KR20230041309A - 내진설계 구조물 - Google Patents

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KR20230041309A
KR20230041309A KR1020210124761A KR20210124761A KR20230041309A KR 20230041309 A KR20230041309 A KR 20230041309A KR 1020210124761 A KR1020210124761 A KR 1020210124761A KR 20210124761 A KR20210124761 A KR 20210124761A KR 20230041309 A KR20230041309 A KR 20230041309A
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Abstract

내진설계 구조물이 개시된다. 본 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 기둥 및 기둥에 고정되는 보를 포함하고, 기둥은 평면부와, 평면부보다 높은 항복비를 갖는 절곡부를 포함하며, 하기 (1) 식을 만족하도록 보가 절곡부와 평면부 사이에 고정되는 위치를 설계하는 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
식(1)
Figure pat00013

(bMp: 보의 전소성 모멘트, cMp: 기둥의 전소성 모멘트, α: 보의 안전계수, β: 보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수, γ: 기둥의 안전계수)

Description

내진설계 구조물{EARTHQUAKE RESISTANCE DESIGN STRUCTURE}
본 발명은 내진설계 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기둥의 특성을 고려하여 구조물의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 내진설계 구조물에 관한 것이다.
초고층 건물의 수요 증가에 따라 고강도의 지진으로 인한 건물 붕괴 사고를 막고 피해를 최소화하기 위한 방법 중의 하나로 건축구조물의 내진설계에 의한 공법을 활용하고 있으며, 최근 들어 전세계적으로 지진 발생의 회수나 강도가 증가하고 있고, 지진 발생으로 인한 피해 사례가 빈번함에 따라 건축구조물의 내진설계에 대한 관심이 크게 증대되고 있다.
최근 들어 철근콘크리트구조물보다 가볍고, 변형능력이 우수하여 내진성능이 우수한 강구조물이 건축구조물의 내진설계를 위해 많이 사용되고 있다. 하지만, 강구조물의 장점에도 불구하고, 강 구조물은 큰 지진 발생 시 보-기둥 접합부 쪽에 힘이 집중되게 된다. 접합부 쪽에서 발생하는 휨 모멘트 등에 의하여 건축구조물을 이루는 구성들이 항복하게 되고, 이로 인하여, 건물이 붕괴되어 큰 피해가 발생하게 된다.
건축구조물이 우수한 내진성능을 갖게 하기 위해선, 건축구조물을 이루는 각 구성들의 재료, 형태뿐만 아니라, 보-기둥 접합상세, 내진설계 개념 등의 여러 요소가 고려되어야 한다.
최근 들어 강구조 재료의 품질이 향상되어 항복비 0.85이하는 물론 0.8이하의 소재가 개발되어 재료적 측면에서 건축구조물의 내진성능을 개선시킬 수 있다.
내진설계 구조물은 기둥 붕괴형, 보 붕괴형 등의 붕괴 모드를 가질 수 있는데, 주로 사용되는 보 붕괴형의 경우, 보가 항복하여도 기둥이 항복하지 않아 구조물의 붕괴를 사전에 방지하는 개념이었다. 따라서 보의 항복 후 인장 강도에 도달하여도 기둥이 버틸 수 있도록, 보와 기둥의 항복강도의 관계를 고려하였다.
