철골접합부 실습1. 실습 개요1.1 실험 목적철골 구조물에 대한 정확한 이해를 바탕으로 제작 방법에 맞게 강재 단면에 대한 정확히 제작하고, 전단접합 및 모멘트접합부를 정확하게 표현한다.1.2 일반 사항1) SCALE : 1/5 (단면 및 접합부분), 1/10(전체 치수)2) 재료 : 폼보드(두께 1~3mm)3) 접착제 : 글루건 / 볼트 /너트 (3~4mm)1.3 팀 구성 및 역할2. 철골 구조2.1 개론철골 구조는 철근 콘트리트 구조와 함께 현대의 대표적인 건축구조이다. 강구조는 구조용 강재로 압평된 강판 및 각종 형강을 볼트, 용접 등의 접합방법을 이용한 구조 또는 건축구조의 총칭이다. 또한 공장생산 부재의 현장조립에 의한 현장작업의 경감, 시공기간이 단축되므로 우리나라에서도 경제의 고도성장에 따라 그 수요가 급증하고 있어 건축기술자는 철골구조에 관한 기술 습득이 더욱 필요하게 되었다.강재는 콘크리트 재료에 비해서 대단히 강한 재료이다. 강한 재료인 철골은 콘크리트 재료에 비해 단면이 작아도 되고 따라서 자중이 감소되므로 초고층 빌딩이나 장 스팬 구조물 등 의 구조물은 강재를 이용하지 않고는 성립될 수 없을 정도로 널리 쓰이고 있다.2.2 철골 구조의 장단점1) 장점- 부재의 공장생산과 현장조립에 의한 현장작업의 경감으로, 공기를 단축 할 수 있다.- 콘크리트나 목재에 비해 강도가 현저하게 높으므로, 부재가 작아도 되고 경량화 할 수 있 다.- 품질관리를 통한 공장생산이므로, 재료의 품질확보가 비교적 용이하다.- 해채 후 강재 재사용이 가능하다.- 인성이 풍부하여 큰 변형능력을 가진다.2) 단점- 부재가 세장하므로 변형·좌굴이 문제가 된다.- 내화성과 내식성의 면에서 약하다.- 부식하기 쉬우므로 정기적으로 도장을 하는 관리비용이 발생한다.- 응력 반복에 의한 피로현상으로 강도저하가 생긴다.2.3 철골 라멘 구조응력해석에 의하여 산정된 부재들을 연결하여 하중을 지지할 수 있는 구주체로 조립하는 것으로, 접합부의 설계 및 시공은 구조체의 안정성, 경제성 등과부의 설계에는 고력볼트 접합이나 용접이 주로 이용되고 있다. 볼트구멍은 부재의 단면적을 감소시킬 뿐만 아니라 응력집중을 증가시키므로 볼트접합은 하중전달의 관점에서는 효율이 좋지 않다. 또한 볼트 접합시 주의 깊게 설계하지 않으면 불량시공이 되기 쉽다. 반면에 용접접합은 산뜻한 접합상세가 얻어지고 하중전달의 효율이 높다. 그러나 용접작업에는 높은 기술이 필요하고 작업 전에 용접부의 가공이나 부재의 정확한 위치결정이 중요하다. 이러한 이유에서 현장에서의 용접작업은 되도록 피하고 프리패브 부재에 볼트접합을 하는 경우가 보통이다. 부재를 현장에 반입할 때는 부재의 크기나 형상 면에서 제약을 받게 된다.2.4 구조형식에 따른 접합방법구조형식강접합(FIX, RIGID)핀접합(PIN)반강접합(SEMI RIGID)접합하중이 작용하였을대 부재의 끝단이 회전하지 않도록 된 접합형식. 접합부가 충분히 강함.(고정도 90~100%)하중이 작용하였을 때 부재의 끝단이 자유롭게 회전하도록 된 접합형식. 접합부가 유연함.(고정도 0~20%)하중이 작용하였을 때 일정량의ㅣ 모멘트 저항능력을 가진 접합형식. 