철골구조

철골구조 2008/05/12 17:40 철골구조 제1절.철골구조 란?    가.개요:목(木=나무목)구조와 같이 비교적 가늘고 긴부재의 끝을 접합하여 뼈대를 구성하는 "가구식구조"  이다.즉,건축물의 주요구조부(기둥.벽.보.바닥.계단.지붕)등을 모두 철강으로 구축한 것 으로 강구조(steel construction)라고도 한다.               철골부재는 용접,볼트 등을 이용하여 접합하며 -판구로(지붕판,저수탱크,선체 등) 과 골조구조(트러스,강접골절,격자구조 등)이 잇다. 또한        -철골철근콘크리트(steelframed reinforced concrete construction) 란 콘크리트로 피복한 것을 말하고 합성구조(composite construction)  라고도 한다,        -경량철골구조란 두께가 4mm 미만의 구조용 강재를 이용한 것.    나.철골구조의  분류         1)재료상의 분류            -보통형강구조            -H형강 "            -경량철골구조            -강관 구조            -케이블 "         2)구조형식상의 분류            -트러스 구조            -라멘구조            -아치구조            -돔 구조            -현수구조            -스페이스 프레임구조 등     다.철골구조의 장단점          -장점........1)구조체의 무게를 가볍게 할 수 잇다.                          2)내구,내진적이며 횡력에 강한 구조이다.                          3)다른재료에 비해 균질도가 높아 신뢰성이 높고 ,시공이 편리 하다.                          4)큰 경간의 구조물이나 고층건물에 적합 하다.                          5)인성이 커서 변위에대한 저항성이 높다.                          6)현장상태나 기후에 의한 시공의 제약을 거의 받지 않는다.          -단점 .......1)좌굴하기 쉽다.                          2)열에 약하다(내화성이 낮다.)                          3)녹슬기 쉽다.                          4)용접접합 이외의 접합면을 일체로 보기 어렵다. 제2절.강재    가.강재 ....강재의 재질은 연강(軟연할연 鋼굳셀강) 이나 최근에는 고장력강이 이용되고 있음 .         1)탄소강= 철과탄소 주성분으로 하고 소량의 규소와 망간 포함하고 있음.         2)합금강= 탄소외에도 목적에 따라 망간,규소,구리,니켈,크롬,몰리브덴 등을 넣어 성질을 개선 한것"특수강"            cf)    일반구조연강 50kg/mm2이하  ----특수강  50kg/mm2이상     나.강재의종류         1)형강                단면모양:ㄱ( L) .H.I형 이있으며 건축구조에는 L I.Z.ㄷ형강 등이 잇으며    6mm 이상이 사용                사용용도: 건축,토목,차량,선박 등의 대형 구조물           2)강관(속이 비어잇는 관의 형태)                단면의 모양: 우너형,각형                사용용도 :건축,토목,철탑,비계 등                강재의 규격표기:  A * B * t1 *t2                                          세로길이*가로길이*세로두께*가로두께                           3)평강                절단한 너비가 125mm미만의 좁은 강판         4)봉강                단면모양: 원형,4각,6각,8각                   사용용도: 철골에는 