KR20190131861A - Crane Plant Steel Structure having Vierendeel-Truss Seismic Force Resisting System - Google Patents

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KR20190131861A
KR20190131861A KR1020180056781A KR20180056781A KR20190131861A KR 20190131861 A KR20190131861 A KR 20190131861A KR 1020180056781 A KR1020180056781 A KR 1020180056781A KR 20180056781 A KR20180056781 A KR 20180056781A KR 20190131861 A KR20190131861 A KR 20190131861A
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하상희
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Abstract

Provided in the present invention is a crane steel frame factory structure with a Vierendeel-truss earthquake-proof structure, which can induce a plastic hinge at both ends of a Vierendeel panel and a lower end portion of an upper pillar in order to prevent damage on a crane pillar and a roof truss, and can guarantee an excellent deformation and energy dissipation capacity when an earthquake occurs, in order to maintain stability of a structure and a function of a crane factory. To this end, a crane steel frame factory structure with a Vierendeel-truss earthquake-proof structure according to an adequate implementation of the present invention is a crane steel frame factory structure, in which an upper pillar is installed while a pillar base unit is placed at an upper end of a crane pillar on the both sides, and a truss roof is provided to connect an upper end of the upper pillar to each other. Here, in a Vierendeel panel, from which a diagonal bracing cable is removed, and which is installed at a central portion of the truss roof, a Vierendeel upper chord member and a Vierendeel lower chord member having an identical cross section structure are installed. At the Vierendeel upper chord member and the Vierendeel lower chord member, Vierendeel upper and lower chord member plastic hinge units are formed to have a reduced cross section after being individually cut in a predetermined shape at an end portion. In addition, an upper pillar plastic hinge unit is formed at a lower end portion of the upper pillar, which is cut in a predetermined shape to have a reduced cross section. Therefore, when an earthquake occurs, the plastic hinge is simultaneously induced at the Vierendeel upper and lower chord member plastic hinge units and the upper pillar plastic hinge unit, such that an earthquake energy may be dissipated and the crane pillar may be prevented from being collapsed.

Description

비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물 {Crane Plant Steel Structure having Vierendeel-Truss Seismic Force Resisting System}Crane Plant Steel Structure having Vierendeel-Truss Seismic Force Resisting System}

본 발명은 상부기둥과 하부기둥 사이에 크레인이 설치되는 철골 공장구조물의 비렌딜-트러스 내진구조시스템에 관한 것으로, 특히 트러스 지붕 중앙에 비렌딜 패널을 설치하여 비렌딜패널에서 지진시 에너지 소산이 집중되게 하고 크레인을 지지하는 하부기둥(이하, 크레인 기둥) 보호를 위해 상부기둥의 강도를 의도적으로 조절하여 전체적인 구조물의 안전성과 크레인 공장의 기능을 유지할 수 있도록 한 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a virendil-truss seismic structural system of a steel plant structure in which a crane is installed between an upper pillar and a lower pillar, and in particular, energy dissipation is concentrated during an earthquake in a virendil panel by installing a virendil panel in the center of the truss roof. Steel frame with a virendil-trus seismic structure to intentionally adjust the strength of the upper pillar to protect the lower pillar (hereinafter referred to as the crane pillar) to support the crane. It relates to the plant structure.

최근 한반도 동남권에서 발생한 경주 및 포항지진 이후 지진은 국내에서도 부정할 수 없는 실효적 위협이 되었으며, 이에 따라 주요 산업시설물 중 하나로써 장경간 크레인을 활용하는 공장구조물의 내진성능에 대한 우려와 개선의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다.The recent earthquake after the Gyeongju and Pohang earthquakes in the southeastern Korean Peninsula has become an undeniably effective threat in Korea. Accordingly, there is a need for concern and improvement on the seismic performance of factory structures that use long span cranes as one of the major industrial facilities. This has been raised steadily.

기존의 크레인 설치 공장구조물의 경우 대부분 현행 내진기준 상의 어느 표준시스템에도 속하지 않는 비정의시스템(undefined system)이며, 지진발생 시 어느 구조요소에 손상이 발생하는지 명확하지 않고 파괴 양상(항복메커니즘)이 불분명하다. 실제로 관행적으로 설계/시공되어온 기존 국내 트러스지붕 공장구조물에 대해 지진해석을 수행한 결과, 도 1에 도시된 바와 같이 상하 기둥단부에 소성힌지가 발생하여 소위 전단 빌딩(shear building)으로 거동하는 기둥항복형 파괴모드를 보이는 것으로 확인할 수 있다. 이러한 기둥항복형 파괴모드를 갖는 구조물은 내진성능이 낮아 지진발생시 연성능력을 발휘하지 못하고 구조물 전체의 붕괴가 급작스럽게 초래될 수 있어 바람직하지 않다.Most of the existing crane-installed plant structures are undefined systems that do not belong to any standard system under the current seismic standards, and it is not clear which structural elements are damaged in the event of an earthquake, and the failure mechanism (yield mechanism) is unclear. Do. As a result of the seismic analysis of the existing domestic truss roof factory structure that has been conventionally designed / constructed, plastic hinges are generated at the upper and lower pillar ends as shown in FIG. 1 to act as a so-called shear building. It can be seen that it shows a yield breakdown mode. Such a structure having a column yielding failure mode is not preferable because it has low seismic performance and thus does not exhibit ductility during an earthquake and may suddenly cause collapse of the entire structure.

