보 IPE 450 - 기둥 HEB 340

연결 유형: 단측 헌치 접합부

단위 체계: 미터법

설계 기준: EN 1993-1-8 및 EN 1998-1

검토 항목: 플레이트, 볼트

강재: S355등급

볼트: M30 등급 10.9

본 예제는 R. Landolfo 외. Design of Steel Structures for Buildings in Seismic Areas, ECCS Eurocode Design Manual. Wiley, 2017에서 발췌하였습니다.

형상

보 IPE 450은 헌치 엔드 플레이트 접합부를 통해 기둥 HEB 340에 연결됩니다. 헌치는 웨브와 플랜지 두께가 각각 9.4 mm 및 18 mm이며 웨브와 35° 각도를 이룹니다. 헌치의 높이는 178 mm이고 길이는 250 mm입니다. 기둥은 두께 15 mm의 연속 플레이트와 양측에 각각 두께 10 mm의 웨브 보강재로 보강됩니다. 보강재의 높이는 엔드 플레이트의 높이와 동일합니다. 엔드 플레이트의 두께는 35 mm입니다.

적용 하중

접합부는 보의 소성 힌지 형성 시 예상 휨 모멘트 M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl 및 이에 대응하는 전단 하중 V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h를 받으며, 여기서:

• γ_sh = 1.2 – 변형 경화 계수
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1.25 ⋅ 355 = 443.75 MPa – 보의 예상 항복 강도
• γ_ov = 1.25 – 초과 강도 계수
• f_yk = 355 MPa – 특성 항복 강도
• L_h = 6 150 mm – 보의 소성 힌지 간 거리

보에서의 하중 위치는 소성 힌지의 예상 위치로 설정됩니다.

수계산

연결부의 구성 요소는 기둥 면에서의 휨 모멘트, 즉 M_j,Ed = 981.5 kNm를 받습니다.

헌치 단면의 소성 휨 저항: 955.6 kNm – 불합격

전단력에 의한 기둥 웨브 패널: 전단력 V_wp,Ed = 1581.2 kN 작용, 구성 요소 저항 V_wp,Rd = 1631.5 kN – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 1018.8 kNm – 합격

새깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 1080.6 kNm – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 876.1 kNm – 불합격

새깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 929.2 kNm – 불합격

호깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 876.1 kNm이고, 새깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 929.2 kNm입니다.

보의 초과 강도 및 변형 경화 계수를 제외한 기둥 면에서의 모멘트: M_Ed = 654.3 kNm, 대응 전단력 V_Ed = 196.5 kNm. 이 하중에 대해 모든 구성 요소 검토가 합격입니다.

매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

• 기둥 웨브 패널 – 강
• 연결부 – 균형

IDEA StatiCa 결과

비소산 플레이트의 모든 구성 요소 및 변형률 검토가 합격하므로 매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류됩니다:

• 기둥 웨브 패널: 강
• 연결부: 강

IDEA Connection에서 최대 하중 저항을 결정하기 위해, 검토가 불합격될 때까지 적용 하중과 함께 변형 경화를 반복적으로 증가시켰습니다. 이 연결부의 하중 저항은 기둥 면에서 1 016 kNm이며 대응 전단력은 305 kN입니다.

비교

구성 요소법(EN 1993-1-8)에 따른 수계산은 헌치 높이 중앙을 회전축으로 가정하고 가장 먼 3개의 볼트 열만 휨 저항에 기여한다는 가정 하에 연결부의 휨 저항을 M_j,Rd = 876.1 kNm으로 산정합니다. 따라서 연결부는 균형으로 분류됩니다.

IDEA Connection은 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 사용하여 기둥 면에서의 휨 저항을 M_j,Rd = 1 016 kNm으로 산정합니다. 수계산 대비 차이는 15 %입니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 따른 연결부는 강으로 분류됩니다.

용접

용접의 상세는 Equaljoints(R. Landolfo 외. European pre-QUALified steel JOINTS – EQUALJOINTS, Final report, 2016)에 따라 규정되어 있으므로 용접 검토는 수행하지 않습니다. IDEA 프로젝트에서 모든 용접은 맞대기 용접으로 설정됩니다.

보 IPE 360 - 기둥 HEB 280

연결 유형: 단측 헌치 접합부

단위 체계: 미터법

설계 기준: EN 1993-1-8 및 EN 1998-1

검토 항목: 플레이트, 볼트

강재: S355등급

볼트: M27 등급 10.9

본 예제는 EQUALJOINTS 예제 No. 264에서 발췌하였습니다: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8

형상

보 IPE 360은 헌치 엔드 플레이트 접합부를 통해 기둥 HEB 280에 연결됩니다. 헌치는 웨브와 플랜지 두께가 각각 8 mm 및 12.7 mm이며 웨브와 45° 각도를 이룹니다. 헌치의 높이와 길이는 모두 200 mm입니다. 기둥은 두께 12 mm의 연속 플레이트와 양측에 각각 두께 10 mm의 웨브 보강재로 보강됩니다. 보강재의 높이는 엔드 플레이트의 높이와 동일합니다. 엔드 플레이트의 두께는 25 mm입니다.

