열적으로 까다로운 생산 시설에서의 강구조 프레임 설계

프로젝트 개요

이 시설은 6° 경사의 이중 경사 지붕을 갖춘 강구조 홀로 구성되며, 56.36 x 47.50미터의 직사각형 평면을 포함합니다. 용마루 높이 9.48미터의 이 홀은 5미터 간격으로 배치된 12개의 강구조 포털 프레임으로 구성됩니다. 각 프레임은 4주 구성을 특징으로 하며, 외측에는 HEA300 프로파일, 내부 축에는 HEA260 프로파일이 사용되고, HEA200 상·하현재와 SHS 사재로 구성된 트러스 보를 지지합니다.

횡방향 안정성은 프레임 강성만으로 확보되는 반면, 종방향 안정성은 수평 및 수직 가새 시스템의 조합으로 확보됩니다. 구조 그리드는 세 개의 주요 수직 가새 구역을 수용합니다: 중앙에 하나, 박공 단부에 인접하여 두 개. 기초는 연결 보로 연결된 RC 독립 기초로 구성되며, 강재 기둥과 기초 사이는 사전 설치 앵커를 통한 힌지 연결로 이루어집니다. 퍼린과 사이드 레일은 각각 냉간 성형 Z형 및 C형 단면으로 지붕 및 외벽 시스템을 완성합니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{3D structural model in SCIA Engineer}}}\]

IDEA StatiCa는 복잡한 연결의 치수 설계를 위한 정밀한 도구일 뿐만 아니라, 접합부의 강성 결정에도 큰 도움이 되어 구조의 전체 모델을 더욱 정확하게 만들어 주었습니다.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

토목공학 – UOIG Nikola Patrk
Croatia

엔지니어링 과제

생산 공정에서 높은 실내 습도가 요구되어 설계자는 내부 수분으로부터 강구조물을 보호해야 했습니다. 따라서 열 단열재는 기둥과 트러스의 내측면에 배치되었으며, 이 설계 결정으로 인해 강재 프레임의 상당 부분이 가혹한 외부 환경에 노출되었습니다. 유로코드 1(EC1)에 따르면, 여기에는 극심한 여름 더위와 혹독한 겨울 추위가 모두 포함되어 열 하중이 주요 구조적 관심사가 됩니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Position of thermal insulation panels}}}\]

대부분의 강재 부재가 차폐되지 않은 열 변동을 경험함에 따라, 종방향 요소와 수직 가새 내에 상당한 축력이 발생했습니다. 외벽 금속 패널을 지지하는 UG1 보가 특히 영향을 받았습니다. 이 보들은 수직 가새 시스템(HUS2)의 수평 부재와 정렬되지 않아 뚜렷한 편심과 복잡한 하중 경로가 발생했으며, 이는 연결부 수준에서 해결해야 했습니다.

IDEA StatiCa 덕분에 편심 축력이 접합부에 미치는 영향을 즉시 시각화할 수 있었으며, 이는 안정성 시스템을 세밀하게 조정하는 데 핵심적인 요소였습니다.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

토목 엔지니어 – UOIG Nikola Patrk
Croatia

해결책 및 결과

전체 구조 모델은 SCIA Engineer 20.0에서 개발되었으며, 2차 퍼린과 사이드 레일을 제외한 모든 주요 강재 구성 요소를 포함합니다. 접합부 설계에는 IDEA StatiCa Connection이 사용되었습니다. 빠른 설정과 하중 하에서의 접합부 거동에 대한 명확한 시각화는 특히 종방향 편심력을 받는 연결부에 있어 이 도구를 필수적으로 만들었습니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel joint with significant eccentricity of longitudinal forces in IDEA StatiCa Connection }}}\]

IDEA StatiCa를 사용함으로써 엔지니어링 팀은 거의 실시간으로 연결부의 변형 패턴과 강성 특성을 탐색할 수 있었습니다. 이 기능은 특히 변위 및 내력 재분배 예측에 있어 전체 모델의 정확도를 크게 향상시켰습니다.

빠르고 직관적이며 강력한 IDEA StatiCa는 열적으로 복잡한 구조적 퍼즐을 최적화된 강구조 솔루션으로 전환하는 데 도움을 주었습니다."

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

토목 엔지니어 – UOIG Nikola Patrk
Croatia

또 다른 주요 장점은 EN 1992-4에 따른 강재 베이스 플레이트와 사전 설치 앵커의 효율적인 설계였습니다. 소프트웨어의 전용 정착 모듈은 전통적으로 번거롭고 수동적인 과정을 빠르고 규정을 준수하며 추적 가능한 솔루션으로 대체하여 전체 워크플로우를 크게 개선했습니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection of steel column and RC pad foundation in IDEA StatiCa Connection}}}\]

EN 1992-4에 따라 베이스 플레이트 및 앵커 설계를 수작업 계산 없이 평가할 수 있는 기능 덕분에 수많은 시간을 절약할 수 있었습니다.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

토목 엔지니어 – UOIG Nikola Patrk
Croatia

UOIG Nikola Patrk 소개

UOIG Nikola Patrk는 2018년에 설립된 소규모 회사(현재 1인 팀으로 운영 중)로 크로아티아 자다르에 위치합니다. 철근 콘크리트, 조적, 강구조 및 목구조 설계를 전문으로 합니다. Nikola Patrk는 다양한 규모와 용도의 프로젝트에서 협력 설계자 및 주임 설계자로 10년 이상의 경험을 보유한 구조 설계자입니다.