합금강 --> 593도 이하, 일반 강종 --> 649도 이하

 

 

3) Camber / Sweep의 검사 및 설치

(1) 철골부재가 현장에 설치되고 난 후에는 아래와 같은 이유로 부재의 제작된 Camber값 검사 불가능

- 시간의 경과에 따른 부재 내부의 응력 감소
- 설치 이후의 부재 자중의 영향
- 설치 과정이 경간 구속
- 설치 이후 부하되는 하중의 영향

(2) 따라서, 설계 도서에 명시된 Camber의 제작값을 검사할 경우, 공장 출고 전 하중이 가해지지 않은 상태에서 검사를 실시해야 함

(3) 현장에서 철골부재를 인수받을 때 측정한 Camber값이 설계에 명시된 Camber값의 75%일 경우 추가적인 Camber는 필요없음

- 공장 제작후 현장 반입시 손실되는 Camber양이 일반적으로 25% 정도임.

(4) 설계도서에 명기된 Camber가 없을 경우, Natural Mill Camber가 위를 향하도록 설치되어야 함.



3. Camber / Sweep 제작 허용오차 기준 : 참고문헌1

1) Natural Mill Camber / Sweep의 기준

- 현장 반입된 철골부재에는 공장 제작시 자연적으로 발생한 Camber 및 Sweep이 남아 있음

- 설계도서에 별도로 명기된 Camber/ Sweep이 없는 경우, 철골부재는 평활하게 제작되어야 하며, 이에 대한 제작 허용오차 기준은 아래와 같음.

캠버와 스윕이 없는 부재의 평활도 허용오차 기준

2) Induced Camber/ Sweep의 기준

- 별도 명기된 Camber/ Sweep에 대한 제작 허용오차 기준은 다음과 같음

설계 캠버 / 스윕의 제작 허용오차 기준

* 최대 최소 Camber /Sweep에 대한 절대적인 기준값은 별도로 없음


4. Camber / Sweep양 산정시 주의사항 : 참고문헌 2

1) Camber/ Sweep이 과도하게 산정될 경우, 타설 이후에는 경간의 중앙에서 슬래브 두께가 설계치보다 작아지거나 전단 연결을 위한 스터드가 슬래브에 묻히지 않아 구조적 문제가 생길 수 있음.

반대로 시공 하중에 비해 Camber/ Sweep이 작게 산정된 경우, 중앙 경간에 발생한 처짐으로 인해 타설된 콘크리트가 고여 집중하중이 발생되어 구조적으로 문제가 생길 수 있음


2) 사용성 처짐이 발생하는 수준에서는 핀 단부에서도 어느 정도 구속력을 가지므로 실제 처짐은 이론값보다 작음. 또한, 설계하중은 실제 재하되는 하중보다 보수적으로 가정되므로 Camber / Sweep 실제 처짐보다 크게 산정될 가능성이 많음.

3) 따라서, 엔지니어는 실제 시공 상황에 따라 하중이 어떻게 작용할 지를 가능한 정확하게 고려하여 Camber / Sweep을 산정해야 함.