국내 현행 철골 플랜트공장 설계 관행에 따르면, 30m~40m 경간을 가지는 철골 플랜트공장의 지붕은 경제적인 이유로 트러스 지붕을 일반적으로 채용하는 편이다. 현행 플랜트 공장에 적용되는 횡력저항시스템의 경우 대부분이 지진에 저항하는 구조물의 탄성, 비탄성 요소의 역할분담이 불분명하며, 설계 시 내진기준의 어떤 표준시스템에도 속하지 않는 비정의 시스템(undefined system)으로 간주하여 내진 상세의 적용 없이 반응수정계수 R=3을 택하여 강도 및 강성설계만을 수행한다. 이러한 설계 방식은 산업용건물의 설계에 적용되었을 때에 그 적정성의 여부를 판별하기 곤란하며, 설계의 결과로 획득되는 내진 성능에 대한 정보가 없기 때문에 강진 발생 시 구조물이 연성 거동을 유지하는지 여부에 대해 규명할 수 없다.According to current domestic steel plant plant design practices, truss roofs are generally adopted for the economics of roofing steel plant plants with a span of 30m to 40m. In the case of the lateral force resistance system applied to the current plant factory, the role sharing of the elastic and inelastic elements of the structure that resists most earthquakes is unclear, and the design is regarded as an undefined system that does not belong to any standard system of seismic standards. Therefore, only the strength and stiffness design is performed by selecting the reaction modification coefficient R = 3 without applying the seismic details. It is difficult to determine the adequacy of the design method when applied to the design of industrial buildings, and it is difficult to determine whether the structure maintains ductile behavior in the event of a earthquake because there is no information on seismic performance obtained as a result of the design. Can not.

한편, 역량설계(capacity design)는 국내 내진기준에 포함되어 있는 특수모멘트골조(SMF), 편심가새골조(EBF) 등의 지진력 저항시스템의 근간이 되는 설계 개념이다. 역량설계란 구조물 내에서 소성힌지가 발생하는 요소과 탄성상태를 유지하는 요소가 명확하게 구분되어, 소성힌지가 발생하는 부분만 비탄성 변형 및 에너지 소산에 참여하도록 하는 설계 개념이다. 역량설계 기반의 내진구조시스템의 경우 소성힌지 발생 부분의 연성만을 확보함으로써 구조물 전체의 변형 능력 및 안정성을 확보할 수 있다.On the other hand, capacity design is a design concept that is the basis of seismic resistance system such as special moment frame (SMF) and eccentric bracing frame (EBF) included in domestic earthquake resistance standards. Competency design is a design concept that clearly distinguishes elements that generate plastic hinges and those that maintain elasticity in the structure, so that only the parts where plastic hinges occur occur in inelastic deformation and energy dissipation. In case of seismic structure system based on capacity design, it is possible to secure the deformation capacity and stability of the entire structure by securing only the ductility of the plastic hinge.

본 발명에서 제시하고자 하는 공장구조용 비렌딜-트러스 내진구조의 경우 또한 역량설계 개념에 근거하여 소성힌지의 발생 위치를 명확히 규정할 수 있는 설계법이라 할 수 있다. 트러스 지붕 중앙 비렌딜 패널에 비탄성변형을 집중시켜 지붕 전체 붕괴를 방지하고, 크레인 기둥 변형을 크레인 기둥 위쪽 상부기둥으로 유도함으로써 트러스 기둥을 보호한다.In the case of the factory structure virendil-trus seismic structure to be proposed in the present invention can also be called a design method that can clearly define the occurrence position of the plastic hinge based on the concept of capacity design. The truss roof is protected by concentrating inelastic deformation in the center of the truss roof to prevent the collapse of the entire roof and inducing the crane column deformation to the upper column above the crane column.