다만 이 설계 개념은 기둥의 형태나 제작 방법 등 기둥의 영향은 고려하지 않고, 보의 항복강도에 영향을 미치는 보의 재질 및 특성에 초점을 맞춘 설계 방식이었다. 보다 정확한 내진설계를 위해, 기둥의 특성을 고려한 새로운 설계 개념이 연구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0078108호(2013. 01. 28. 공고)
본 발명의 실시 예는 보가 기둥에 고정되는 위치를 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있는 내진설계 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 기둥의 형태를 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있는 내진설계 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 각형강관의 제작방법을 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있는 내진설계 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 내진설계 시, 보와 기둥의 항복강도와 함께 전소성 모멘트를 함께 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있는 내진설계 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 기둥의 항복강도를 보의 항복강도 보다 높게 마련하여 응력에 의해 보가 항복하여도 기둥은 버틸 수 있어 구조물의 붕괴를 방지할 수 있는 내진설계 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예의 일 측면에 의하면, 기둥; 및 상기 기둥에 고정되는 보를 포함하고, 상기 기둥은 평면부와, 상기 평면부보다 높은 항복비를 갖는 절곡부를 포함하며, 하기 (1) 식을 만족하도록 상기 보가 상기 절곡부와 상기 평면부 사이에 고정되는 위치를 설계하는 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
식(1)
Figure pat00001
(bMp: 보의 전소성 모멘트, cMp: 기둥의 전소성 모멘트, α: 보의 안전계수, β: 보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수, γ: 기둥의 안전계수)
상기 β 는 상기 보가 상기 평면부에 고정되는 경우, 하기 (2) 식을 만족하고, 상기 보의 적어도 일부가 상기 절곡부에 고정되는 경우, 하기 (3) 식을 만족하는 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
식(2)
Figure pat00002
식(3)
Figure pat00003
(L: 절곡부의 너비, γ: 기둥의 안전계수, x: 기둥의 측면으로부터 보가 접합하는 위치까지의 측정거리)
상기 β 는 1 이상 1.25 이하인 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
상기 기둥은 항복비가 0.7 이상 0.8 이하이고, 상기 평면부는 상기 절곡부보다 항복비가 낮게 마련되는 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
상기 기둥은 항복비가 0.85 이상 0.95 이하이고, 상기 평면부는 상기 절곡부보다 항복비가 낮게 마련되는 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
상기 보는 항복비가 0.8 이하인 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
상기 기둥은 상기 보를 구성하는 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재로 이루어진 내진설계 구조물이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 보가 기둥에 고정되는 위치를 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 기둥의 형태를 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 각형강관의 제작방법을 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 내진설계 시 보와 기둥의 항복강도와 함께 전소성 모멘트를 함께 고려하여 보다 정확한 내진설계를 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물은 기둥의 항복강도를 보의 항복강도 보다 높게 마련하여 응력에 의해 보가 항복하여도 기둥은 버틸 수 있어 구조물의 붕괴를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 열연코일로 제작한 각형강관 기둥의 부위별 응력-변형률 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 후판으로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값(보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 열연코일로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값(보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수)을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 의한 내진설계 구조물(1)은 기둥(10) 및 보(20)를 포함하며, 보(20)는 기둥(10)에 고정되어, 내진설계 구조물(1)의 횡방향으로 설치될 수 있다. 보(20)는 다양한 형강으로 마련될 수 있으며, 그 중 일 예로, H형강으로 마련될 수 있다. 이때 H형강으로 마련된 보(20)에 보(20)의 강도를 보강할 수 있는 스티프너가 마련될 수 있다.
보(20)는 지진하중에 대하여 항복되어 기둥(10)의 항복을 방지할 수 있다. 보(20)보다 기둥(10)이 먼저 항복하여 구조물이 붕괴하는 상황을 방지하기 위해, 보(20)를 구성하는 강재는 기둥(10)을 구성하는 강재보다 항복강도가 낮은 강재로 이루어질 수 있다. 보(20)는 지진 등 외력에 의하여 항복한 후 인장강도에 도달하여도 기둥(10)이 버틸 수 있도록, 보(20)의 항복비를 0.8이하로 마련할 수 있다.
보(20)는 다양한 소재 및 제작방법을 통해 제조될 수 있으며, 기둥(10)과 동종의 소재라도 다른 제작방법을 통해 기둥(10)의 항복강도 보다 낮은 항복강도를 갖도록 제작할 수 있다.
보(20)는 기둥(10)에 다양한 방법으로 고정될 수 있으며, 일 예로, 볼트 또는 용접을 통해 기둥(10)에 보(20)를 고정할 수 있다. 보(20)와 기둥(10) 사이에 보 연결부를 마련하여 보 연결부에 보(20)와 기둥(10) 각각을 볼트 또는 용접을 각각 연결하여 내진설계 구조물(1)을 마련할 수 있다. 기둥(10)과 보(20) 사이 마련된 보 연결부를 통해, 보(20)가 지진이나 기타 외력에 의해 손상된 경우 보(20)만 부분적으로 교체하여 보수작업 및 보강작업을 용이하게 할 수 있다. 이때, 보 연결부는 보(20)를 구성하는 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재로 마련될 수 있다.
