소요강도 * 전단력- 웨브 부담 h/tw h/tw ≤ 2.24*√(Es/Fy

< 작은보의 전단접합에 의하여 지지부재에 작용하는 모멘트에 대한 검토가 필요함. >

1. 설계조건 100 %설계

Fy = 275 MPa Fu = 410 MPa Es = 210000 MPa

* H형강

H- 400x200x8x13

d = 400 mm Ag = mm²

bf = 200 mm Ix = mm⁴

tw = 8.0 mm Sx = mm³

tf = 13 mm w = N/m

r = 16 mm

Af = bf*tf = 200*13 = 2600 mm²

Aw = d*tw = 400*8 = 3200 mm²

Zx = 2*(bf*tf*(d/2-tf/2) + (d/2-tf)*tw*(d/2-tf)/2)

= 2*(200*13*(400/2-13/2) + (400/2-13)*8*(400/2-13)/2) = mm³

* 용접재 인장강도 Fuw = 420 MPa

* TYPE : A3 (큰 보 접합)

2. 소요강도

* 전단력- 웨브 부담

h/tw = (400-(13+16)*2)/8 = 42.75

h/tw ≤ 2.24*√(Es/Fy) = 2.24*√(210000/275) = 61.90

kv = 5.00

1.10*√(kv*Es/Fy) = 1.10*√(5*210000/275) = 67.97 1.37*√(kv*Es/Fy) = 1.37*√(5*210000/275) = 84.65

h/tw < 1.10*√(kv*Es/Fy) : Cv = 1.0

1.10*√(kv*Es/Fy) < h/tw ≤ 1.37*√(kv*Es/Fy) : Cv = 1.10*√(kv*Es/Fy) / (h/tw) 1.37*√(kv*Es/Fy) < h/tw : Cv = 1.51*Es*kv/((h/tw)²*Fy)

∴ h/tw < 1.10*√(kv*Es/Fy)

Cv = 1.00

∴ φv = 1.00 Cv = 1.00

Vuw = 100%*φv*Vn = 100%*φv*0.6*Fy*Aw*Cv = 100%*1*0.6*275*3200*1*1/10^3 = 528.0 kN

Vuw1 = 0.9 *Vuw = 0.9*528 = 475.2 kN

(보 웨브의 전단파단강도를 고려하여 가정)

A1 (기둥 플랜지 접합) A2 (기둥 웨브 접합) A3 (큰 보 접합)

8412 237000000 1190000 660

1285952

Lxp dx dx

STIFF. PL.

Lyp@Py dy S Px

ew

Column Vuw

Lxp dx dx

STIFF. PL.

Lyp@Py dy S Px

ew

Column Vuw

Lxp dx dx

STIFF. PL.

Lyp@Py dy S Px

ew

큰보

작은보 Vuw

< 작은보의 전단접합에 의하여 지지부재에 작용하는 모멘트에 대한 검토가 필요함. >

3. 웨브 접합 설계

Vuw1 = 475.2 kN Muw = 0 kN-m

1) 소요볼트

* 한쪽 웨브 기준

고력볼트 직경 구멍직경 열수 행수 전체개수 볼트간격 볼트간격 연단거리 연단거리 사이간격

Db(mm) Dbh(mm) Nx(열) Ny(행) N(EA) Px(mm) Py(mm) dx(mm) dy(mm) ew(mm)

F10T M20 22 2 4 8 60 80 35 45 10

웨브 제1볼트-플랜지 내측덧판거리 (d-2*tf-(Lyp-dy*2))/2 = (400-2*13 - (330-45*2))/2

= 67.0 mm ≥ 60 mm <OK>

(1) 마찰접합강도

φ = 1.00 μ = 0.50 (블라스트 후 페인트하지 않은 경우)

hf = 1.00 Fu = 1000 MPa Ab = 314.2 mm²/EA 전단면의 수 Ns = 1 설계볼트장력

To = 0.70*Fu*0.75*Ab = 0.70*1000*0.75*314.2 = 165.0 kN/EA φRn1 = φ*μ*hf*To*Ns = 1*0.5*1*165*1 = 82.5 kN/EA