크레인 기둥은 크레인으로부터 전달되는 큰 중력하중을 직접적으로 받고 있기 때문에 내부에 소성힌지가 발생하거나 큰 횡변위에 노출될 경우 P-△ 2차효과에 의해 구조물 전체의 안정성에 영향을 미치는 치명적인 손상을 입을 수 있다. 크레인 기둥의 안전성에 문제가 생길 경우, 플랜트 주요 설비 기능 정지 등을 초래할 수 있어 큰 피해가 예상된다. 따라서, 설비가 배치되어 있지 않은 크레인 상부의 공간으로 지진 피해를 집중시키는 것은 공장의 기능유지 및 빠른 기능회복을 가능하게 한다. 실제 산업시설물의 지진에 의한 손실은 건물의 손상에 의한 직접적 피해보다 기능 정지 및 생산중단으로 인한 간접적 피해가 주를 이루기 때문에 지진에 의한 피해에도 기능을 유지할 수 있는 파괴 메커니즘을 갖는 것은 경제적으로 매우 중요하다.Since the crane column is directly subjected to the large gravity load transmitted from the crane, when the plastic hinge is generated inside or exposed to a large lateral displacement, the P- △ secondary effect can cause fatal damage that affects the stability of the structure as a whole. have. If the safety of crane poles is a problem, it can cause major plant malfunctions, which is expected to cause great damage. Therefore, concentrating the earthquake damage to the space above the crane where the equipment is not arranged enables the plant to maintain its function and recover quickly. Since the actual earthquake losses of industrial facilities are mainly caused by indirect damages due to the stoppage of production and the interruption of production rather than the direct damages caused by the damage of buildings, it is economically important to have a destruction mechanism that can maintain the function even after the earthquake damages. Do.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1642420호로서, '단부 보강형 철골구조물'이 제안되어 있다. 이는 서로 사이 간격을 가지면서 수직으로 구비되는 철골기둥들과, 상기 철골기둥들의 사이를 연결하는 철골보와, 상기 철골보의 양측하단에서 일측 단부가 상기 철골기둥에 고정되며 상기 철골보의 양측하단을 지지하여 압축하중에 대한 내력을 보강하도록 된 압축보강재를 포함하여 이루어지는 단부 보강형 철골구조물에 있어서; 상기 철골보의 양측상단에서 일측 단부가 상기 철골기둥에 고정되며 상기 철골보의 양측상단을 지지하여 상기 철골보의 양측상단에 발생하는 인장하중에 대한 내력을 보강하도록 된 인장보강재를 더 포함하여 이루어진 것으로서, 철골보의 양측 상단에 대한 인장하중에 대한 보강을 구현하여 안정성을 확보함은 물론, 내진성능을 보강하여 취성파괴에 대한 보강을 할 수 있도록 한 것이다.As a background technology of the present invention, Korean Patent Registration No. 10-1642420 has been proposed, 'end reinforced steel structure.' It is a steel pillars provided vertically with a gap between each other, and the cheolgolbo connecting between the steel pillars, and one end at both sides of the lower end of the cheolgolbo is fixed to the steel column to support both lower ends of the cheolgolbo An end reinforcing steel frame structure comprising a compressive reinforcing material to reinforce the bearing capacity against the compressive load; One end at both sides of the upper cheolgolbo is fixed to the steel column, and further comprises a tensile reinforcing material to support the upper sides of the cheolgolbo to reinforce the strength of the tensile load occurring on both sides of the cheolgolbo, Reinforcement of the tensile loads on both sides of the upper surface ensures stability as well as reinforcement of seismic performance to reinforce brittle fracture.

그러나 상기 배경기술은 철골보의 인장하중 및 취성파괴에 대한 보강이 실현되는데 반해, 지진 하중에 대한 철골 기둥 특히 크레인 기둥의 피해를 줄일 수 있는 방안이 제시되어 있지 않다.However, in the background art, reinforcement of tensile load and brittle fracture of steel beams is realized, but a method of reducing damage of steel pillars, especially crane pillars, to earthquake loads is not proposed.