기둥(10)은 내진설계 구조물(1)의 종방향으로 설치될 수 있다. 기둥(10)은 평면부(12)와 절곡부(11)로 이루어질 수 있다. 기둥(10)은 보(20)를 구성하는 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재로 이루어질 수 있다. 일반 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재를 기둥(10)에 적용함으로써, 보(20)와 기둥(10)의 접합구조의 지지강도를 향상시킬 수 있으며, 보(20)보다 기둥(10)이 먼저 항복하여 구조물이 붕괴하는 상황을 방지할 수 있다.
기둥(10)은 다양한 강재 및 제작방법을 통해 제작될 수 있으며, H형 또는 각형강관 등을 사용하여 제작될 수 있다. 내진설계 구조물(1)의 기둥(10)으로 사용되는 각형강관은 원재를 후판 또는 열연코일로 하여 제작될 수 있다. 후판을 원재로 하는 경우, 후판을 프레스 벤딩 후 일면 또는 이면을 용접하여 후판으로 각형강관을 제작할 수 있다. 열연코일을 원재로 하는 경우, 열연코일을 이용하여 원형강관을 성형 제작한 후 이를 각형강관으로 교정하여 열연코일로 각형강관을 제작할 수 있다. 각형강관을 제작하는 방법에 따라 각형강관의 부위별로 가해지는 응력에 차이가 존재하게 된다. 각 부위별 가해지는 응력에 차이가 존재함에 따라, 변형되는 정도가 달라지며 부위별로 항복강도, 인장강도, 항복비 등 물성에 차이가 발생하게 된다.
후판으로 각형강관을 제작하기 위해 후판을 프레스 벤딩하는 경우, 벤딩을 통해 절곡부(11)는 평면부(12)에 비하여 응력을 더 받게 되고, 소성변형이 발생한다. 열연코일을 이용하여 각형강관을 제작하기 위해 열연코일로 원형강관을 성형 제작한 후 이를 각형강관으로 교정하는 경우, 절곡부(11)와 함께 평면부(12)도 응력을 받게 되고, 절곡부(11) 및 평면부(12)는 소성변형이 발생한다. 소성변형이 발생하여 변형된 절곡부(11) 또는 평면부(12)는 가해지는 응력이 사라져도 변형 전 상태로 돌아가지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 열연코일로 제작한 각형강관 기둥의 부위별 응력-변형률 값을 나타낸 그래프이다.
소성변형이 발생한 부위와 소성변형이 발생하지 않는 부위의 항복비는 동일하지 않다. 일 예로, 도 3을 참고하면, 열연코일을 이용하여 각형강관을 제작하기 위해 열연코일로 원형강관을 성형 제작한 후 이를 각형강관으로 교정한 경우, 절곡부(11)와 평면부(12)는 원재와 상이한 항복강도 및 인장강도의 값을 갖는다. 절곡부(11)와 평면부(12)의 모두 원재보다 큰 항복비 값을 가지며, 절곡부(11)는 평면부(12)보다도 큰 항복비 값을 갖는다. 후판으로 각형강관을 제작하기 위해 후판을 프레스 밴딩하는 경우, 평면부(12)의 항복비는 원재와 같고 절곡부(11)의 항복비는 원재보다 큰 값을 갖게 된다.
열연코일을 원재로 하여 만들어진 각형강관의 항복비는 0.85 이상 0.95 이하가 될 수 있다. 일 예로, 항복비가 0.9인 각형강관을 기둥(10)으로 이용하는 경우, 절곡부(11)의 항복비는 0.9 ~ 1.0이 될 수 있으며, 평면부(12)의 항복비는 0.9로, 절곡부(11)의 항복비보다 낮게 마련될 수 있으며, 원재보다 큰 값을 가질 수 있다.