접합부가 어느 정도 강함(고정도 20~90%)접합부의 부재력축방향력(N), 전단력(V), 모멘트(M)축방향력(N), 전단력(V)축방향력(N), 전단력(V), 모멘트(M)접합부분FLANGE & WEBWEBFLANGE & WEB접합상세(사례)용접과 고력볼트에 의한 접합고력볼트에 의한 접합앵글과 고력볼트에 의한 접합1) 강접 골조구조기둥과 보가 강접으로 접합되어 수직하중뿐만 아니라, 수평하중에 대해서도 저항능력을 가진 공조형태를 말한다. 즉, 외부에서 하중에 작용하면 기둥 또는 보 부재의 변형으로 외부 에너지를 흡수하여 저항하게 되므로, 구조부재의 크기, 강성 및 접합부의 형태에 때라 하중저항 능력 및 변형억제 능력에서 크게 차이가 난다.2) 핀구조보의 플랜지 부위가 기둥에 용접되지 않고, 웨브부위만 볼트접합 시키는 형태로서 수평하중에 대한 저항능력은 없으며, 수직하중에 대하여 설계되는 것이골구조는 압연 된 강판, 형강, 강관 등을 기둥이나 보 부재에 사용하여 이들을 서로 결합해서 공간을 만드는 구조로서, 접합부의 안정성이 대단히 중요하다.접합은 구조재를 연결하여 골조를 이루는 근본 목적 이외에도 공장가공과 현장시공 전반에 걸쳐 영향을 미치게 되므로, 철골공사 시공비용의 많은 부분을 차지할 뿐만 아니라, 구조안정성에도 막대한 영향을 끼친다. 철골시공은 부재가 공장에서 제작되어 현장에 반입되는 것이 보통이므로 이런 의미에서 철골구조는 공장 양산화 되고 있다고 할 수 있다. 따라서, 철골구조 설계에서 접합에 관한 제 규정이 많으며, 세밀한 주의를 요한다고 할 수 있다. 접합방법에는 리벳접합, 볼트접합, 고력볼트접합, 용접접합 등이 있으며, 최근에는 고력볼트 접합과 용접접합이 주로 많이 사용한다.3.2 힘의 전단형식에 따른 접합의 종류1) 힌지접합수직, 수평방향의 힘을 지지하는 접합으로 회전은 자유스럽다. 철구조에서 큰 보와 작은 보 접합에 많이 사용된다. 전단에는 저항하고 모멘트에는 저항하지 못하므로 전단접합이라고도 한다.2) 강접합수직, 수평방향의 힘을 지지함과 동시에 회전에 저항하는 접합으로 철골구조에서 기두오가 큰 보의 접합에 많이 사용된다. 전단과 모멘트에 모두 저항할 수 있으므로 모멘트 접합이라고도 한다.3.3 볼트접합1) 보통볼트 접합보통볼트접합은 볼트의 전단력과 볼트와 접합재와의 지업에 의해 힘을 전단하는 방법이며 아래와 같은 장단점이 있다.장점: ① 시공, 해체가 용이하다. ② 소음이 적다.단점 : ① 장기간 사용시 볼트가 느슨해질 우려가 았다. ② 구멍지름만큼의 단면결손이 있다.③ 볼트의 축경과 구멍의 불일치 및 초기변형이 생길 수 있다.2) 고력볼트접합보통볼트접합은 볼트의 전단력과 볼트와 접합재와의 지압에 의해 힘을 전달하는 방법인데 대해 고력볼트접합은 고장력의 볼트를 사용하여 접합할 강재를 강하게 조이는 힘에 의해 생기는 마찰력에 의해 접합하는 방식이다.고력볼트접합의 특징은 볼트가 느슨해질 우려가 없이 확실히 접합할 수 있다는 점트접합의 파괴형식(a) 1면 전단파괴 (b) 2면 전단파괴 (c) 인장파괴(d) 연단부 파괴 (e) 측단부 파괴 (f) 지압 파괴3.4 용접 접합1) 개요용접은 금속의 접합부를 열로 녹여 원자간 결합시키는 방법이다. 철골공사에서 일반적으로 사용되는 반법은 용접이다. 이 방법은 용접봉 끝에 열을 가하여 녹이면서 동시에 모재도 국부적으로 녹여 용접봉의 녹는 쇳물과 함께 일체가 되도록 결합시키는 것이다.피복아크용접봉아크차폐가스용접지[그림] 피복아크용접A:슬래그 B:덧살 C:용융부용접은 다른 접합방법에 비해 다음과 같은 특징을 가지고 있다.①구멍에 의한 부재단면의 결손이 없다.②첨판 등의 부자재를 사용하지 않는다.