한국 등록특허 등록번호 제10-1642420호Korea Patent Registration No. 10-1642420

본 발명은 비렌딜 패널 양단과 상부 기둥의 하단부에 소성힌지를 유도함으로써 크레인 기둥 및 지붕 트러스의 손상을 방지하고 지진발생시 우수한 변형 및 에너지 소산 능력의 확보로 구조물의 안정성과 크레인 공장의 기능을 유지할 수 있도록 한 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention can maintain the stability of the structure and the function of the crane factory by inducing plastic hinges on both ends of the virendil panel and the lower end of the upper column to prevent damage to the crane pillar and roof truss and to secure excellent deformation and energy dissipation capacity during an earthquake. It is an object of the present invention to provide a crane steel plant structure having a virendil-truss seismic structure.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물은, 양측으로 크레인 기둥의 상단에 주각부를 두고 상부기둥이 설치되고, 상부기둥의 상단을 상호 연결하는 트러스지붕으로 이루어진 크레인 철골 공장구조물에 있어서, 상기 트러스지붕의 중앙부에 사재가 제거된 비렌딜 패널로서 동일 단면구조의 비렌딜 상현재와 비렌딜 하현재가 설치되되, 비렌딜 상현재와 비렌딜 하현재에는 각기 단부측으로 일정한 모양으로 절취되어 단면이 축소된 비렌딜 상·하현재 소성힌지부가 형성되고; 상기 상부기둥의 하단부에 일정한 모양으로 절취되어 단면이 축소된 상부기둥 소성힌지부가 형성되어, 지진 도래시 비렌딜 상·하현재 소성힌지부와 상부기둥 소성힌지부에 소성힌지가 동시에 유도되어 지진에너지가 소산됨으로써 크레인 기둥의 붕괴가 억제되도록 한 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the crane steel frame factory structure having a virendil-truss seismic structure, the upper pillar is provided with a plinth at the upper end of the crane pillar on both sides, the truss roof interconnecting the upper end of the upper pillar In the crane steel plant structure consisting of, the berendil panel with sand material removed from the center of the truss roof is installed berendil upper choir and berendil lower chord of the same cross-sectional structure, respectively A virendil upper and lower chord plastic hinge portion, which is cut in a constant shape toward the end side and whose cross section is reduced, is formed; The upper pillar plastic hinge is cut in a constant shape at the lower end of the upper pillar and the cross section is reduced, and the plastic hinge is induced at the same time as the upper and lower plastic hinges at the upper and lower virendils when the earthquake arrives. By dissipating is characterized in that the collapse of the crane pillar is suppressed.

또한, 비렌딜 상,하현재와 수직재 및 상부기둥은 H 단면을 갖는 내진용 강재나 저항복점강으로 제작되고, 크레인 기둥은 고강도 강재로 제작된 것을 특징으로 한다.In addition, the virendil upper and lower chords and the vertical member and the upper pillar is made of a seismic steel or a resistance point steel having an H cross section, the crane pillar is characterized in that made of high strength steel.

또한, 비렌딜 상·하현재와 수직재의 접합은 수직방향으로 배치·돌출된 조인트 강재부재를 매개로 모멘트를 전달할 수 있는 강접합이며, 트러스지붕의 트러스 구간에도 강접합되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the joining of the virendil upper and lower chords and the vertical member is a steel joint capable of transmitting a moment through the joint steel member disposed and protruded in the vertical direction, and is also strongly joined to the truss section of the truss roof.

또한, 비렌딜 패널이 설치되는 경간은 트러스지붕 총 경간의 10% 이내가 되도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the span where the virendil panel is installed is characterized in that it is within 10% of the total span of the truss roof.

본 발명의 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물은, 지진시 비렌딜 패널에 에너지 소산을 집중시키고 타 구조요소의 변형을 최소화함으로써 공장붕괴방지 및 설비손상을 최소화하여 크레인 공장의 기능을 유지할 수 있다. 또한, 비렌딜 패널부분에 변형을 집중시켜 지진 발생 후 비렌딜 패널만 교체하면 되므로 유지·보수가 용이하다.Crane steel frame factory structure having a virendil-truss seismic structure of the present invention, by concentrating energy dissipation in the virendil panel during the earthquake and minimizing the deformation of other structural elements to prevent plant collapse and minimize damage to the plant to minimize the function of the crane plant I can keep it. In addition, it is easy to maintain and repair because only the virendil panel needs to be replaced after an earthquake by focusing deformation on the virendil panel part.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 지진도래시 크레인 철골 공장구조물의 변형 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 지진도래시 크레인 철골 공장구조물의 변형 모식도.
도 3a 및 도 3b는 비렌딜 패널의 내진성능검증을 위한 실험 모식도 및 이의 반복가력에 따른 이력선도.
도 4a 및 도 4b는 비렌딜-트러스 내진구조시스템의 역량설계 개념도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 크레인 철골 공장구조물의 구성도.
도 6은 도 5에 도시된 트러스지붕의 중앙부 사시도.
도 7은 도 5에 도시된 상부기둥의 하단부 사시도.
The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
Figure 1 is a schematic diagram of the modification of the conventional earthquake crane steel structure factory structure.
Figure 2 is a schematic diagram showing the deformation of the earthquake crane crane structure according to the present invention.
Figure 3a and 3b is a schematic diagram of the experimental diagram for the seismic performance verification of the virendil panel and its repeatability.
4A and 4B are conceptual diagrams of capacity design of a virendil-truss seismic structure system.
Figure 5 is a block diagram of a crane steel structure factory structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of the center of the truss roof shown in FIG.
7 is a perspective view of the lower end of the upper column shown in FIG.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In the following the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the embodiments presented are exemplary for a clear understanding of the present invention is not limited thereto.