(2) 볼트전단강도

φRn2 = φ*0.4*Fu*Ab*Ns = 0.75*0.4*1000*314.2*1 *1/10^3 = 94.3 kN/EA

∴ φRn = MIN(φRn1, φRn2) = MIN(82.5, 94.3) = 82.5 kN/EA

Bolt 볼트

diy diy² Dbh*diy dix dix² 개수 Lc φRn3 Lc φRn4

(mm) (mm²) (mm²) (mm) (mm²) (EA) (mm) (kN) (mm) (kN)

1 120.0 14400.0 2640.0 30 900.0 2 58.0 236.2 58.0 354.2

2 40.0 1600.0 880.0 -30 900.0 2 58.0 236.2 58.0 354.2

3 -40.0 1600.0 880.0 0 0.0 2 58.0 236.2 58.0 354.2

4 -120.0 14400.0 2640.0 0 0.0 2 69.0 236.2 34.0 301.1

5 0.0 0.0 0.0 0 0.0

6 0.0 0.0 0.0 0 0.0

7 0.0 0.0 0.0 0 0.0

8 0.0 0.0 0.0 0 0.0

9 0.0 0.0 0.0 0 0.0

10 0.0 0.0 0.0 0 0.0

11 0.0 0.0 0.0 0 0.0

12 0.0 0.0 0.0 0 0.0

13 0.0 0.0 0.0 0 0.0

14 0.0 0.0 0.0 0 0.0

15 0.0 0.0 0.0 0 0.0

합계 32000.0 7040.0 0 1800.0 944.8 1363.7

Ip = Ix+Iy = Nx*∑(diy²) + Ny*∑(dix²) = 2*32000 + 4*1800 = mm²

RMx = Muw*diy/Ip = 0*10^3*120/71200 = 0.00 kN/EA

RMy = Muw*dix/Ip = 0*10^3*30/71200 = 0.00 kN/EA

RV = Vuw1/N = 475.2/8 = 59.40 kN/EA

R = √(RMx²+(RMy+RV)²) = √(0²+(0+59.4)²) = 59.40 kN/EA

∴ R/φRn = 59.4 / 82.5 = 0.72 ≤ 1.00 <OK>

(3) 볼트지압강도 Lc = Py - Dbh (내부볼트) or dy - Dbh/2(외부볼트) φRn3 = 0.75*MIN(1.2*Lc, 2.4*Db)*tw*Fu (보 웨브)

φRn4 = 0.75*MIN(1.2*Lc, 2.4*Db)*tp*Fup (이음판)

도심-Bolt y거리 도심-Bolt x거리 볼트지압강도(보 웨브) 볼트지압강도(이음판)

71200.0

< 작은보의 전단접합에 의하여 지지부재에 작용하는 모멘트에 대한 검토가 필요함. >

∴ φRn = MIN(φRn3, φRn4) = MIN(944.8, 1363.7) = 944.8 kN

∴ Vuw1/φRn = 475.2 / 944.8 = 0.50 ≤ 1.00 <OK>

2) 웨브 연결판 * 한쪽 웨브 기준

Fyp = 275 MPa 매수 폭 길이 두께 면적 구멍개수 구멍직경 공제면적

Fup = 410 MPa Lxp(mm) Lyp(mm) tp(mm) Agv(mm²) (mm) (mm²)

1 140 330 12 3960 4 22 -1056

∑ 12 3960 -1056

(1) 전단강도 검토

* 전단항복강도

φVn = φv*0.6*Fyp*Agv = 1*0.6*275*3960 *1/10^3 = 653.4 kN

∴ Vuw1 / φVn = 475.2 / 653.4 = 0.73 ≤ 1.00 <OK>

* 전단파단강도 Anv = 3960+(-1056) = 2904.0 mm²

φVn = φv*0.6*Fup*Anv= 0.75*0.6*410*2904 *1/10^3 = 535.8 kN

∴ Vuw1 / φVn = 475.2 / 535.8 = 0.89 ≤ 1.00 <OK>

(2) 블록전단강도 검토 - 인장저항 순단면적

Ant = Agt - Dbh*(Nx-0.5)*tp = 1140 - 22*(2-0.5)*12 = 744.0 mm² - 인장저항 총단면적

Agt = (Px*(Nx-1)+dx)*tp = (60*(2-1)+35)*12 = 1140.0 mm² - 전단저항 순단면적

Anv = Agv - Dbh*(Ny-0.5)*tp = 3420 - 22*(4-0.5)*12 = 2496.0 mm² - 전단저항 총단면적

Agv = ((Ny-1)*Py+dy)*tp = ((4-1)*80+45)*12 = 3420.0 mm²

Fup*Ant = 410*744 *1/10^3 = 305.0 kN 0.6*Fup*Anv = 0.6*410*2496 *1/10^3 = 614.0 kN