원형을 많이 사용         5)강판                종류........1)후판 (두께6미리 이상)                               2)중판(  "    3-6 미리                               3)박판(  "    3미리 이하)                 사용용도:보 또는 기둥의 스티프너, 이음매의 덧댐판,평판보,조립기둥 등의 구조 부재                       cf)평강:폭이 125미리 미만인 좁은 강판        6)경량형강                단면모양:ㄱ,z, 리프z ,ㄷ ,모자형강                사용용도:창고 등의 경량 집붕구조 외부 사용이 어렵다. 제3절  접합 .  (1)힘의 전달방식에 의한 분류        1)롤러접합 :수직방향의 힘만 지짖 , 수평과 회전은 자유로 교량 등에 사용        2)힌지 "     :수직.수평 힘을 지지 회전만 자유                          철골구조에서 큰보 와 작은 보의 접합에 많이 이용                          전단력에는 저항하고 모멘트에는 저항하지 못해 "전단접합"이라고 함.        3)강접합 :  수직.수평방향의 힘을 지지함과 동시에 .회전에 저항하는 접합으로 철골구조에서 기둥 과 보의 접합에 많이 사용 되며 .전단력과 모멘트에 저항할 수잇으므로 " 모멘트 접합"이라고 한다. 제4절.철골구조의 뼈대구조       각종형강으로 기둥.보 로 이뤄지는 격자형 구조로 구성된 것.       (*횡력보강을 위해 "바닥판, 수평가새(bracing)가 사용되며 전단벽을 필요에 따라 적당하게 배치 한다.    가.보      1)개념:보는 부재의 축에 수직으로 작용하는 하중  즉,주로 휨으력에 저항하는 부재 이다.      2)보의 종류      1.형강보      2.조립보                           건축구조_ 철골 구조의 요약   1. 개요  ① 건축물의 주요 구조부(기둥, 벽, 보, 바닥, 계단, 지붕)등을 모두 철강으로 구축한 것.      강구조(steel construction)라고도 한다.  ② 철골부재를 용접, 볼트 등을 이용하여 접합  ③ 두께가 4mm 미만의 구조용 강재를 이용한 구조를 경량철골구조라 한다. (1) 장점  ① 구조체의 무게를 (   가볍게 ) 할 수 있다.  ② 내구, 내진적이며 (  횡력)에 강한구조이다.  ③ 다른 재료에 비해 균질도가 높아 신뢰성이 높고, 시공이 ( 편리)하다.  ④ 큰 경간(span)의 구조물이나 ( 고층 )건물에 적합하다.  ⑤ ( 인성 )이 커서 변위에 대한 저항성이 높다.  ⑥ 현장상태나 기후에 의한 시공의 제약을 거의 받지 ( 않는다). (2) 단점  ① ( 좌굴 )하기 쉽다.  ② (    열)에 약하다.(내화성이 낮다.)  ③ (     녹슬기 ) 쉽다.  ④ 용접접합 이외의 접합면을 일체로 보기 어렵다.   2. 강재 (1) 종류  1) 봉강   ① 단면의 모양 : 원형, 사각형, 육각형, 팔각형   ② 사용 용도 : 철근, 리벳, 볼트  2) 형강   ① 단면의 모양 : ㄱ형강, H형강, I형강, ㄷ형강, T형강,   ② 사용 용도 : 건축, 토목, 차량, 선박 등의 대형구조물  3) 강판   ① 종류 : 후판(두께 6mm 이상), 중판(두께 3~6mm ), 박판(두께 3mm 이하),   ② 사용 용도 : 보 또는 기둥의 스티프너, 이음매의 덧댐판, 평판보, 조립기둥 등의                 구조부재        ※ 평강 : 폭이 125mm미만인 좁은 강판  4) 경량형강   ① 단면의 모양 : ㄱ형강, Z형강, 리프Z형강, ㄷ형강, 모자형강,   ② 사용 용도 : 창고 등의 경량지붕구조  5) 강관 (속이 비어 있는 관의 형태)   ① 단면의 모양 : 원형, 각형,   ② 사용 용도 : 건축, 토목, 철탑, 비계 등   ※ 강재의 규격 표기 :            ( :세로길이, : 가로길이, :세로두께, :가로두께)   3. 