철골에 대하여

목차

1. 구조 재료로서의 강재의 장점

2. 구조 재료로서 강재의 단점

3. 초기 철과 강의 사용

4. 구조물의 거동, 분석 그리고 설계

5. 이상적인 분석모델

6. 경계조건

7. 내부 절점

본문내용

놓여 있지만 모든 하중은 평면에 수직으로 작용한다. 그림1.8에서의 다른 모든 평면구조물은 구조물의 모든 작용하중과 모든 부재는 같은 평면에 놓여있다.
6. 경계조건
이제 토론되어지는 이야기의 단순한 결과를 위해 구조물은 평면프레임이라 가정한다. 구조물에서 하나 혹은 많은 점에서 구조물은 기초 혹은 다른 구조물에 연결되어 있어야 한다. 이 점은 지점이라 한다. 구조체가 기초에 연결되어 있는 방법과 기초부의 거동은 지점에서 제공되는 반력의 수와 형태에 영향을 준다. 지지점은 구조물의 경계에 존재하고 특별 조건은 지지점 위치에 존재할 수 있기 때문에 경계 조건은 지지점에 생기는 특별 조건을 구체화하는데 사용된다. 다양한 이상적 경계 조건은 그림 1.9에서 보여지는 선형 다이어그램 구조물에 대한 상징으로 사용된다.
힌지[그림 1.9(a)]은 둘 상호간의 수직 방향으로 이동하지 않는 기초에 핀접합으로 된 구조부분을 나타낸다. 핀접합은 마찰이 없는 것으로 가정된다. 그러므로 접합된 구조물 부분은 기초에서 회전이 자유롭다. 구조물에 작용하는 모든 하중은 중력 방향으로 작용하기 때문에 둘 상호간의 수직 지지 방향중 하나는 중력방향에 평행하게 선택된다. 구조물 분석에서 분석가는 이런 지지 힘의 성분은 중력에 의해 생기는 힘의 방향에 반대 혹은 같은 방향으로 작용한다고 가정한다. 그림 1.9에서 반력 성분은 가정된 벡터의 방향 화살표로 표현된다.
롤러[그림 1.9(b)]는 접합된 구조물 부분이 자유롭게 회전이 가능하고 기초면에 평행한 방향으로만 자유롭게 이동할 수 있는 부분으로 표현된다. 경사면[그림 1.9(c)]에서의 롤러에 대한 애매모호함을 피하기 위해 수평면에서 사용된 것과는 다른 롤러 기호을 사용한다. 몇 명의 분석가들은 이 단락의 처음에 설명한 경계조건을 나타낸 롤러 대신에 링크(연결) 지지[그림 1.9(e)]를 사용할 것을 언급한다.
고정 지지[그림 1.9(e)]은 어떤 방식으로든지 변형이 생기지 않는 기초의 반암형태를 나타낸다. 그리고 구조물 부분은 기초와 구조물 부분 사이에서 발생할 수 있는 이동이 없는 기초에 접합된다.
병진(竝進)운동의 스프링[그림 1.9(f)]은 단지 길이로만 변형할 수 있는 연결물체이다. 이 기호는 다른 구조물에서의 절점이나 변형이 발생할 수 있는 지면에 놓여진 기초를 표현하는데 사용된다.
회전가능한 스프링[그림 1.9(g)]은 접합된 구조물 부분에 대해 회전 저항을 일으키는 지지점을 나타낸다. 그 지지점은 다른 구조물의 절점이나 변형할 수 있는 지면위에 놓여있는 기초가 될 수 있다. 일반적으로 그림 1.9(g)와 (h)에서 회전 가능한 스프링은 힌지나 롤러, 또는 병진 운동을 하는 스프링을 합한 롤러 혹은 병진 운동하는 스프링, 또는 둘 상호간의 수직으로 병진 운동하는 스프링과 연결하는데 사용된다.