Fyp*Agt = 275*1140 *1/10^3 = 313.5 kN 0.6*Fyp*Agv = 0.6*275*3420 *1/10^3 = 564.3 kN

Ubs = 0.50

φRn = φt*(Ubs*Fup*Ant + MIN(0.6*Fup*Anv, 0.6*Fyp*Agv))

= 0.75*(0.5*305 + MIN(614,564.3)) = 537.6 kN

∴ Vuw1 / φRn = 475.2 / 537.6 = 0.88 ≤ 1.00 <OK>

3) 보 웨브전단파단강도

φVn = φv*0.6*Fu*Anv = 0.75*0.6*410*2496 *1/10^3 = 460.5 kN Anv = Aw - (Ny*Dbh)*tw = 3200 - (4*22)*8 = 2496.0 mm²

∴ Vuw1 / φVn = 475.2 / 460.5 = 1.03 > 1.00 <NG>

4. 연결판 설계

* 큰 보

d1 = 800 mm bf1 = 300 mm tw1 = 14 mm tf1 = 26 mm r1 = 28 mm Fy1 = 275 MPa

- 연결판 두께 tst = 12 mm

- Snip Cut Sc = 30 mm

두께 tp

y

Lwe1 y2

x2 x1 Vuw

Muw

x

Lwe2

y1

< 작은보의 전단접합에 의하여 지지부재에 작용하는 모멘트에 대한 검토가 필요함. >

- 용접크기 Sw = 9 mm - 2 면용접 필릿용접(1)/완전용입용접(2) : 1

Vuw1 = 475.2 kN e = ew+dx+Px*(Nx-1)/2 = 10+35+60*(2-1)/2 = 75.0 mm

Muw1 = Vuw1*e = 475.2*75 *1/10^3 = 35.6 kN-m

(1) 휨강도 검토

* 휨항복강도

Mn = Mp = Fyp*Zx ≤ 1.6*My = 1.6*Fyp*Sx

Zx = tst*Lyp²/4 = 12*330²/4 = 326700 mm³

Sx = tst*Lyp²/6 = 12*330²/6 = 217800 mm³

Mp = Fyp*Zx = 275*326700 *1/10^6 = 89.8 kN-m My = Fyp*Sx = 275*217800 *1/10^6 = 59.9 kN-m

* 휨-횡좌굴강도

Lb = ew+dx+(Nx-1)*Px/2 = 10+35+(2-1)*60/2 = 75.0 mm

d = Lyp = 330.0 mm tp = 12 mm

Lb*d/tp² = 75*330/12² = 171.88 0.08*Es/Fyp = 0.08*210000/275 = 61.09

1.9*Es/Fyp = 1.90*210000/275 = 1450.91

∴ 0.08*Es/Fyp < Lb*d/tp² ≤ 1.90*Es/Fyp

φMn = 0.9*MIN(Cb*(1.52-0.274*(Lb*d/tp²)*(Fyp/Es))*My, Mp)

