철 골 구 조

(1)

철 골 구 조

1. 개요

강판 및 각종 형강을 리벳, 볼트, 용접 등의 접합방식으로 조립한 구조 또는 건축물을 철골구조 또는 강구조라고 한다.

(1) 재료상 분류

① 보통 형강구조, ② H형강구조, ③ 경량 철골구조, ④ 강관구조, ⑤ 케이블구조

(2) 구조형식상 분류

① 라멘구조, ② 트러스구조, ③ 아치구조, ④ 돔구조, ⑤ 현수구조, ⑥ 스페이스프레임구조

2. 철골구조의 장단점

장 점 단 점

구조체의 자중이 내력에 비해 작다

공장 가공이 많으므로 정밀도가 높은 건물시공가능 현장시공의 공사기간을 단축할 수 있다.

기둥의 단면적이 줄어서 유효공간을 크게 할 수 있다.

열에 약하고 고온에서 강도저하되므로 내화, 내구성주의 조립구조이므로 접합에 유의하여야 한다.

부재가 길기때문에 변형이나 좌굴이 생기기 쉽다.

가격이 비싸며 녹슬기 쉬우므로 녹막이 처리필요

(2)

철 골 재 료

1. 강재가 갖추어야 할 조건

KS D 3503일반 구조용 압연 강재의 규격에 합격한 것이어야 한다.

들뜬 녹, 뒤틀림, 휨, 갈라짐, 기타 유해한 홈이 없는 것이어야 한다.

2. 강재의 종류

① 강판 : 롤러압연강판으로 두께 3mm이상은 후판, 3mm이하는 박판 ② 봉강 : 원형강이 많이 쓰임 - 4각, 6각, 8각 등

③ 형강 : 형강은 단면의 형태에 따라 구분 - ㄱ형강, ㄷ형강, H형강, I형강, Z형강, T형강 등 ④ 강관 : 원형의 속이 빈 강관을 말함, 각형 강관 - 사각형

⑤ 경량형강 : 단면의 성능을 좋게 하기 위하여 단면의 크기에 비하여 판의 두께를 얇게 한 것으로 하 중이 적은 구조물에 사용된다. 경량형강의 형태는 일반형 강재와 같으나 좌굴 성능을 크게 한 립 스틸과 철판의 단면에 리브를 내어 바닥, 벽 등의 구조용으로 사용한다.

⑥ 평강 : 절단한 나비가 좁은 강판

(3)

리 벳 접 합

1. 개요

리벳접합은 접합하려는 강재에 구멍을 뚫고 불에 달군 리벳을 치나, 직경 9mm미만의 리벳은 불에 달구지 않고 사용이 가능하며, 소음이 큰것이 단점이다.

2. 리벳의 용어

① 게이지 라인(gauge line) : 부재의 긴방향의 리벳의 중심선

② 게이지(gauge) : 게이지 라인 상호의 간격 또는 게이지 라인과 재면과의 거리 ③ 피치(pitch) : 게이지 라이상의 리벳의 간격

④ 클리어런스(clearance) : 리벳과 타재면과의 거리 ⑤ 연단거리(edge distance) : 리벳과 부재끝과의 거리

3. 리벳의 설치

① 리벳의 배치는 정렬배치와 엇모배치가 있으며, 응력의 방향으로 한줄에는 8개이상을 배치하지 않는다.

② 리벳을 설치하기 위하여 리벳구멍지름은 리벳의 지름보다 크게 뚫는다.

리벳지름 리벳구멍지름

16mm이하 d+1mm

19mm이상 32mm이하 d+1.5mm

32mm초과 d+2.0mm

(4)

보통볼트접합 고력볼트접합접

임팩트 런처

볼트 및 고장력 볼트 접합

1. 볼트접합

① 리벳과 같이 특별한 기술이 필요치 않으나, 볼트 축부의 충만이 부족하므 로 미끄러짐이 생김

② 진동, 충격 또는 반복 하중을 받으면 접합부가 큰 변형을 일으키고, 볼트 가 느슨해져서 너트가 풀리는 경우가 있다.

③ 일반적으로 볼트의 구멍 직경을 볼트의 직경보다 0.5mm이내의 한도에서 크게 뚫을 수 있다.

④ 전단력을 받는 볼트는 볼트 축의 측면에서 힘을 전달하므로 나사부는 반 드시 접합부재 보다 밖으로 나오도록 한다.

