하 중 Loads하중 : 건축물을 포함한 모든 구조물에 가해지는 외부로부터의 힘. 구조해석을할 때에는 구조물 자체의 무게까지도 외부에서 가해지는 하중으로 본다.1) 가해지는 방향에 따라서 수직하중, 수평하중으로 나뉜다.2) 시간과 방향과 크기를 기준으로 정 하중과 동 하중으로 나뉜다.3) 대개의 경우 수직 하중이 정 하중, 수평 하중이 동 하중이다.1. 수직 하중 (정 하중)1) 고정 하중 : 고정하중은 구조체 자체의 무게이다. 고정하중을 구하는 법은 재로의 비중x구조체의부피 이다. 고정하중은 건축물이 자기 무게만 견딜 수 있다면 대부분은 해결이 된다.2) 적재 하중 : 적재 하중은 구조체 내에 있는 사람이나 차량, 가구 등 옮길 수 있는하중을 말한다. 고정 하중과 달리 상황에 따라 변한다. 예를 들어 주차장이비었을 때와 차있을 때가 다르기 때문에 다소 유동적이다.3) 설 하중 : 설하중은 겨울에 눈이 쌓여서 생기는 하중을 말한다. 눈이 지붕에 쌓여서생기는 무게는 엄청나다. 적재 하중을 고려할 때 설 하중도 생각을 해야한다.4) 피로 하중 : 피로하중은 하잘 것 없는 하중이 계속 반복 가해지면서 재료가 골병이 드는 것이다. 이 변형은 나쁜 것만은 아니다. 형태를 바꾸어 힘을 재배치하려는 현상이다. 이것을 크립현상 이라한다. 예를 들어 신발을 오래 신으면 사람의 발에 맞추어 편해지는 것이다.2. 수평 하중 (동 하중)1) 풍 하중 : 풍하중은 바람의 위력을 말해준다. 고층건물은 고정하중 보다 풍하중이 더 강하다.즉, 50층짜리 건물과 100층짜리 건물을 비교해보면 수직하중은100층 건물의 2배, 풍하중은 8배차이가난다. 높이 올라갈수록 바람의속도가 높아져 풍압이 높아지고 모멘트는 팔 길이의 제곱에 비례하기때문이다. 또한 낮은 건물도 치명적이다. 압력은 속도에 반비례하는원리 때문에 낮은 건물의 지붕이 날아갈 수 도 있다. 그러나풍하중은 설계할 땐 정하중으로 보고 평균값을 집어넣어 계산을 한다.2) 지진 하중 : 지진하중은 위의 하중과 달리 자기 자신 때문에 생기는 힘이다. 바람과같은 동하중이다. 진동수라는 것 때문에 위험하다. 샌드백을 칠 때,샌드백이 흔들리는 타이밍을 맞춰서 치면 작은 힘으로 큰 진폭을 낼 수 있다.마찬가지로 고유 진동수와 하중의 힘이 일치하면 치명적일 수 있다.3) 변형 하중 : 변형 하중이란 어떤 이유로 건물이 변형됨으로 인해 발생한 하중을 말한다.대표적으로 온도 하중과 침하 하중이다. 온도 하중은 여름과 겨울의 온도
응력 : 응집력 , 부재력 , 내력 구조물에 하중 작용시 부재 내부에서 발생저항하는 힘 . 종류 성격 보완사례 인장 응력 Tensile stress. 인장력이 작용할 때 생기는 저항 응력 . 가우디의 테레시아노 칼리지의 아치 : 현수선을 뒤집어 만든 아치 . 때문에 추력이 발생하지 않음 . 압축응력 Compressive stress 부재에 압축력이 가해 졌을 때 생기는 응력 . 인장응력과 작용 방향 반대 . 압축응력으로 생기는 좌굴 : 배흘림 , 철근 콘크리트 , 띠 철근 , 버트리스 , 트러스구조 등으로 방지 . 전단 응력 Shearing stress 전단력 V 가 작용하여 물체가 직접적 절단되려고 할 때 단면에 따라 평행으로 생기는 응력 . Frank Lloyd Wright – Johnson Wax Building : 버섯 모양의 주두는 전단력에 저항하는 구조 . 휨 응력 Bending stress 외력 P 를 가하면 부재는 휨 변형을 일으킴 . 이때 부재의 중심선에서 위쪽은 좌우로 압축 , 아래쪽은 좌우 인장 력을 받음 . 에펠탑의 벤딩 모멘트를 그리면 탑의 형태가 됨 . 비틀림 응력 Torsional stress 빨래를 짤 때 빨래 내부에서 생기는 응력 . 휨력의 방향과 강서의 방향이 어긋나면 생기는 응력 . 플레이트 거더의 상부 플랜지에서 생기는 횡좌굴은 스티프너를넣어 방지 . 트러스의 압축면도 횡좌굴의 대상 . 상현재에 연결재를 대든지 타워크레인의 경우 하현재를 트러스로 짜 횡좌굴 방지 .{nameOfApplication=Show}
