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'단순' 이음 연결

09. 09. 2021

| 저자: Ralph Pullinger

Steel

Connection

AISC (USA)

EN (Eurocode)

Overall check

Modeling

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이 글에서는 IDEA StatiCa를 사용하여 거의 모든 유형의 이음 연결을 설계하고 검토하는 방법을 살펴보겠습니다. 설계 과정에서 설계자가 주의해야 할 잠재적인 함정도 함께 짚어보겠습니다.

이음 연결에 관한 블로그 글을 써달라는 요청을 받았을 때 "좋아"라고 생각했습니다. 이음 연결은 제가 대학 시절에 처음으로 설계했던 연결 중 하나였습니다.

그 이후로 많은 것이 변했습니다(컴퓨터 사용 방식도 포함하여).

이음(splice)은 하나의 요소를 다른 요소에 연결하는 것입니다. 우리는 이것을 매일 접하지만 아마 인식하지 못할 것입니다: 케이블이나 배수관, 또는 기차의 브레이크 라인은 얼마나 길 수 있을까요? 모든 것에는 유한한 길이나 무게가 있습니다. 때로는 길이나 무게에 제한이 부과되기도 합니다. 이음은 그 길이나 무게를 늘리는 방법입니다.

철골 구조에서는 기둥이나 보, 또는 트러스의 길이를 늘리는 형태로 나타납니다. 이러한 이음 접합부를 도입함으로써, 아래로 내려갈수록 기둥 크기를 키우거나 긴 보를 더 작은 것들로 분할하여 설치를 용이하게 함으로써 설계 효율성을 높일 수 있습니다. 관련된 구속 조건과 힘을 이해하는 것과 이를 올바르게 적용하는 것은 별개의 문제입니다. 바로 이 부분에서 IDEA StatiCa가 다양한 조건과 하중 케이스를 검토하여 접합부가 안전하고 효율적인지 확인함으로써 워크플로우에 크게 도움을 줄 수 있습니다.

이음 접합부

이음 접합부를 생각할 때 우리는 일반적으로 기둥 이음을 떠올립니다. 이 예시는 시공, 해석 및 문서화 간의 상호작용을 잘 보여주는데, 이는 종종 뒷전으로 밀리거나 사후에 고려되곤 합니다. 이러한 접합부의 위치를 결정하기 시작하는 것은 보통 초기 모델링과 전체 해석 이후입니다. 여기에 잠재적인 문제가 있습니다: 이러한 접합부를 처음부터 올바른 위치에 올바른 매개변수로 모델링해야 하지 않을까요?

다층 철골 프레임이 있다고 가정하면 기둥을 구할 수 있는 유한한 길이가 있으며, 이는 보통 두 개(그리고 약간의) 층 이후에 분할됩니다. 그러면 그 위의 층은 일반적으로 더 작은 기둥 단면을 갖게 됩니다. 평면도 세트에서 기둥 단면의 변화를 볼 수 있습니다. 해석 및 설계에 동일한 모델이 사용되거나 재작성된다면 기둥의 변화는 아마도 바닥 보와 일치하게 될 것입니다. 이음은 바닥 보와 같은 위치에 배치될 수 없으며 지정된 오프셋 위치에 배치되어야 합니다 – 이는 건물이 시공되는 방식을 반영합니다.

이는 이 오프셋에서 힘에 어떤 일이 일어나는지에 대한 의문을 제기합니다. 가정된 위치와 어떻게 비교됩니까? 연결의 요구 사항은 무엇입니까? 이 모든 것은 많은 사람들이 잊어버리는 이음의 제작 요구 사항을 살펴보기 전의 이야기입니다: 플랜지 패커(1), 웨브 패커(2), (거의) 완벽한 접촉을 달성하기 위한 연삭 마감 또는 상부 플레이트(3).

보 이음

보 이음을 검토할 때 접근 편의성을 위해 스팬 중앙에 배치된 경우를 너무 많이 봅니다. 어떤 상황에서도 좋은 생각이 아닙니다. 구조 엔지니어는 안전하게 설계할 의무가 있으며, 이를 위해서는 보가 어떻게 설치될 것인지에 대한 이해가 필요합니다 - 따라서 보 이음이 필요합니다(특히 소규모 프로젝트에서). 그러나 잘못 설계된 보 이음은 건물 운용에 치명적인 영향을 미칠 수 있습니다. 잘못된 볼트를 사용하면 여유 구멍에서 미끄러짐이 발생하여 처짐이 증가할 수 있습니다. 하중 역전이나 진동을 고려하지 않으면 볼트가 빠지는 것으로 알려져 있습니다. 볼트 방향은 때로 올바른 볼트 유형을 선택하는 것만큼 중요합니다.

이음 접합부의 힘

이음 설계에 사용해야 하는 힘은 해당 위치에서의 힘이어야 합니다. 이는 완벽하게 합리적입니다. 잘못된 가정을 사용한 전체 프레임 해석은 잘못된 결과를 제공합니다. IDEA StatiCa Connection에는 지지(또는 종단) 부재의 개념이 있습니다. 이것은 사실상 다른 부재를 지지하는 부재입니다. 이것은 부재 끝에 나타나는 빨간 사각형입니다. 그런 다음 하중 효과가 이음을 구성하는 부재에 적용됩니다.

올바른 부재, 올바른 위치, 올바른 하중 효과가 적용되면 IDEA StatiCa는 전 세계 여러 설계 기준 중 하나에 따라 이음 연결을 규정 검토합니다. 그러나 이는 엔지니어가 제어권을 가지고 있을 때만 가능합니다.

해석 모델의 역할에 대해 논의하는 것은 당연합니다 - 결국 이것 없이는 관련 부재의 크기와 재료, 또는 그에 작용하는 힘을 알 수 없습니다. IDEA StatiCa는 워크플로우를 크게 간소화하고 해석 모델에서 사용된 하중 조합으로부터 올바른 부재와 힘을 사용하도록 보장하는 BIM 링크 세트를 보유하고 있습니다. 모델을 재작성해야 하는 횟수가 적을수록 좋으며, 잘못된 수치를 입력할 위험을 사실상 제거하고 적용된 힘이 평형 상태 또는 균형을 이루는 추가적인 이점이 있습니다.