본 발명은 첫째로, 도 2와 같이 트러스지붕 중앙부에 비렌딜 패널을 설치하여 비렌딜 상·하현재 양단에 소성힌지를 유도하고 다른 모든 나머지 구조 요소의 항복을 방지하는 것이다. 비렌딜 패널의 상·하현재와 수직재 접합은 확장 단부판 볼트모멘트 접합부(Extended End Plate Bolted Moment Connection)을 적용함으로써 상·하현재와 수직재를 강접합시켜 구조적 안전성을 확보한다. 이웃하는 트러스 부재가 축력이 지배적인 거동을 보이는 것과 달리, 복부재가 없는 비렌딜 패널의 상·하현재는 휨이 지배하는 거동을 보인다. 횡력이 증가함에 따라 비렌딜 패널의 상·하현재는 휨응력을 받아 항복하여 소성힌지를 형성하며, 비렌딜 패널의 상·하현재에서 형성된 4개의 소성힌지가 회전하면서 구조물의 변형을 수용한다. 이때 비렌딜 패널은 항복 이후 반복적인 큰 변형에 노출되므로 인성(toughness)이 큰 재료를 사용하여야 하며, 주변의 부재보다 빨리 항복해야 하므로 항복강도가 상대적으로 낮은 것이 유리하다. 따라서 내진용강재나 저항복점강이 비렌딜 보로 쓰이기에 적절하다.First, the present invention is to install a virendil panel in the center of the truss roof as shown in Figure 2 to induce plastic hinges on both ends of the virendil upper and lower chords, and to prevent the yield of all other structural elements. The upper and lower chords and vertical members of the virendil panel are secured structurally by rigidly connecting the upper and lower chords and the vertical members by applying an extended end plate bolted moment connection. Unlike neighboring truss members exhibiting dominant axial forces, the up-and-down chords of the birendil panels without abdominal members exhibit the behavior of bending. As the lateral force increases, the upper and lower chords of the virendil panel are subjected to bending stress and yield to form a plastic hinge, and four plastic hinges formed at the upper and lower chords of the virendil panel rotate to accommodate the deformation of the structure. At this time, since the virendil panel is exposed to repeated large deformation after yielding, a material having high toughness should be used, and yielding strength is relatively low because it has to yield faster than the surrounding members. Therefore, seismic resistant steel and resistance point steel are suitable for use as virendil beams.

비렌딜 패널에 소성힌지가 생성된 이후에도, 비렌딜 패널를 제외한 나머지 구조 요소들은 탄성을 유지해야 한다. 따라서 비렌딜 패널을 제외한 기둥 및 트러스 부재에는 고강도 강재 혹은 비렌딜 패널에 비해 항복강도가 높은 강재를 사용하는 것이 효과적이다. 이를 통해 비렌딜 패널에 변형 및 손상을 집중시킴으로써 전체 구조물의 피해를 최소화할 수 있으며, 트러스 부재나 기둥의 좌굴 등 불안정한 파괴 모드를 억제할 수 있다. 더불어, 소성힌지 위치를 명확하게 하기 위해 비렌딜 패널 상·하현재 단부에 플랜지 절취형 단면(RBS, reduced beam section)을 적용할 수 있다.Even after the plastic hinge is produced in the virendil panel, the structural elements other than the virendil panel must remain elastic. Therefore, it is effective to use high strength steel or steel with higher yield strength than non-rendil panels for trusses and truss members. This minimizes damage to the entire structure by concentrating deformation and damage to the virendil panel, and suppresses unstable failure modes such as truss members and buckling of columns. In addition, in order to clarify the position of the plastic hinge, a flange cut section (RBS) may be applied to the upper and lower ends of the virendil panel.

두 번째로, 크레인기둥의 변형 및 하부의 소성힌지를 크레인 기둥 위쪽의 상부기둥으로 유도하여 크레인 기둥의 피해를 최소화하는 것이다. 크레인 기둥은 크레인으로부터 전달되는 큰 중력하중을 직접적으로 받고 있기 때문에 내부에 소성힌지가 발생하거나 큰 횡변위에 노출될 경우 2차효과에 의해 구조물 전체의 안정성에 영향을 미치는 치명적인 손상을 입을 수 있다. Secondly, the deformation of the crane pillar and the plastic hinge of the lower portion are guided to the upper pillar above the crane pillar to minimize the damage of the crane pillar. Since the crane column is directly subjected to a large gravity load transmitted from the crane, when the plastic hinge is generated inside or exposed to a large lateral displacement, the secondary effect may cause a fatal damage that affects the stability of the structure as a whole.

성능기반설계를 수행하거나, 상부기둥 플랜지의 절취를 통해 상부기둥에 변형 및 소성힌지를 유도한다. Deformation and plastic hinges are induced in the upper column by performing performance-based design or by cutting the upper column flange.