접합   (1) 부재상호간의 연결방법에 따른 분류  1) 리벳접합 :   ① 800 ~ 1,000℃ 정도로 달군 리벳을 리벳햄머로 쳐서 접합하는 방법.   ② 리벳햄머 사용시 큰 소음 발생.   ③ 둥근머리리벳이 가장 많이 사용되고 가장 강하다.   ④ 사용범위가 넓으나 용접이나 고력볼트로 대치되는 경향이 있다.   ⑤ 리벳구멍에 의한 단면의 결손이 초래된다.  2) 볼트접합 :   ① 접합형식 :    ⓐ 부재가 전단력을 견디는 전단접합과 인장력을 견디는 인장접합이 있다.    ⓑ 볼트나 리벳은 전단접합이 바람직하며 인장접합(나사산에 인장력이 걸려 큰      힘을 지지 할 수 없다.)은 바람직하지 않다.  3) 용접접합 :   ① 개요     용접봉의 끝에 열을 가하여 녹이면서 동시에 모재도 국부적으로 녹여 용접봉의 녹은    쉿물과 모재가 일체가 되도록 결합시키는 방법으로 결합부가 일체화가 되는(강접합)이다. 장  점 단  점 ①구멍에 의한 부재단면의 결손이 (없다 ). ② 결합에 의한 ( 돌출부 )가 적다. ③ 덧댐판 등의 (부자재)를 사용하지 않는다. ④ ( 소음)이 없다. ⑤ 접합두께의 제한이 ( 없다). ① 용접공의 기량에 대한 (의존도 )가 높다. ② 접합부( 검사)에 고도의 기술을 요한다. ③ (열)에 의한 변형이나 강도저하 등이   생긴다. ④ 용접부의 ( 취성파괴 )가 우려된다.    ② 용접의 기본형태    ㉠ ( 맞댐)용접(bult wedlding), 홈(groove)용접     ⓐ 한쪽, 또는 양쪽 부재의 끝을 용접이 잘 되도록 끝 단면을 비스듬히 절단하여       용접하는 방법이다.     ⓑ 비스듬히 절단한 것을 홈, 또는 개선(groove)이라 한다.     ⓒ 구조재들을 동일 평면상에서 접합하는데 사용하며, 접합되는 부재의 전 하중을       전달하여야 하기 때문에 용접강도가 부재강도 이상이 되도록 한다.    ㉡ ( 모살 )용접(fillet)     ⓐ 모재에 홈을 만들지 않고 일정한 각도로 결합한 후 삼각형 모양으로 결합부를       용접하는 방법이다.     ⓑ 가공하기 쉽고 적용성과 경제성이 커 가장 널리 사용되는 용접법이다.     ⓒ 맞댐용접은 부재의 이음부분을 정교하게 가공하여야 하는데 모살용접에서는 부재       겹침에 맞는 가공이면 되므로 현장용접에 유리한 접합이다.      ㉢ (슬롯 )(slot)용접, 플러그(plug)용접     ⓐ 단독으로 사용되는 경우도 있으나 보통은 모살용접과 같이 사용된다.     ⓑ 모살용접이 제한되어 부재의 응력이 충분하지 못 할 때 겹쳐지는 부재에 구멍을       뚫어 용접봉의 녹은 쇳물로 채워 용접하는 것으로 겹쳐지는 부재의 좌굴 방지에도       유효하다.   ③ 용접의 결함    ㉠ 언더 컷(under cut) : 용착금속이 홈에 가득 차지 않고 모자라는 현상.    ㉡ 슬래그 섞임(slag inclusion) : 용착금속 속에 슬래그가 섞인 것    ㉢ 공기구멍(blow hole, gas poket) : 용접부분에 생기는 기포    ㉣ 오버랩(over-lap) : 용착금속이 모재에 완전히 붙지 않고 겹쳐지는 것    ㉤ 피트(pit) : 용접부분의 표면에 생기는 작은 구멍이며 블로홀(blow hole)이 표면에                 부상하여 발생한 것으로, 모재의 녹 등이 원인이 되는 경우가 많다.    ㉥ 피시아이(fish eye) : 용착금속 단면에 생기는 지름 2~3mm 정도의 은색반점을                           말한다. 이는 수소의 영향으로 생긴 것으로 100℃로 가열                           하여 24시간 방치하면 회복된다.    ㉦ 융착부족(용입부족, incomplete penetration 또는 lack of penetration) : 모재가                           녹지 않고 용착금속 만이 녹아 용접이 된 상태    ㉧ 크랙(crack) : 용접후 냉각시 갈라진 현상    4) 핀 접합    ① 특징      ㉠ 회전 자유절점으로 구성된다.      ㉡ 휨모멘트는 전달하지 않고 전단력과 축방향력만을 전달하는 방법이다.      ㉢ 아치의 지점, 트러스의 단부나 주각의 인장재의 접합부에 사용된다.      ㉣ 핀의 지름이 40~300mm 정도가 주로 쓰인다.    ② 접합방법      ㉠ 일반적으로 핀의 양끝에 나사부가 있고 여기에 너트를 체결하여 고정시킨다.      ㉡ 지름 300mm 이상의 것은 핀의 축을 관통하는 긴 볼트에 너트를 이용 고정하는        형식이 많이 사용된다.      ㉢ 하중을 적게 받는 곳은 한쪽 끝에 머리를 붙여 만든 작은 지름의 핀을 반대 쪽        끝에 구멍을 뚫어 코터 핀(cotter pin)을 고정시킨다.   4. 철골구조의 뼈대구조 - 각종형강을 사용하여 기둥과 보로 이루어지는 격자형의 구조로 구성된 것   1. 보 1) 보 일반  ① 부재축과 직각으로 작용하는 하중을 지지하는 구조물  ② 주로 휨응력에 저항하는 부재 2) 보의 종류  ① ( 형강)보 : ⓐ 형강의 단면을 그대로 이용, 가공절차 간단하고, 기둥과의 접합도               쉬워 가장 널리 사용됨                           ⓑ 장스팬의 경우 플랜지(flange)의 두께를 늘리거나 부분적으로               덧판(cover plate)을 이용하여 보강함  ② (조립 )보(builtup beam, girder) : T형강이나 ㄱ형강 또는 평강등을 이용용접한 보로서               가공절차가 복잡하나 보의 춤을 크게 할 수 있다.  ③ ( 래티스)보(lattice beam, girder) : 장스팬보에 이용되는 보로서 웨브 부분을 래티스로               제작한 것, 보의춤을 크게 할 수 있으며 덕트, 배관 등의 배치가 용이한               장점이 있으나 가공이 복잡하여 요즈음에는 많이 사용하지 않는다.  ④ ( 허니컴)보(honeycombgirder, beam; castellated beam) :              보의 춤을 높여서 휨모멘트에 대한 내력을 늘림과 동시에 웨브에 뚫린 구멍을                   이용하여 덕트, 배관 등을 할 수 있어 층고를 낮출 수 있다는 장점이 있다.  ⑤ 경량철골조 : 경량형강을 사용하여 래티스보와 유사하게 제작한 것 3) 보의 이음  ① 이음은 원칙적으로 응력이 적은 곳에서 실시하며, 보의 단부에서 1 ~ 2m 정도 떨어진    위치에서 실시하는 것이 좋다.  ② 내력확보와 시공현장의 사정 등을 고려하여 신뢰성이 높은 (고력볼트)를 사용하는 경우가  많고, ( 용접접합)을 하는 경우, 또는 용접과 고력볼트를 함께 사용하는 경우도 있다.   2. 기둥 1) 기둥 일반   ① 압축응력에 저항하는 부재이다.   ② 수평하중이 작용하면 큰 휨응력을 받게 되므로, 그 응력에 견디려면 단면의 춤이 크고    플렌지가 두꺼운 강재를 선택하는 것이 좋으며 그리하면 압축에 의한 좌굴에도 유리하다.  2) 기둥의 종류    ① H형강 : 접합부의 가공이 쉬워 널리 사용된다. 길이 10m가 표준규격으로 2층 또는                3층을 하나의 단위로 제작한다. 힘의 작용 방향에 따라 단면성능이 달라지는데             보통 웨브가 스팬의 장변방향에 나란하도록 배치한다.  ② 각형강관 : 접합부의 가공은 어렵지만 힘의 작용 방향에 따른 단면성능이 일정하다.  ③ 원형강관 : 각형강관과 동일하다  ④ 래티스(lattice)기둥 : 무게에 비해 강도가 크기 때문에 주로 공장      건물과 같이 방향성이 있는 장스팬의 구조에 사용된다. 