후판을 원재로 하여 만들어진 각형강관의 항복비는 0.7 이상 0.8 이하 가 될 수 있다. 일 예로, 항복비가 0.8인 각형강관을 기둥(10)으로 이용하는 경우, 절곡부(11)의 항복비는 0.8 ~ 1.0이 될 수 있다. 평면부(12)의 항복비는 0.8로, 절곡부(11)의 항복비 보다 낮게 마련되며, 원재와 동일한 값을 가질 수 있다.
즉, 후판 또는 열연코일에 응력이 가해져 변형이 일어난 경우, 기둥(10)은 각 부위별로 항복강도, 인장강도 및 항복비에 차이가 발생하게 된다. 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 부위에 따른 기둥(10)의 항복비를 고려하여 내진설계를 하여, 보다 정확한 내진성능을 갖는 내진설계 구조물(1)을 형성할 수 있다.
각 기둥(10)은 제작방법에 따라서 각형강관에 사용되는 강재의 두께 대비 절곡부(11)의 너비가 달라질 수 있다.
일 예로 후판으로 만들어진 각형강관을 기둥(10)으로 이용하는 경우, 각형강관에 사용되는 강재의 두께를 t라 하는 경우, 절곡부(11)의 너비는 3.5t가 된다. 열연코일로 만들어진 각형강관을 기둥(10)으로 이용하는 경우, 강재의 두께를 t라 하는 경우, 절곡부(11)의 너비는 2.5t가 된다. 또한 이때 각 제작방법에 따른 절곡부(11)의 곡률도 달라질 수 있다. 이를 통해 구조물 설계 시 상황별 필요한 너비값 및 항복비 값을 갖는 절곡부(11)가 마련된 기둥(10)을 선택할 수 있어, 최적의 내진설계 구조물(1)을 형성할 수 있으며, 구조물 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다.
내진설계 구조물(1)은 기둥 붕괴형, 보 붕괴형 등의 붕괴 모드를 가질 수 있다. 보 붕괴형의 경우, 보(20)가 항복하여도 기둥(10)이 항복하지 않아 구조물의 붕괴를 사전에 방지한다. 보(20)보다 기둥(10)이 먼저 항복하여 구조물이 붕괴하는 상황을 방지하기 위하여, 기둥(10)은 보(20)를 구성하는 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재로 이루어질 수 있다.
기둥(10)과 보(20)의 항복강도와 함께, 기둥(10)의 전소성 모멘트와 보(20)의 전소성 모멘트를 고려하여 보다 정확하게 구조물의 내진설계를 할 수 있다. 전소성 모멘트는 극한 상태에서 단면의 탄성 부분이 무한히 적어져서 단면의 신축부는 소성 압축을 받고 인장부는 소성 인장을 받을 때의 휨 모멘트를 의미한다. 전소성 모멘트는
Figure pat00004
(
Figure pat00005
: 소성계수,
Figure pat00006
: 항복강도)로 계산되며, 보(20) 또는 기둥(10)의 항복강도를 높임으로써 전소성 모멘트를 증대시킬 수 있다. 보 붕괴형의 경우, 보(20)의 전소성 모멘트보다 기둥(10)의 전소성 모멘트를 크게 마련하여, 기둥(10)보다 먼저 보(20)가 항복하게 하여 구조물의 붕괴를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 후판으로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 열연코일로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값을 나타낸 그래프이다.
β 는 보(20)의 항복비, 보(20)가 부착되는 위치에서의 기둥(10)의 항복비와, 기둥(10) 및 보(20)의 설계치수 등을 기초로 산출될 수 있는 값이다.
앞서 기재된 바와 같이, 기둥(10)의 경우 기둥(10)의 부위별 항복강도, 인장강도 및 항복비의 값이 달라지며, 기둥(10)의 제작 시 사용되는 각형강관의 제작방법에 따라서도 부위별 항복강도, 인장강도 및 항복비의 값이 달라질 수 있다.
보(20)와 기둥(10)간의 항복강도 차이, 전소성 모멘트 차이뿐만 아니라, 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치 별 항복비 값이 다른 점을 반영한 β값을 이용하여 보다 정확한 구조물의 내진 설계를 할 수 있다.
하기 식(1)은 보(20)와 기둥(10)의 전소성 모멘트 차이와, 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 내진설계를 위한 관계식으로, 보 붕괴형의 내진설계 구조물(1)을 이루는 기둥(10)과 보(20)는 이하 식(1)을 만족할 수 있다.