이를 위해, 3단계 설계절차에 따라 설계한다.To do this, design according to the three-step design procedure.

1단계는 건축구조기준(KBC 2016) 강구조설계 0701-0712절에 의거하여 공장 구조물에 대한 강성 및 강도 설계를 수행한다. 이 때, 설계지진하중에 적용되는 반응수정계수 R은 6~7로 적용 가능하다.The first stage is to carry out the stiffness and strength design of the factory structure according to the steel structure design section 0701-0712 of KBC 2016. At this time, the reaction correction coefficient R applied to the design earthquake load is applicable to 6-7.

2단계는 비렌딜 패널 소성힌지에서 발생하는 이력거동에 의한 초과강도를 고려하여 전단력 및 소성모멘트의 크기를 산정한다. 설계하중에 추가적으로 소성힌지 전단력 및 소성모멘트를 적용한 후, 1단계에서 설계된 지붕 트러스가 탄성 상태인지 여부를 검토한다.(도 4a 참조)In the second step, the shear force and plastic moment are calculated in consideration of the excess strength due to the hysteretic behavior occurring in the virendil panel plastic hinge. After applying the plastic hinge shear force and plastic moment to the design load, it is examined whether the roof truss designed in step 1 is elastic (see Fig. 4a).

3단계는 비선형 정적해석(pushover analysis)를 수행하여 내진성능지표인 Demand-Capacity Ratio(DCR) 값을 크레인기둥 보호를 위해 크레인기둥보다 상부기둥이 불리하게 조정한다. 최종적으로 조정된 설계안에 대해 내진성능평가를 통해 검증한다.(도4b 참조)In the third step, nonlinear static analysis (pushover analysis) is carried out to adjust the Demand-Capacity Ratio (DCR) value, which is the seismic performance indicator, against the crane pillar to protect the crane pillar. Finally, the adjusted design is verified through seismic performance evaluation (see Fig. 4b).

<실시 예><Example>

본 실시 예에 따른 크레인 철골 공장구조물(10)은 도 5에서와 같이 양측으로 크레인 기둥(12,12a)의 상단에 주각부를 두고 상부기둥(14,14a)이 설치된다. 또한 상부기둥(14,14a)의 상단을 상호 연결하는 트러스지붕(16)으로 이루어진다.Crane steel frame factory structure 10 according to the present embodiment, the upper pillars 14, 14a are provided with a plinth on the upper end of the crane pillars 12, 12a as shown in FIG. It also consists of a truss roof (16) interconnecting the upper ends of the upper pillars (14, 14a).

여기서, 크레인기둥(12, 12a)은 축/횡하중에 대한 저항성능이 큰 래티스 기둥 또는 합성기둥 등을 적용한다. 상부기둥(14, 14a)은 크레인 하중을 지지하지 않으므로 통상적으로 H형강 등의 단일부재를 사용한다. 이때, 항복 메커니즘 발현 시 크레인기둥(12, 12a)은 보호될 수 있도록 설계 과정에서 조정되어야 한다.(도 4 참조) 트러스 지붕(16)의 중앙부에 비렌딜 패널이 설치된다. 비렌딜 패널은 상현재(18)와 하현재(18a) 및 수직재(18b)로만 구성되어 있다. 비렌딜 패널이 너무 길 경우, 강성 및 강도가 낮아지므로 비렌딜 패널 경간은 지붕 트러스 총 경간의 10% 이내가 되도록 한다. 또한, 비렌딜 패널 형태적 안정성을 위해 장변이 단변의 1.5배를 넘지 않도록 하여 정사각형에 가까운 형태가 되도록 한다. 또한, 비렌딜 패널 상·하현재 단부를 일정한 모양으로 절취하여 단면을 축소시킴으로써 지진시 소성힌지점(181, 181a)을 더욱 명확히 형성시킬 수 있다.Here, the crane columns (12, 12a) is applied to a lattice column or composite column having a large resistance to axial / lateral load. Since the upper pillars 14 and 14a do not support the crane load, a single member such as H-shaped steel is usually used. At this time, the crane posts 12 and 12a should be adjusted in the design process so as to be protected when the yield mechanism is expressed. (See FIG. 4) A virendil panel is installed at the center of the truss roof 16. The virendil panel consists only of the upper chord 18, the lower chord 18a, and the vertical member 18b. If the virendil panel is too long, the stiffness and strength are lowered so that the virendil panel span is within 10% of the total span of the roof truss. In addition, the long side does not exceed 1.5 times the short side for the morphenyl panel morphological stability to be close to the square shape. In addition, the plastic hinge points 181 and 181a during the earthquake can be more clearly formed by cutting the virendil panel upper and lower current ends in a predetermined shape to reduce the cross section.