적용 하중

접합부는 보의 소성 힌지 형성 시 예상 휨 모멘트 M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl 및 이에 대응하는 전단 하중 V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h를 받으며, 여기서:

• γ_sh = 1.2 – 변형 경화 계수
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1.25 ⋅ 355 = 443.75 MPa – 보의 예상 항복 강도
• γ_ov = 1.25 – 초과 강도 계수
• f_yk = 355 MPa – 특성 항복 강도
• L_h = 7 320 mm – 보의 소성 힌지 간 거리

보에서의 하중 위치는 소성 힌지의 예상 위치로 설정됩니다.

수계산

연결부의 구성 요소는 기둥 면에서의 휨 모멘트, 즉 M_j,Ed = 572.8 kNm를 받습니다.

헌치 단면의 소성 휨 저항: 582.3 kNm – 합격

전단력에 의한 기둥 웨브 패널: 전단력 V_wp,Ed = 1 034.6 kN 작용, 구성 요소 저항 V_wp,Rd = 1 202.8 kN – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 573.0 kNm – 합격

새깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 697.5 kNm – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 545.4 kNm – 불합격

새깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 3개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 579.5 kNm – 불합격

호깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 545.4 kNm이고, 새깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 579.5 kNm입니다.

보의 초과 강도 및 변형 경화 계수를 제외한 기둥 면에서의 모멘트: M_Ed = 381.9 kNm, 대응 전단력 V_Ed = 98.9 kNm. 이 하중에 대해 모든 구성 요소 검토가 합격입니다.

매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

• 기둥 웨브 패널 – 강
• 연결부 – 균형

IDEA StatiCa 결과

비소산 플레이트의 모든 구성 요소 및 변형률 검토가 합격하므로 매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류됩니다:

• 기둥 웨브 패널: 강
• 연결부: 강

IDEA Connection에서 최대 하중 저항을 결정하기 위해, 검토가 불합격될 때까지 적용 하중과 함께 변형 경화를 반복적으로 증가시켰습니다. 이 연결부의 하중 저항은 기둥 면에서 657.4 kNm이며 대응 전단력은 170.3 kN입니다.

비교

구성 요소법(EN 1993-1-8)에 따른 수계산은 헌치 높이 중앙을 회전축으로 가정하고 가장 먼 3개의 볼트 열만 휨 저항에 기여한다는 가정 하에 연결부의 휨 저항을 M_j,Rd = 545.4 kNm으로 산정합니다. 따라서 연결부는 균형으로 분류됩니다.

IDEA Connection은 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 사용하여 기둥 면에서의 휨 저항을 M_j,Rd = 657.4 kNm으로 산정합니다. 수계산 대비 차이는 20 %입니다. 메시 밀도를 높이면 접합부 저항이 약간 감소합니다. 조밀한 메시(부재 웨브에 24개 요소)를 사용할 경우, 설정 하중에서 볼트의 이용률은 99 %이고 엔드 플레이트의 소성 변형률은 4.1 %입니다. 따라서 기둥 면에서의 M_j,Ed = 572.8 kNm은 한계 저항에 매우 근접합니다. 이 저항은 기본 메시 밀도 대비 15 % 낮고 수계산 대비 5 % 높습니다. 긴 엔드 플레이트의 경우 메시 밀도를 높이는 것이 권장됩니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 따른 연결부는 강으로 분류됩니다.

보 IPE 600 - 기둥 HEB 500

연결 유형: 단측 헌치 접합부

단위 체계: 미터법

설계 기준: EN 1993-1-8 및 EN 1998-1

검토 항목: 플레이트, 볼트

강재: S355등급

볼트: M36 등급 10.9

본 예제는 EQUALJOINTS 예제 No. 267에서 발췌하였습니다: https://itunes.apple.com/us/app/equal-joints/id1406825195?mt=8

형상

보 IPE 600은 헌치 엔드 플레이트 접합부를 통해 기둥 HEB 500에 연결됩니다. 헌치는 웨브와 플랜지 두께가 각각 12 mm 및 19 mm이며 웨브와 35° 각도를 이룹니다. 헌치의 높이와 길이는 각각 270 mm 및 386 mm입니다. 기둥은 두께 20 mm의 연속 플레이트와 양측에 각각 두께 15 mm의 웨브 보강재로 보강됩니다. 보강재의 높이는 엔드 플레이트의 높이와 동일합니다. 엔드 플레이트의 두께는 35 mm입니다.