= 0.9*MIN(1.0*(1.52-0.274*171.88*(275/210000))*59.9, 89.8) = 78.6 kN-m

∴ Muw1/ φMn = 35.6 / 78.6 = 0.45 ≤ 1.00 <OK>

* 휨파단강도

Mn = Fup*Znet = 410*242220 *1/10^6 = 99.3 kN-m

Znet = Zx - ∑(Dbh*diy)*tst = 326700 - 7040*12 = 242220 mm³

φMn = 0.75*Mn = 0.75*99.3 = 74.5 kN-m

∴ Muw1/ φMn = 35.6 / 74.5 = 0.48 ≤ 1.00 <OK>

(2) 전단강도 검토

* 전단항복강도

φVn = φv*0.6*Fyp*Agv = 1*0.6*275*3960 *1/10^3 = 653.4 kN

∴ Vuw1 / φVn = 475.2 / 653.4 = 0.73 ≤ 1.00 <OK>

* 전단파단강도 Anv = 3960+(-1056) = 2904.0 mm²

φVn = φv*0.6*Fup*Anv= 0.75*0.6*410*2904 *1/10^3 = 535.8 kN

∴ Vuw1 / φVn = 475.2 / 535.8 = 0.89 ≤ 1.00 <OK>

(3) 용접부 강도

Muw2 = Vuw1*(x1+e) = 475.2*(123.9+75)*1/10^3 = 94.5 kN-m

Lwe1 = d1 - 2*(tf1+Sc) - 2*Sw = 800 - 2*(26+30) - 2*9 = 670.0 mm Lwe2 = (bf1-tw1-2*Sc)/2 - 2*Sw = (300-14-2*30)/2 - 2*9 = 95.0 mm

가로치수 세로치수 면적 도심거리 D

(mm) (mm) (mm²) (mm) (mm)

95.0 1.0 95.0 748.0 -374.0

1.0 670.0 670.0 374.0 0.0

95.0 1.0 95.0 0.0 374.0

∑ 860.0

y1 = ∑(면적*도심거리)/∑(면적) = 321640/860 = 374.0 mm (from bot)

y2 = d1-2*tf1 - y1 = 800-2*26 - 374 = 374.0 mm

Ixo A*D²

(mm⁴) (mm⁴)

25063583.3 26576440.0

0.0 13288220.0

25063583.3 0.0

0.0 면적*도심거리

(mm³) 71060.0

0.0 321640.0 250580.0

13288220.0

< 작은보의 전단접합에 의하여 지지부재에 작용하는 모멘트에 대한 검토가 필요함. >

가로치수 세로치수 면적 도심거리 D

(mm) (mm) (mm²) (mm) (mm)

95.0 1.0 95.0 56.5 67.4

1.0 670.0 670.0 143.0 -19.1

95.0 1.0 95.0 56.5 67.4

∑ 860.0

x1 = ∑(면적*도심거리)/∑(면적) = 106545/860 = 123.9 mm

x2 = (bf1-tw1)/2 - x1 = (300-14)/2 - 123.9 = 19.1 mm

Ix = 2*(∑(Ixo)+∑(A*D²)) = 2*(25063583.3+26576440) = mm⁴

Iy = 2*(∑(Iyo)+∑(A*D²)) = 2*(142895.8+1107547.1) = mm⁴

Ip = Ix + Iy = 103280047 + 2500886 = mm⁴

dx = x1 - Sw = 123.9-9 = 114.9 mm

dy = y2 = 374.0 mm

fmh = Muw2*dy/Ip = 94.5*10^3*374/105780933 = 0.334 kN/mm fmv = Muw2*dx/Ip = 94.5*10^3*114.9/105780933 = 0.103 kN/mm

fv = Vuw1/A = 475.2 / (2*860) = 0.276 kN/mm

fr = √(fmh²+(fmv+fv)²) = √(0.334²+(0.103+0.276)²) = 0.505 kN/mm

φrnw = φ*Fw*(0.707*Sw) = φ*0.6*Fuw*(0.707*Sw)

= 0.75*0.6*420*(0.707*9) *1/10^3 = 1.203 kN/mm

∴ fr/ φrnw = 0.505 / 1.203 = 0.42 ≤ 1.00 <OK>

t = MIN(tw1,tst) = MIN(14, 12) = 12.0 mm

φrn = φ*0.6*Fup*(t/2) = 0.75*0.6*410*(12/2) *1/10^3 = 1.107 kN/mm

∴ fv(직접전단)/ φrn = 0.276 / 1.107 = 0.25 ≤ 1.00 <OK>

φrn = φ*0.6*Fyp*(t/2) = 1*0.6*275*(12/2) *1/10^3 = 0.990 kN/mm

∴ fv(직접전단)/ φrn = 0.276 / 0.99 = 0.28 ≤ 1.00 <OK>

105780933 2500886 103280047

5367.5 71447.9 431562.2

면적*도심거리 Iyo A*D²

(mm³) (mm⁴) (mm⁴)

106545.0 142895.8 1107547.1

95810.0 0.0 244422.7

5367.5 71447.9 431562.2