비렌딜 소성힌지부(181,181a)는 본 실시 예에서 반달모양으로 절취된 홈에 의해 형성되었으나 이러한 절취 모양에 한정되는 것은 아니다. 트러스 구간(16)은 비렌딜 패널(18, 18a, 18b)을 제외한 구간 즉, 상현재(161)와 하현재(162) 및 사재(163)를 포함하여 구성된다. 이때 비렌딜 상현재(18)와 하현재(18a)는 양단에 H형 단면을 갖고 수직방향으로 배치된 조인트 강재부재(17,17a)를 매개로 비렌딜 수직재(18b)와 강접합될 수 있다. 더불어, 조인트 강재부재(17,17a)를 사용함으로써 비렌딜 상현재(18)와 비렌딜 하현재(18a)을 트러스 상현재(161)와 하현재(162)측에 구조적으로 용이하게 연결시킬 수 있다. 또한, 도 7과 같이 상부기둥(14,14a)의 하단부에 일정한 모양으로 절취되어 단면이 축소된 상부기둥 소성힌지부(141,141a)가 형성되어 있다. 상부기둥 소성힌지부(141,141a)는 본 실시 예에서 반달모양으로 절취된 홈에 의해 형성되었으나 이러한 절취 모양에 한정되는 것은 아니다.The virendil plastic hinge portions 181 and 181a are formed by grooves cut in a half moon shape in the present embodiment, but are not limited thereto. The truss section 16 includes a section except for the virendil panels 18, 18a, and 18b, that is, the upper chord 161, the lower chord 162, and the yarn 163. In this case, the virendil upper chord 18 and the lower chord 18a may be strongly joined to the virendil vertical material 18b through the joint steel members 17 and 17a disposed in the vertical direction with H-shaped cross sections at both ends. . In addition, by using the joint steel members 17 and 17a, the virendil upper chord 18 and the virendil lower chord 18a can be easily structurally connected to the truss upper chord 161 and the lower chord 162. have. Further, as shown in FIG. 7, upper pillar plastic hinge portions 141 and 141a which are cut in a predetermined shape and have a reduced cross section are formed at the lower ends of the upper pillars 14 and 14a. The upper pillar plastic hinge portions 141 and 141a are formed by grooves cut in half-moon shapes in this embodiment, but are not limited thereto.

탄성 요소가 되는 크레인 기둥(12,12a)은 고강도 강재로 제작되고, 비탄성 요소인 비렌딜 상,하현재(18,18a)와 수직재(18b) 및 상부 기둥(14,14a)은 내진용 강재나 저항복점강을 사용하면, 비탄성 요소의 항복이 용이해진다. 또한, 도 3과 같이 저항복점강(Fy=160MPa)을 활용한 비렌딜패널 축소실험을 수행한 결과, 특수모멘트골조(R=8) 이상의 우수한 에너지 소산능력을 확인할 수 있다.The crane pillars 12 and 12a, which become elastic elements, are made of high strength steel, and the inelastic elements virendil upper and lower chords 18 and 18a and the vertical member 18b and the upper pillars 14 and 14a are made of seismic steel or The use of a resistive spot steel facilitates yielding of inelastic elements. In addition, as a result of performing the Virendil panel reduction experiment using the resistive recovery point steel (Fy = 160MPa) as shown in Figure 3, it can be confirmed that the excellent energy dissipation capacity of the special moment frame (R = 8) or more.

이와 같이 본 발명은 에너지 소산 능력이 우수한 비렌딜 패널에 변형을 집중시키고 크레인 기둥(12,12a)을 포함한 다른 구조요소는 탄성 상태를 유지하여 크레인 철골 공장구조물(10)의 붕괴를 억제시켜 피해를 최소화하고 우수한 변형능력을 확보할 수 있다. As described above, the present invention concentrates deformation on the virendil panel having excellent energy dissipation ability, and other structural elements including the crane columns 12 and 12a maintain elasticity to suppress the collapse of the crane steel plant structure 10 to prevent damage. Minimized and excellent deformation capacity can be secured.

또한, 주각부 힌지를 크레인 기둥(12,12a) 위쪽 상부기둥(14,14a)으로 유도함으로써 강진 발생 시에도 구조물의 안정성 및 크레인 공장의 기능을 효과적으로 유지할 수 있으며 피해 발생 시의 복구 능력 또한 최대화할 수 있다. 지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.In addition, by guiding the plinth hinge to the upper pillars 14 and 14a above the crane pillars 12 and 12a, it is possible to effectively maintain the stability of the structure and the function of the crane plant even in the event of a strong earthquake and to maximize the recovery ability in the event of damage. Can be. So far, the present invention has been described in detail with reference to the presented embodiments, but those skilled in the art may make various modifications and modifications without departing from the technical spirit of the present invention with reference to the presented embodiments. will be. The invention is not limited by the invention as such variations and modifications but only by the claims appended hereto.