적용 하중

접합부는 보의 소성 힌지 형성 시 예상 휨 모멘트 M_Ed = γ_sh ⋅ f_y,ov ⋅ W_pl 및 이에 대응하는 전단 하중 V_Ed = 2 ⋅ M_Ed / L_h를 받으며, 여기서:

• γ_sh = 1.2 – 변형 경화 계수
• f_y,ov = γ_ov ⋅ f_yk = 1.25 ⋅ 355 = 443.75 MPa – 보의 예상 항복 강도
• γ_ov = 1.25 – 초과 강도 계수
• f_yk = 355 MPa – 특성 항복 강도
• L_h = 6 658 mm – 보의 소성 힌지 간 거리

보에서의 하중 위치는 소성 힌지의 예상 위치로 설정됩니다.

수계산

연결부의 구성 요소는 기둥 면에서의 휨 모멘트, 즉 M_j,Ed = 2 105.4 kNm를 받습니다.

헌치 단면의 소성 휨 저항: 1 903.3 kNm – 불합격

전단력에 의한 기둥 웨브 패널: 전단력 V_wp,Ed = 2 446.8 kN 작용, 구성 요소 저항 V_wp,Rd = 2 773.7kN – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 4개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 1 998.9 kNm – 불합격

새깅 휨 모멘트에 대한 엔드 플레이트의 T-스터브(가장 먼 4개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 2 317.7 kNm – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 4개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 2 015.1 kNm – 불합격

새깅 휨 모멘트에 대한 기둥 플랜지의 T-스터브(가장 먼 4개의 볼트 열만 고려): M_T,Rd = 2 106.5 kNm – 합격

호깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 1 903.3 kNm이고, 새깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 M_j,Rd = 1 903.3 kNm입니다. 헌치 단면의 휨 저항이 지배적입니다. 초과 강도 계수는 보 전체에 적용되므로, 헌치 단면에도 증가된 항복 강도를 사용할 수 있으며 이 경우 휨 저항은 더 높아집니다. 다음으로 취약한 구성 요소는 엔드 플레이트와 기둥 플랜지의 T-스터브입니다. 이 경우 호깅 및 새깅 휨 모멘트에 대한 연결부 저항은 각각 M_j,Rd = 1 998.9 kNm 및 M_j,Rd = 2 106.5 kNm이 됩니다. 이 가정 하에서 연결부는 EN 1998-1에서 제안하는 γ_sh = 1.1에 대해 전강도 연결부가 됩니다.

보의 초과 강도 및 변형 경화 계수를 제외한 기둥 면에서의 모멘트: M_Ed = 1 403.6 kNm, 대응 전단력 V_Ed = 374.3 kNm. 이 하중에 대해 모든 구성 요소 검토가 합격입니다.

매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

• 기둥 웨브 패널 – 강
• 연결부 – 균형

IDEA StatiCa 결과

변형 배율 5의 변형 형상이 표시되며 소성 힌지가 명확히 확인됩니다. 볼트의 이용률은 100 %를 약간 초과하며, 가장 응력을 많이 받는 플레이트의 최대 소성 변형률은 확장재 플랜지, 엔드 플레이트, 기둥 플랜지에 대해 각각 1.4, 1.1, 1.1입니다. 저항은 설정 하중보다 약간 낮을 것으로 예상됩니다. 매크로 구성 요소는 다음과 같이 분류됩니다:

• 기둥 웨브 패널: 강
• 연결부: 균형

비교

구성 요소법(EN 1993-1-8)에 따른 수계산은 헌치 높이 중앙을 회전축으로 가정하고 가장 먼 3개의 볼트 열만 휨 저항에 기여한다는 가정 하에 연결부의 휨 저항을 M_j,Rd = 1 903.3 kNm으로 산정합니다. 따라서 연결부는 균형으로 분류됩니다. 엔드 플레이트 면에서 보의 항복 강도 증가를 고려하면 지배 구성 요소의 저항이 더 높아집니다. 다음 지배 구성 요소는 엔드 플레이트로 M_j,Rd = 1 998.9 kNm입니다.

IDEA Connection은 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 사용하여 기둥 면에서의 휨 저항을 M_j,Rd = 2 100 kNm으로 산정합니다. 수계산 대비 차이는 5 %입니다. 메시 밀도를 높이면 접합부 저항이 약간 감소합니다. 조밀한 메시(부재 웨브에 16개 요소)를 사용할 경우 저항은 2 %만 감소합니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 따른 연결부는 균형으로 분류됩니다.