가공절차가 복잡하여 최근에는      H형강이나 강관등으로 대치되는 추세이다.       3) 기둥의 이음      기둥의 이음은 2층 또는 3층(표준길이 10m)마다 바닥 위 1.0m 전후의 동일한 위치에     두는 경우가 많다.   4) 보와 기둥의 접합      ① 라멘구조에서의 보와 기둥의 이음은 강접합으로 하며 충분한 내력과 강성이 얻어질        수 있도록 한다.      ② 접합방법은 고정철물을 사용하는 방법과 용접접합 또는 2가지 방법을 병행하는        방법이 쓰이고 있다. 3. 주각 구조 1) 일반      ① 주각은 기둥으로 전달된 하중을 철근콘크리트구조의 기초에 전달하는 역할을 한다.      ② 하중을 기초에 골고루 분산 전달하기 위하여 주각의 하단부에 밑판(base plate)을        붙이고 이를 정착볼트(anchor bolt)로 기초판에 고정시킨다. 4. 내진벽       ① 철골구조에서는 수평하중에 대한 보강을 위하여 가새 또는 내진벽을 설치한다.       ② 내진벽을 설치할 경우 내진벽의 강성이 지나치게 좋을 경우 기둥, 보 등의 구조체         에 나쁜 영향을 줄 수 있어 슬릿이나 완충제를 설치하여 강성의 차이를 흡수할 수         있도록 한다. 5. 바닥판  철판에 주름을 잡은 데크 플레이트 등의 강제 철판이나 박판의 프리캐스트 콘크리트판을 거푸집으로 한 철근콘크리트나 ALC판, 혹은 프리캐스트 콘크리트 바닥용 부품을 사용하는 경우가 많다. 6. 내화 피복 1)열에 의한 강재의 강도변화     ① 300℃까지는 그 강도가 25% 정도 증가한다.     ② 그 이상 400℃정도에서는 상온에서의 강도와 같아진다.     ③ 500℃ 정도에서는 그 강도는 1/2로 줄어든다.        (상온에서의 최대 허용 압축강도에 도달한다.)     ④ 800℃ 이상일 경우에는 파괴된다. 2) ( 내화피복) 공법     ① 뿜칠공법 : 접착제를 도포한 철골이나 라스의 바탕에 암면을 뿜칠한다. 피복두께의                균일한 작업이 어렵고 비산된 암면재는 공해의 원인이 된다.     ② 도포공법 : 각종 플라스터나 모르타르를 원형강으로 보강한 라스 위에 도포한다.                재료가 싸고 내화피복재가 마감을 겸하는 것도 가능하지만 시공에 숙련을                필요로 한다.     ③ 타설공법 : 경량콘크리트나 경우에 따라서 질석모르타르를 타설한다. 까다로운 접합                  부가 없을 경우 시공이 용이하고 안전도도 높지만 타설과 양생에 시간이                걸리고 균열의 우려가 있다.     ④성형판 붙임공법 :  ALC판이나 규산칼슘판 등을 연결철물이나 접착제등으로 붙인다.                작업능률이 좋고 품질관리도 용이하나 시공도중 재료의 파손이나 절단에                의한 낭비가 발생한다.     ⑤멤브레인 공법 : 내화피복을 겸한 천장이나 바닥을 설치한다. 시공이 간단하고                정밀도도 좋으나 부분적인 파손이 전체적인 성능 저하를 초래한다.   5. 각종 철골구조 1. 파이프 구조     ① 강관(steel pipe)으로 구성된 구조로 창고, 공장, 체육관 등의 장스팬의 지붕틀에        많이 이용된다.     ②좌굴에 대한 강도가 크고 부재중량이 가볍고 공사비도 저렴하다. 2. 경량 철골구조     ① 단면에 비하여 살두께가 얇으며 철재량에 비해 강도가 크다.     ② 두께는 보통 4mm 미만이다.(보통 1.6mm ~ 3.3mm정도)     ③ 반자틀재, 간막이벽체등에 조립식으로 많이 사용된다.     ④ 바닥판, 지붕널로 쓰이는 철판에 주름을 잡은 데크 플레이트도 있다     ⑤ 철재의 방청에 유의해야 한다.

출처 : Tong - desnlife님의 건축통