17,17a: 조인트 강재부재
18: 비렌딜 상현재
18a: 비렌딜 하현재
18b: 비렌딜 수직재
181,181a: 비렌딜 상·하현재 소성힌지부
14,14a: 상부기둥
141,141a: 상부기둥 소성힌지부
17,17a: joint steel member
18: Virendil Prize
18a: Virendil High Current
18b: Virendil Vertical
181,181a: firing hinge of virendil upper and lower current
14,14a: upper pillar
141,141a: upper pillar plastic hinge

Claims (4)

양측으로 크레인 기둥(12,12a)의 상단에 주각부를 두고 상부기둥(14,14a)이 설치되고, 상부기둥(14,14a)의 상단을 상호 연결하는 트러스지붕(16)으로 이루어진 크레인 철골 공장구조물에 있어서,
상기 트러스지붕(16)의 중앙부에 사재가 제거된 비렌딜 패널로서 동일 단면구조의 비렌딜 상현재(18)와 비렌딜 하현재(18a)가 설치되되, 비렌딜 상현재(18)와 비렌딜 하현재(18b)에는 각기 단부측으로 일정한 모양으로 절취되어 단면이 축소된 비렌딜 상·하현재 소성힌지부(181,181a)가 형성되고;
상기 상부기둥(14,14a)의 하단부에 일정한 모양으로 절취되어 단면이 축소된 상부기둥 소성힌지부(141,141a)가 형성되어,
지진 도래시 비렌딜 상·하현재 소성힌지부(181,181a)와 상부기둥 소성힌지부(141,141a)에 소성힌지가 동시에 유도되어 지진에너지가 소산됨으로써 크레인 기둥(12,12a)의 붕괴가 억제되도록 한 것을 특징으로 하는 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물.
Crane steel frame factory consisting of a truss roof (16) having upper pillars (14, 14a) having a plinth on the top of the crane pillars (12, 12a) on both sides and interconnecting the upper ends of the upper pillars (14, 14a) In the structure,
A virendil top chord 18 and a virendil bottom chord 18a having the same cross-sectional structure are installed as a virendil panel in which the sand material is removed from the center of the truss roof 16, and the virendil top chord 18 and the virendil Virendil upper and lower chord plastic hinge portions 181 and 181a are formed in the lower chord 18b, respectively, cut into a predetermined shape toward the end side and the cross section thereof is reduced;
The upper pillar plastic hinge portions 141 and 141a, which are cut in a predetermined shape at the lower ends of the upper pillars 14 and 14a and whose cross section is reduced, are formed.
When the earthquake arrives, the plastic hinges are induced at the upper and lower firing hinges 181 and 181a and the upper pillar firing hinges 141 and 141a at the same time to dissipate the seismic energy so that the collapse of the crane posts 12 and 12a is suppressed. Crane steel structure having a virendil-truss seismic structure, characterized in that one.
제 1항에 있어서,
비렌딜 상,하현재(18,18b)와 수직재(18b) 및 상부기둥(14,14a)은 H 단면을 갖는 내진용 강재나 저항복점강으로 제작되고, 크레인 기둥(12,12a)은 고강도 강재로 제작된 것을 특징으로 하는 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물.
The method of claim 1,
Virendil upper and lower chords (18, 18b), the vertical member (18b) and the upper column (14, 14a) is made of seismic steel or resistance point steel having an H cross section, crane poles (12, 12a) is a high-strength steel Crane steel frame factory structure having a virendil-truss seismic structure, characterized in that the production.
제 1항에 있어서,
비렌딜 상·하현재(18,18a)와 수직재(18b)의 접합은 수직방향으로 배치·돌출된 조인트 강재부재(17,17a)를 매개로 모멘트를 전달할 수 있는 강접합이며, 트러스지붕(16)의 트러스 구간에도 강접합되어 있는 것을 특징으로 하는 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물.
The method of claim 1,
The joining of the virendil upper and lower chords 18 and 18a and the vertical member 18b is a steel joint capable of transmitting moments through the joint steel members 17 and 17a arranged and protruded in the vertical direction, and the truss roof 16 Crane steel frame factory structure having a virendil-truss earthquake-resistant structure, characterized in that it is also strongly joined to the truss section.
제 1항에 있어서,
비렌딜 패널이 설치되는 경간은 트러스지붕(16) 총 경간의 10% 이내가 되도록 한 것을 특징으로 하는 비렌딜-트러스 내진구조를 갖는 크레인 철골 공장구조물.
The method of claim 1,
The span where the virendil panel is installed is within 10% of the total span of the truss roof 16. The crane steel plant structure having the virendil-truss seismic structure.
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