식(1)
Figure pat00007
(bMp: 보의 전소성 모멘트, cMp: 기둥의 전소성 모멘트, α: 보의 안전계수, β: 보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수, γ: 기둥의 안전계수)
안전계수는 구조물의 구조적 불확실성에 대한 대비책으로, 구조물의 안전을 위한 불확실성에 대비하여 설계를 할 때 활용되는 값이다. 일반적으로 안전계수는 재료의 항복 강도에 대해 재료에 가해지는 응력 또는 하중을 나눈 값이다.
α는 보(20)의 안전계수로, 일 예로, 항복비가 0.8인 보(20)를 사용하는 경우 보(20)의 안전계수는 1.25가 된다.
γ는 기둥(10)의 안전계수로, 일 예로, 항복비가 0.9인 기둥(10)을 사용하는 경우 기둥(10)의 안전계수는 대략 1.11가 되며, 항복비가 0.8인 기둥(10)을 사용하는 경우 기둥(10)의 안전계수는 1.25가 된다.
β 는 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수로서, 보(20)의 고정위치가 평면부(12)인지 절곡부(11)인지에 따라 다른 값을 가질 수 있으며, 절곡부(11)내에서도 보가 고정되는 위치에 따라 다른 값을 가질 수 있다.
일 예로, 원재로 후판 또는 열연코일을 이용하여 각형강관을 제작 하는 경우, 각 부위별 가해지는 응력이 다르며, 이에 따라 소성변형이 일어나는 정도도 다르다. 소성변형이 일어나는 정도에 따라 각 부위별 항복강도, 인장강도에 차이가 존재하고 이에 따라 항복비에도 차이가 존재한다.
각형강관에 사용되는 강재와 제작방법에 따른 기둥(10)의 항복비 차이, 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치에 따른 항복비 차이를 β값에 반영하여, 보다 정확하게 구조물의 내진설계를 할 수 있다.
하기 식(2) 및 식(3)은 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수인 β 를 구하기 위한 관계식이다.
식(2)
Figure pat00008
식(3)
Figure pat00009
(L: 절곡부의 너비, γ: 기둥의 안전계수, x: 기둥의 측면으로부터 보가 접합하는 위치까지의 측정거리)
식(2)의 경우, 보(20)가 기둥(10)의 평면부(12)에 고정되는 경우에 적용되는 식이며, 식(3)의 경우 보(20)의 적어도 일부가 기둥(10)의 절곡부(11)에 고정되는 경우에 적용되는 식이다.
L은 절곡부(11)의 너비로, 각형강관의 제작에 사용되는 강재와 제작방법 등에 따라서 절곡부(11)의 길이는 달라질 수 있다. 일 예로, 강재의 두께를 t로 하는 경우. 후판으로 만들어진 각형강관에서 각형강관의 절곡부(11)의 너비는 3.5t가, 열연코일로 만들어진 각형강관에서 각형강관의 절곡부(11)의 너비는 2.5t가 될 수 있다.
x는 기둥(10)의 측면으로부터 보(20)가 접합하는 위치까지의 측정거리를 의미한다. 기둥(10)의 측면을 기준으로 하여, 기둥(10)의 측면으로부터 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 위치까지의 측정 값을 나타낸다. 보다 정확한 내진 설계를 위해, 보(20)가 기둥(10)에 고정되는 최 좌측 및 최 우측 지점의 중간 값 또는 보(20)의 무게중심점을 고려한 측정 값을 사용할 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 의한 후판으로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값(보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수)을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 열연코일로 제작한 각형강관 기둥을 사용하는 내진설계 구조물의 β 값(보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수)을 나타낸 그래프이다.
후판을 원재로 하여 만들어진 각형강관의 항복비는 0.7 이상 0.8 이하가 될 수 있다. 일 예로, 항복비가 0.8인 각형강관을 기둥으로 이용하는 경우, 평면부(12)의 항복비는 0.8가, 절곡부(11)의 항복비는 0.8 ~ 1.0가 되며, 보(20)의 항복비는 0.8이하로 할 수 있다. 각형강관에 사용된 원재의 두께를 t로 하는 경우, 절곡부(11)의 너비는 3.5t가 될 수 있다.