Surface Active Structure System 표면 지배적 구조 : 평판 슬래브는 휨 모멘트에 약함 – 평판을 구부리거나 접을 경우 모멘트에 대하여 효과적으로 저항 . 평판 슬래브 보다 얇은 판 구부려 구조적 효과 증대 . 건물의 자중 감소 – 지진 하중에 상대적 유리 . 종류 Folded plate structures 역사 및 발전 수학의 기하학에서 출발 . 후기 고딕시대의 볼트에 적용 . 1924 년 독일의 Ehler 에 의해 처음 도입 . 구조적 장점 , 의장적 효과 . 절판구조의 개념 판을 주름지게 하여 하중에 대한 저항 증가 . 평면만을 꺾어 접고 원통형이나 다면체형 골조를 구성 – 강력 지지력 발생 . 구조개념 슬래브 작용 (slab action)- 연직 ( 적재 ) 하중 저항 . 플래이트 작용 (plate action)- 횡하중에 저항 트러스 작용 (truss action)- 골조 구성은 하중을 안전하게 하부 지지체에 전달 . 절판 구조 장점 절판 면에 휨모멘트가 발생하나 주요한 응력은 주로 면내력 (in plane force) 으로 작용 . 얇은 두께로 장 스팬 구성 . 시공 ( 거푸집 , 철근 배근 ) 간편 . P.C 판 사용시 공장에서 대량생산 가능 . 공사시간 절감 . 겨울 공사 가능 . 절판 구조 종류 및 특성 수평형태의 슬래브와 수직형태의 슬래브를 합친 건축 구조 . 골과 골 사이의 절판 수에 따라 1 절판 , 2 절판 , 3 절판등으로 나뉨 . 절판구조 구조적 거동 절판의 경사면에 가해진 연직하중 (p) 은 면외하중 ( pn ) 과 면내하중 ( pt ) 으로 작용 . 면외하중 평판에 비해 미세 모멘트 . 폭 (b) 이 짧을 수록 그값은 더욱 작아지며 , 입면 깊이의 고저 차가 (h) 클 수록 휨과 변형에 대한 저항성은 증대 . 원리는 가로방향의 보작용 , 길이 방향 보작용의 결합으로 작용된 연직하중을 접어서 생긴 판의 보 작용에 의해 가로 방향의 접힌 곳으로 전달 . - 전달된 하중을 판의 길이 방향 보 작용으로 골조 지지부에 전달하는 보 작용의 결합 . 사례{nameOfApplication=Show}
벡터구조 시스템 압축 부재와 인장 부재를 일정 패턴으로 배열하여 핀 접합 . 장 스팬 가능 . 비 형태 작동적 구조 Non Fome - active Structure - 선형태 후 구조 보강 . TRUSS 정의 : 3 개 이상 직선 부재 양끝을 절점으로 연결 . 하중은 절점에만 작용 . 휨모멘 없고 , 축방향력 ( 인장 , 압축 ) 만 존재하는 구조물 . 현재인 상현재 (top chords) 하현재 (bottom chords), 웨브재인 수직재 ( wertical members) 경사재 (diagonal members) 원리 : 강재나 목재를 삼각형을 기본으로 그물 모양으로 짜서 하중을 지탱하는 구조방법 . 부재 절점은 관절처럼 자유롭게 회전 ( 회전절점 , 활절점 ). 하중도 절점에 작용 - 트러스 부재는 휘는 경우 없음 - 재료 낭비 적음 . 종류 성격 사례 형태 분류 플랫 트러스 Pratt truss 수직부재 - 압축재 . 사재의 경사방향 - 양단에서 중심부로 하향 . 