각각의 기초밑에 있는 토양은 구조물 자중에 의해 압축을 받는다. 모든 각각의 기초밑에 있는 토양은 동질하지가 못하다. 그 기초에 작용하는 무게도 동일하지가 않고 시간이 흐름에 따라 변한다. 그러므로 지지점에서 비균일하거나 다른 구조물의 정착이 발생한다. 그림 1.9(i)는 지지점 이동을 나타낸다.
7. 내부 절점
앞선 논의를 일반적이고 단순화 하기 위하여, 구조물을 평면 frame 으로 가정한다. 선형도에서 내부 절점은 두 개 이상의 부재길이 방향의 축이 만나는 점이다. 예를들면 그림 1.10에서 점 2,4,5,7,8 그리고 10은 내부절점이다. 그러나 1,3,6 그리고 9는 지점이다.(외부 절점 혹은 경계절점)
부재단부가 내부 절점에 연결되는 방식은 선형도에서 설명된다. 철강부재로 구성된 구조물의 연결 형태는 넓게 다음 형태들중 하나로 분류된다.
1). 전단 접합은 현격한 모멘트가 발생하지 않는다. 만약 그림 1.10의 절점 10의 접합이 그림 1.11과 같다면 이것은 전단 접합으로서 분류된다. 그러므로 내부 힌지는 그림 1.10의 선형도에서 절점 10에서 볼 수 있다. 그리고 부재 2와 10의 단부 사이인 절점 10에서는 모멘트가 전해지지 않는다. 그러나 내부 힌지는 부재단부의 힘(축방향력과 전단력)을 전달하는 능력이 있다. 이런 결합 형태는 작은 양의 모멘트를 전달함을 주의하라. 그러나 그 모멘트의 양은 작고 설계상 무시할 수 있다.
2). 용접접합은 모든 부재단의 힘을 완전히 전달한다. 만약 그림 1.10의 절점 7의 접합이 그림 1.12와 같이 된다면 이것은 강체(변형할수 없는)와 같이 거동하는 절점으로 분류된다.그러므로 그림 1.10에서 절점 7이 반시계 방향으로 5도 회전한다면 절점 7의 부재 1,2,8,9의 단부도 또한 반시계 방향으로 5도 회전한다.
3). semirigid 결합은 부재 단부의 모멘트가 부분적으로 전달되는 결합이다. 만약 그림 1.10의 보와 기둥이 결합된 절점 4가 그림 1.13과 같다면 이것은 semirigid 결합으로 분류된다. (Webster 사전에서 semirigid는 어느 정도 혹은 부분적으로 rigid라고 정의 되어 있다.) 그림 1.13의 위와 아래 부분의 플랜지의 앵글은 거의 모든 보 단부의 모멘트를 기둥으로 전달한다. 그림 1.13의 웨브 앵글은 거의 모든 보 단부의 전단력을 기둥 플랜지로 전달한다. 그리고 부재 1의 단부의 Y방향의 변위는 절점 4의 Y방향의 변위와 동일하다는 것을 보장한다.(그림 1.10의 선형도에서 절점 3,4,5는 부재 6,7의 축과 같은 직선상에 있다. 그러므로 절점 4는 부재 1,6의 부재축과 부재 7의 부재축과 교차하는 점이다.)결과적으로 절점4는 Y방향으로 rigid로 취급 된다. 그러나 그림 1.13의 위 아래의 플랜지 앵글은 부재 1의 플랜지가 부재 6,7의 플랜지와 항상 완전히 접합된다고 보장할 만한 충분한 휨 강성은 아니다. 그러므로 절점 4는 완전한 rigid로 취급할 수 없다. 그러므로 그림 1.10의 부재 1의 왼쪽 단부에서 나선의 스프링은 절점 4와 부재 1의 단부사이에 회전 변위가 발생함을 보여준다. semirigid 결합은 웨브결합보다 더 많은 모멘트를 발현시키는 능력이 있다 그러나 rigid결합이 발현시키는 모멘트만큼 많이는 아니다.

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