도 4는 후판을 원재로 하여 만들어지고 항복비가 0.8인 각형강관을 기둥으로 이용하고, 보(20)의 항복비를 0.8로 하는 경우의 그래프로 이를 참고하면, 보(20)가 평면부(12)에 고정되는 경우에는 식(2)을 이용하여 구한 β 값은 1.25가 된다. 보(20)의 적어도 일부가 절곡부(11)에 고정되는 경우 식(3)을 이용하여 구한 β값은 1과 1.125 사이의 값이 될 수 있다.
열연코일을 원재로 하여 만들어진 각형강관의 항복비는 0.85 이상 0.95 이하가 될 수 있다. 일 예로, 항복비가 0.9인 각형강관을 기둥으로 이용하는 경우, 평면부(12)의 항복비는 0.9가, 절곡부(11)의 항복비는 0.9 ~ 1.0가 되며, 보의 항복비는 0.8이하로 할 수 있다. 각형강관의 원재의 두께를 t로 하는 경우, 절곡부(11)의 너비는 2.5t가 될 수 있다.
도 5는 열연코일을 원재로 하여 만들어지고, 항복비가 0.9인 각형강관을 기둥으로 이용하고, 보(20)의 항복비를 0.8로 하는 경우의 그래프로 이를 참고하면, 보(20)가 평면부(12)에 고정되는 경우 식(2)을 이용하여 구한 β값은 1.11이 된다. 보(20)의 적어도 일부가 절곡부(11)에 고정되는 경우, 식(3)을 이용하여 구한 β값은 1과 1.055 사이의 값이 될 수 있다.
본 발명의 기둥(10)은 각형강관의 제작방법에 따른 기둥(10)의 항복비, 전소성 모멘트 값의 차이를 고려하고 이와 함께 기둥(10)에 보(20)가 접하는 위치에 따른 항복비 고려하여 구조물의 내진 설계를 한다. 이를 통해 보다 정확한 내진 설계를 할 수 있어 지진 등의 외부 요인으로 인한 구조물의 붕괴를 방지할 수 있다.
1: 내진설계 구조물 10: 기둥
11: 절곡부 12: 평면부
20: 보

Claims (7)

  1. 기둥; 및
    상기 기둥에 고정되는 보를 포함하고,
    상기 기둥은
    평면부와, 상기 평면부보다 높은 항복비를 갖는 절곡부를 포함하며,
    하기 (1) 식을 만족하도록 상기 보가 상기 절곡부와 상기 평면부 사이에 고정되는 위치를 설계하는 내진설계 구조물.
    식(1)
    Figure pat00010

    (bMp: 보의 전소성 모멘트, cMp: 기둥의 전소성 모멘트, α: 보의 안전계수, β: 보가 기둥에 고정되는 위치에 따른 강도편차를 고려한 안전계수, γ: 기둥의 안전계수)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 β 는
    상기 보가 상기 평면부에 고정되는 경우, 하기 (2) 식을 만족하고,
    상기 보의 적어도 일부가 상기 절곡부에 고정되는 경우, 하기 (3) 식을 만족하는 내진설계 구조물.
    식(2)
    Figure pat00011

    식(3)
    Figure pat00012

    (L: 절곡부의 너비, γ: 기둥의 안전계수, x: 기둥의 측면으로부터 보가 접합하는 위치까지의 측정거리)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 β 는
    1 이상 1.25 이하인 내진설계 구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기둥은
    항복비가 0.7 이상 0.8 이하이고,
    상기 평면부는
    상기 절곡부보다 항복비가 낮게 마련되는 내진설계 구조물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기둥은
    항복비가 0.85 이상 0.95 이하이고,
    상기 평면부는
    상기 절곡부보다 항복비가 낮게 마련되는 내진설계 구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보는
    항복비가 0.8 이하인 내진설계 구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기둥은
    상기 보를 구성하는 강재보다 항복강도가 높은 고강도 강재로 이루어진 내진설계 구조물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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