하우 트러스 Howe truss 사재 - 압축재 . 사재 경사방향 - 양단에서 중심부로 상향 . 핑크 트러스 Fink truss 트러스 세장부재 - 좌굴취약 . 긴부재 - 인장력 . 짧은부재 - 압축력 . 킹 포스트 트러스 King post truss 평보 – 인장력부담 - 좌굴없음 . 평보 중간 보강 – 삼각트러스 안 사각형 . 퀸 포스트 트러스 Queen post truss 중앙 – 왕대공 . 빗대공과 달대공으로 짜 만든 양식 지붕틀 . 워렌 트러스 Wareen truss 중간 부분 에 수직재가 없음 . 부재 방향이 교대로 좌 , 우 로 변함 . 시저 트러스 Scissors truss 평보를 설치하지 않은 트러스 . 보우스팅 트러스 Bowstring truss 활 시위 당길 때 모양 . 낙타 등 트러스 Camel back truss 낙타 등 모양 – 공간 확보 . 비렌딜 트러스 Vierendeel truss 중간 부분 경사재 없는 수직재로 구성 – 일종의 라멘 구조 . 초승달 트러스 Crescent truss 초승달 형태 . 톱니 트러스 Sawtooht truss 톱니 모양 트러스 . 주로 공장 측면설치 – 빛 유입 목적 . 망사르드 트러스 Mansard truss 2 단 경사 지붕 . 지점상태 분류 단순 트러스 Simple truss 단순보 = 지점이 회전 지점과 이동지점으로 구성 . 연속 트러스 Continuous truss 공장 = 유사한 공간 – 연속 배치 위한 설치 . 캔틸레버 트러스 Cantilever trudss 고정지점 한 개로 구성 . - 골프연습장 그물 지지 등 . 용도별 분류 지붕 트러스 Roof truss 경량 부재 – 장스팬 지붕 사용 . Space frame- 트러스 슬라브 . 교량 트러스 Bridge truss 성수대교 = 교량 하부 구조물 형태 트러스 . 기둥 트러스 Column truss 큰 하중을 부담 .{nameOfApplication=Show}
응력 : 응집력 , 부재력 , 내력 구조물에 하중 작용시 부재 내부에 발생한 저항하는 힘 . 하중의 분류 하중이 작용 기간 하중의 작용 방향 장기하중 단기하중 연직하중 횡 하중 2 개월 이상 2 개월 미만 수직 방향 수평 방향 장 기 하중 고정하중 연직 하중 수직 방향 슬래브 , 보 , 기둥 , 내력 벽 등 자체 무게 . 위생 냉난방 시설 , 바닥 , 천정 , 벽체의 마감 등 구조물에 항구적 영향 재료의 밀도 재료의 단위 체적 , 면적 , 길이당 중량 마감재료의 중량 활 하중 적재하중 . 건물 용도에 따라 이동 가능한 인간 , 가구 , 비품 등 대표적 용도에 따라 확률적 , 통계적 방법 도입 . 등가의 분포하중으로 가정 산정 . 단기 하중 적설하중 다 설 지역은 장기하중에 포함 . 단시간 내에 눈이 녹는 지역에는 단기하중으로 간주 . 평지붕의 적설하중 ( S f ) 경사지붕 적설하중 (S S ) 눈과 비의 혼합하중 풍 하중 횡 하중 수평방향 건물의 모양 , 지리적 위치 , 구조물의 표면상태 , 건물의 높이에 따라 다름 . 기상관측에 따른 평균풍속을 풍 하중 산정 법에 따라 계산 . 시간에 따라 변하는 동 하중이나 일종의 정 하중으로 보고 평균값으로 계산 . 지진하중 지반의 진동현상 . 진동의 모양은 지반종별과 구조물의 형태에 따라 다름 . 지진 발생 빈도에 따른 지역계수 . 건물의 중요성 형태에 따른 동적 계수 . 지반상태에 따른 계수 . 지진발생에 대한 반응수정계수 . 구조물의 하중 자 중 중 력 바람 지 진 적 설 지하 수 온 도 지반침 하{nameOfApplication=Show}