③용접에 의한 돌출부가 적다.④소음이 생기지 않는다.⑤용접공의 기량에 대한 의존도가 높다.⑥경제적인 용접검사가 어렵다.⑦ 열에 의한 변형이나 응력이 생긴다.맞댐이음 겹침이음(모살용접)[그림] 용접이음의 형태2) 용접이음두께가 비슷한 두 부재의 접합될 부분을 맞대어 완전 용입 또는 부분 용입 홈 용접하는 이음방법이다.(a) 맞댐용접 각부명칭 (b) 홈(개선)의 형상[그림] 용접명칭, 홈형상* 홈(개선, groove) : 부재의 끝을 절단해낸 부분3) 모살 용접2부재의 이음시 부재 개선 없이 용접살을 붙여 이음하는 것으로서, 가공하기 쉽게 경제성이 커 가장 널리 쓰이고 있다.(a) 전면필릿(모살)용접 (b) 측면필릿(모살)용접 (c) T자형 필릿(모살)용접4) 용접부의 성질 및 결함(d) 횡휨변형(맞댐이음) (e) 횡휨변형(필릿용접 T이음) (f) 횡휨변형(a) 횡수축 (b) 종수축 (c) 회전변형5) 용접접합 설계° 유효면적 (Aw) = 유효길이 ? 유효목두께° 맞댐용접 :유효길이 : 재축에 직각인 접합되는 부분의 폭유효목두께 : 얇은 쪽의 판 두께° 모살용접 :유효길이 : 전체용접길이에서 모살사이즈의 2배를 제한 값유효목두께 : 모살사이즈(s) ? 0.7(a) 맞댐용접 유효목두께(c) 맞댐용접 유효길이(b)용접 유효목두께 (d) 필릿(모살)용접 유효길이[그림 방법1) 이음(기둥과 기둥, 보와 보의 접합부)보와 기둥의 이음은 없는 것이 좋지만, 부재의 길이가 길면 운반 조립이 어려우므로 두 개의 부재를 이어 사용할 수밖에 없다. 부재의 이음 위치는 되도록 응력이 작은 곳에 설정한다. 일반적으로 기둥은 운반과 현장 여건을 고려하여 2~3층분, 10m 정도의 길이로 하여 바닥에서 1m 높이의 위치에서 잇는다.이음은 강접합하는 것이 보통이며, 덧판을 사용할 경우의 두께는 접합되는 기둥이나 보의 단면두께 이상으로 한다.2) 맞춤(기둥과 보, 큰 보와 작은 보의 접합부)맞춤에는 강접합과 힌지 접합이 있다. 일반적으로 기둥과 보의 접합부는 강접합으로 하며 큰 보와 작은보의 접합부는 힌지접합으로 한다. 힌지접합의 경우는 접합형식이 간단하기 때문에 현장에서 볼트접합하는 것이 보통이다. 반면에, 강접합의 경우는 접합을 확실히 하고 공사를 쉽게 하기 위해 공장에서는 기둥과 브라켓을 용접접합하고 현장에스는 브라켓과 보를 볼트접합하는 것이 일반적이다.3) 주각주각은 기둥의 하중을 기초에 전달시키는 역할을 한다. 기초는 강재에 비하여 강도가 작은 철근 콘크리 트로 만들어지므로 기둥의 하중을 기초에 분산시킬 수 있는 베이스플레이트를 기초와 기둥 사이에 설치한다. 또한, 주각에는 인장력과 전단력이 생길 수 있으며, 이들 힘에 저항하기 위해 앵커볼트를 설치한다. 이 이외에도 윙플레이트, 리브 등을 사용하여 주각부를 보강한다.4. 제작 과정4.1 제작 방법1) 재료를 선택한 후 H-형강에 대한 단면의 크기는 1/5축적을 사용하여 제작한다. 구조 평 면도 및 구조입면도 상의 스팬(Span), 층고(Height) 등은 1/10 축적을 사용한다. 여기서 브라켓 길이(Bracket length)는 1/5 축적을 사용한다.2) 접착제를 사용하여 힘을 전달할 수 있도록 견고하게 접착한다.3) 부재의 길이 높이 등은 정확한 축적을 사용하여 제작하며 두께는 정확히 축척을 지키지 않아도 좋다. 재료의 두께를 정확히 만들 수가 없으므로 1/5 축적에서 1.6t는
