모멘트 연결 - 모두 계산하세요!
일반적으로 모멘트 연결은 두 구조 부재 사이 또는 구조에서 기초로 수직력 및 전단력 외에 휨 모멘트력의 전달을 허용하는 접합부입니다.
모멘트 연결의 일부 유형은 거의 모든 구조에서 찾아볼 수 있지만, 일반적인 사용처는 다음과 같습니다.
- 강구조 홀의 횡방향 프레임
- 다층 구조의 프레임
- 가새 패널의 대안으로서 강성 프레임
분류 방법에는 여러 가지가 있습니다:
사용 단면에 따른 분류:
- 개방형 단면
- 중공 단면
- 복합형
연결 요소에 따른 분류:
- 용접 (전용)
- 볼트 (전용)
- 복합형
내진 구조 사용 여부에 따른 분류:
- 내진용
- 비내진용
유형에 따른 분류
- 전체 깊이 엔드 플레이트
- 연장형 엔드 플레이트
- 스티프너 보강 연장형 엔드 플레이트
- 헌치 보
- 기타
모멘트 연결에 대해 이야기할 때 대부분 강체 연결을 언급합니다. 그러나 상당한 휨 모멘트를 전달할 수 있는 반강체(또는 부분 구속) 연결도 잊어서는 안 됩니다. 모멘트 연결의 강성은 매우 중요하며, 이 주제에 초점을 맞춘 블로그 게시물에서 유용한 정보를 찾을 수 있습니다.
구조 설계 관점에서 세계는 두 가지 유형의 주요 지역으로 구성됩니다: 지진 활성 지역과 지진 비활성 지역.
설계자가 고려하는 옵션과 한계에 있어 설계 구조의 위치가 결정적입니다. 구조를 내진 구조로 처리해야 하는 경우, 전체 구조 모델은 지진 하중 하에서 예상되는 거동에 매우 정밀하게 조정되어야 합니다. 구조의 횡방향 강성은 적절한 구조 유형으로 확보되어야 합니다. 이를 위해 구조 엔지니어는 주로 대각 가새, 전단벽 또는 모멘트 저항 프레임(MRF)을 활용합니다.
AISC 내진 연결
미국 설계 지침에서는 이러한 프레임에 적합한 연결 목록을 제공합니다. 이는 ANSI/AISC 358-16에 규정된 사전 검증 연결(Prequalified Connections)로 알려져 있습니다.
아래 그림에서 몇 가지 예를 확인할 수 있습니다:
- 축소 보 단면 (RBS)
- 볼트 비보강 연장형 엔드 플레이트 (BUEEP)
- 볼트 보강 연장형 엔드 플레이트 (BSEEP)
- 볼트 플랜지 플레이트 (BFP)
- 용접 비보강 플랜지 - 용접 웨브 (WUF-W)
- Kaiser 볼트 브래킷 (KBB)
- Simpson Strong-Tie (Strong Frame) 모멘트 연결
- 더블 티 모멘트 연결
HSS(중공 강관 단면)용 모멘트 연결
앞서 언급했듯이, 모멘트 연결은 개방형 단면에만 적합한 것이 아닙니다. 중공 단면을 사용하고 싶거나 사용해야 하는 경우도 매우 많습니다. 그렇다면 어떤 옵션이 있을까요? 다음과 같은 옵션이 있습니다:
- HSS 기둥 위의 연속 보 연결
- 관통 플레이트 모멘트 연결
- 절단/칼라 플레이트 모멘트 연결
- 용접 티 플랜지 모멘트 연결
- 엔드 플레이트 모멘트 연결
- 다이어프램 플레이트 모멘트 연결
- 직접 용접 연결
HSS는 사전 검증 내진 연결에 허용되지 않는다고 말하는 사람도 있을 것입니다. SidePlate 모멘트 연결 유형에 사용하지 않는 한 그것은 사실입니다.