2. 고장력 볼트접합

① 리벳의 접합에 비해 소음이 없다.

② 시공이 비교적 용이하다.

③ 반복하중에 의한 이음부의 강도가 크다.

④ 강재의 접촉면의 상태나 볼트류의 재질, 긴결작업에 주의하여야 한 다.

⑤ 인력의 절약과 공사기간의 단축이 가능하다.

(5)

맞댄 용접

맞댄 이음 각(角) 이음 T 이음

모살 용접

겹침 이음 T 이음

용 접 접 합 - 1

1. 용접접합의 장단점

(1) 장점

▷ 구멍에 의한 단면의 결손이 없으며, 덧판및 접합형강이 불필요하므로 경량이 된다.

▷ 구조적으로 간단하여 자유스러운 접합 형식을 택할 수 있다.

▷ 접합부의 연속성, 강성을 얻을 수 있고, 소음발생이 없다.

(2) 단점

▷ 재료의 시공에 대한 주의가 필요하다

▷ 시공불량에 의한 결함이 생기며, 용접부의 시공의 양부를 검사할 수 있는 방법이 없다.

▷ 용접열에 의한 변위나 응력이 발생한다.

2. 용접의 형식

(1) 맞댄용접 : 접합하는 두 부재간의 사이를 트이게 하여(홈:Groove) 그 사이에 용착 금속으로 채워 용접하는 것으로 홈용접이라한다. 보강살 붙임은 3mm를 초과하지 못한다.

(2) 모살용접 : 목두께의 방향이 모재의 면과 45도, 또는 거의 45도의 각을 이루는 용 접, 용접부분의 두 부재의 경사각의 허용값은 60도-120도 이하로 하며 살덧붙임은 0.1S+1mm 이하로 한다.

(6)

용 접 접 합 - 2

3. 용접의 종류

아크용접, 가스용접, 테르밋용접, 엘렉트로슬래그용접 등

4. 접합방식 - 용접결함

(1) 언더컷(under cut)

(2) 슬래그섞임(slag inclusion)

(3) 블로홀(blow hole)

(4) 오버랩(over-lap)

(5) 피트(pit)

(6) 피시아이(fish eye)

(7) 용착부족(incomplete penetration)

(8) 크레이터(creater)

(7)

라 멘 구 조 - 1

1. 기둥

(1) 기둥의 종류

① 단일부재기둥 : H형강, I형강, 강관기둥 등 단일부재로 된 기둥

② 조립부재기둥 : 철판, 앵글, 채널, I빔 등을 리벳, 용접, 볼트 등을 사용한 조립기둥

2. 보

① H 형강보 : H형강 단독, 보의 춤은 보통스팬의 1/10～1/20 정도

② 허니콤보 : H형강의 웨브를 잘라서 웨브에 6각형 구멍을 여러 개 생기도록 용 접하여 배관등의 통로로 사용함.

③ 조립판보 : 철판을 잘라서 플랜지와 웨브를 제작하고, 이음부분은 용접 등으 로 접합, 조립

④ 기타 조립식보

래티스보 : 트러스 모양으로 만든 보로서 지붕트러스 사이에 건너 대는 보조 보등 힘을 많이 받지 않는곳에 사용

트러스보 : 지붕트러스 모양으로 앵글 또는 채널을 사용하여 조립한 보로서 용접을 하거나 거싯플레이트를 사용하여 리벳으로 조립한 보

(8)

라 멘 구 조 - 2

3. 접합부

접합부는 응력이 작은 위치에 설치함이 원칙, 부재의 존재응력에 충분히 저항할 수 있어야 한다.

(1) 기둥과 보의 접합

(2) 기둥과 기둥의 접합

① 기둥과 기둥의 수직이음은 각층 바닥에서 1.0～1.5m로 휨응력도 적고, 작업이 용이한 곳.

② 상․하 기둥의 크기가 서로 다를 때에는 끼움판(filler plate)을 설치.

(3) 보와 보의 접합 ① 동일치수의 보 접합 ② 큰 보와 작은 보의 접합

4. 주각

주각은 기둥이 받는 외력을 기초에 전달하는 부분이고 기초는 철근 콘크리트 구조이며, 철골 구조와 철근 콘크리트 구조를 결합시키는 하나의 이음부분이므로 철골과 콘크리트를 연결시키 는 앵커볼트의 강도는 충분해야 한다.