(a) 단측 광폭 플랜지 보와 기둥 시공;
(b) 양측 광폭 플랜지 보와 기둥 시공;
(c) 광폭 플랜지 보와 HSS 또는 조립 박스 기둥;
(d) 커버 플레이트 없는 HSS 보와 광폭 플랜지 기둥;
(e) 커버 플레이트 있는 HSS 보와 광폭 플랜지 기둥;
(f) 커버 플레이트 있는 HSS 보와 HSS 또는 조립 박스 기둥
IDEA StatiCa Connection은 이처럼 드물게 사용되고 복잡한 연결 유형에 대한 템플릿도 준비되어 있습니다. 이를 활용하면 많은 시간을 절약할 수 있습니다.
EN 내진 연결 - Equaljoints
유럽 강구조 설계 기준에서도 내진 연결을 적용하기 위한 지속적인 노력이 상당 기간 이루어지고 있습니다.
Equaljoints라는 프로젝트는 현재 ECCS(유럽 강구조 협회)에 의해 유로코드 표준화를 위한 내진 연결 설계 지침 수립을 목표로 개발 중입니다.
a) 헌치 연결
b) 연장 보강 엔드 플레이트 접합부
c) 연장 비보강 엔드 플레이트 접합부
d) 도그본 접합부
이 프로젝트는 EN 1998-1: 내진 설계 구조물의 다음 버전을 위한 강구조 접합부의 사전 검증 기준을 제공할 것입니다. IDEA StatiCa는 이 프로젝트에 참여하고 있으며, 실험 결과는 Connection 앱에 내장된 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 해석 결과와 비교되었습니다. 실험 및 검증이 실제로 어떻게 수행되는지 여기에서 확인할 수 있습니다.
스티프너
한 부재에서 다른 부재로 큰 휨 모멘트를 전달해야 할 때, 힘의 흐름 연속성을 유지하기 위해 플레이트 스티프너를 추가해야 하는 경우가 많습니다. 그렇다면 어디에, 어떻게 적절히 설계해야 할까요?
때로는 구조 자체가 옵션을 제한하여 다른 구조 요소에 맞게 설계를 조정해야 하는 경우도 있습니다. 반면, 최선의 지식에 따라 스티프너를 설계할 수 있는 여건이 갖춰진 경우에는 사용 가능한 옵션을 파악하고 있어야 합니다.
스티프너 배치의 몇 가지 예:
비용 최적화
모멘트 연결은 저렴하지 않습니다. 실제로 제작, 운반 및 설치를 고려하면 전체 구조에서 가장 비용이 많이 드는 부분이 될 수 있습니다.
특정 연결을 설계하는 방법에는 항상 수많은 가능성이 있지만, 경험이 올바른 선택을 도와줍니다. 가장 적절하고 효과적인 설계를 선택하는 데 도움이 되는 훌륭한 기능 중 하나는 생산 비용 계산기로, 설계 변경이 가격에 미치는 영향을 즉시 보여줍니다.
계산 및 평가
특정 모멘트 연결 유형의 계산 및 평가를 위한 방법과 도구는 다양합니다. 특정 연결 구성에 대한 규정 검토를 제공하는 많은 애플리케이션을 찾을 수 있습니다. 그러나 문자 그대로 모든 유형을 평가하고자 한다면 선택지가 좁아집니다. 연결이 독립된 부재만으로 구성되지 않고 다른 부재가 연결된 공간 구조에 포함되어 있다면 두 가지 옵션만 남습니다:
1) 첫 번째 옵션은 특정 기준에 따른 규정 검토 없이 일부 고급 FEA 애플리케이션에서 전체 연결 세트를 쉘 비선형 모델로 모델링하는 것입니다.
2) 두 번째 옵션은 IDEA StatiCa Connection 애플리케이션을 사용하는 것입니다. 이 경우 모델링 및 해석에 제한이 없습니다. 몇 분 안에 선택한 설계 기준에 따라 볼트, 용접 및 응력-변형률 규정 검토를 준비할 수 있습니다.
템플릿을 선택하고, 편집하고, 결과에 따라 최적화하여 몇 분 안에 필요한 모든 검토를 평가하세요:
IDEA StatiCa 무료 체험
모멘트 연결 설계에서 IDEA StatiCa의 기능에 관심이 있으신가요? IDEA StatiCa를 지금 바로 체험해 보세요!
오늘 체험판을 시작하고 14일간 전체 기능과 서비스를 무료로 이용하세요.