(9)

철골철근콘크리트

철골철근콘크리트 구조

1. 특 징

① 단면외형이 작다

② 내화 성능이 우수하다(콘크리트 피복두께 확보) ③ 공사기간이 단축

④ 인성이 높은 구조이다

⑤ 직접 공사비가 많이 사용된다

2. 종류

① 철골식 : 콘크리트 부분(피복두께)을 무시하고, 철근의 단면을 철골의 단면에 가산하여 철골구조로 산정한다

② 철근콘크리트식 : 철골을 철근가산량으로 보고, 철근콘크리트 구 조로 산정한다.

③ 건물중량을 줄이기 위해 기둥만을 콘크리트로 피복하고 보는 내 화재료를 스프레이 한 구조.

3. 바닥

① 데크플레이트를 이용하여 콘크리트를 부어넣은 바닥

② C슬래브를 이용한 바닥

③ 기성재의 바닥 블록을 사용한 바닥이나 강판 바닥

④ P철골로 뼈대를 짜고, 내화성이 우수하며 뼈대 전체의 보강에도 도움이 되는 현장치기 콘크리트 바닥

(10)

트 러 스

1. 개요

① 삼각형 뼈대를 하나의 기본형으로 조립하여 각 부재의 축 방향력만 생기도록 한 구조이다.

② 가는 단면의 부재로 큰 간 사이를 지지할 수 있으므로 강재를 절약 할 수 있으나 부재의 수가 많아 가공하고 조립하는 데 품이 많이 든다.

③ 일반적으로 트러스 구조는 평면 트러스를 먼저 만들어 그것을 다시 조립하여 뼈대 전체를 구성하는 방식을 쓴다.- 절점 이 핀이고 부재가 3각형을 형성하고 있는 골조

2. 부재 3. 종류

① 상현재 / 하현재 / 복재

② 가셋플레이트 : 철골 연결부 철판

③ 가새(brace) : 대각선방향의 수평력 저항부재 ④ 중도리 : 보의 일종

(11)

철골구조 - Base Plate

(12)

철골구조 - 부재의 접합(1)

(13)

철골구조 - 부재의 접합(2)

(14)

철골 내화 피복

∙ 강구조의 약점인 내화에 대한 탄성계수, 항복점, 강도저하 방지

∙ 철골온도 500～600℃면 50%이상의 강도저하, 900℃에서 100%저하

∙ 내화피복 공법

- 습식공법 : 타설공법, 뿜칠공법(Spray Method) - 건식공법 : 성형판공법,

합성내화피복공법 (이종재료 적층 및 합성공법)

습식뿜칠공법 MEMBRANE 공법

이종재료적층공법 이종재료합성공법

(15)

철골구조 - 내화피복(1)

(16)

철골구조 - 내화피복(2)

(17)

초고층 건축

초고층 건축의 특수성

바닥의 Prefab 화 Curtain Wall 공법

∙ Deck Plate

∙ PC공법, Half Slab

∙ 경량화, 차음, 단열성능

∙ Metal C/W : AL, SST

∙ 콘크리트 C/W : PC, ALC, TPC, GPC

재료, 시공 및 구조개선 방안

재 료 시 공 구조개선방안

1. 기능상의 조건

- 경량화, 내수성, 수밀성, 기밀성 - 내후성, 내풍압성

2. 생산성 조건

- 공법 표준화에 따른 부품화 - 시공의 기계화, 공업화 3. 부위별 건축재료 이용

- 바닥판 : Deck Plate, 경량콘크리트 - 벽 : Curtain Wall

- 천장 : 천장의 Unit화, Pannel 형 4. 부품화의 추세

- 공장생산의 공업화 추세 - 설계의 합리화, 표준화 - 양중 운반 효율의 향상

1. 초고층화, 대형화의 영향 - 지하공사의 기술개발

- 양중기술 및 기계․장비의 개발 2. 생산 Process에 대한 노동효율

- 기계 장비의 활용 증대 - 공정계획 수립

치밀한 분석 및 진도관리 작업 및 공정의 단순화 양중계획

- 공법개발

작업량 및 작업시간 단축 불량이 없는 완전한 시공 안전한 공법

1. 자재 및 시공기술의 발전

- 복합화 공법 (강재 + 콘크리트 등) - 고강도․경량 콘크리트 사용 - 고강도 철근 사용

2. 구조형식의 개선 - 가새사용의 확대 - Rigid Frame 활용 - Belt Truss

- Frame Tube - Bundled Tube - Staggered Truss