크레인 주행보

왜 배우는가: 크레인 주행보는 천장크레인의 바퀴하중을 직접 지지하는 부재라서, 수직·횡방향·종방향 하중을 제대로 산정하지 않으면 보의 휨·전단뿐 아니라 플랜지 국부응력과 피로에서 문제가 생긴다. 건축구조기술사 시험에서는 하중 산정 순서와 바퀴하중 계산을 묻는 문항이 반복해서 나온다.

출제 이력: 제139회 1교시 2번, 제135회 2교시 6번, 제133회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

크레인 주행보는 천장크레인의 바퀴하중을 지지하고 수직·횡방향·종방향 하중을 전달하는 보이다.

• 크레인 주행보(Crane Runway Girder)
• 바퀴하중(Wheel Load)
• 횡방향 수평력(Lateral Force)
• 종방향 수평력(Longitudinal Force)
• 충격계수(Impact Factor)
• 최대 휠로드(Maximum Wheel Load)
• 하중 조합(Load Combination)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 천장에 매달린 크레인이 레일 위를 달리며 물건을 들어 옮길 때, 그 무게를 레일이 놓인 보가 받아서 기둥으로 넘기는 보가 크레인 주행보다. 크레인은 한 방향으로만 하중을 주지 않는다. 물건과 크레인 자중에 의한 수직 하중, 트롤리가 좌우로 움직이거나 크레인이 레일에 비스듬히 틀어지며 생기는 횡방향 수평력, 주행을 시작하고 멈출 때 생기는 종방향 수평력이 함께 작용한다.

정식 정의는 다음과 같다. 크레인 주행보는 천장크레인의 주행 레일을 지지하며, 크레인 바퀴를 통해 전달되는 수직 하중과 수평 하중을 받아 기둥 또는 지붕 구조체로 전달하는 강재 보이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

• 정격하중(Rated Load): 크레인이 안전하게 들 수 있도록 정한 최대 하중이다. 양중하중이라고도 한다.
• 트롤리(Trolley): 호이스트와 함께 거더 위를 가로 방향으로 이동하는 장치다. 트롤리 위치에 따라 바퀴반력의 크기가 달라진다.
• 바퀴 반력(Wheel Reaction): 거더에 놓인 바퀴 하나가 보에 주는 힘이다. 최대 바퀴 반력을 찾는 것이 설계의 출발점이다.
• 횡방향 수평력: 레일 직각 방향으로 작용하는 수평 하중이다. 트롤리 주행과 사행(skew)에서 생긴다.
• 종방향 수평력: 레일 방향으로 작용하는 수평 하중이다. 크레인의 가속과 제동에서 생긴다.

3. 등장 배경과 필요성

천장크레인은 공장과 창고에서 중량물을 옮기는 핵심 설비다. 크레인이 움직이면 하중 위치가 바뀌므로, 보에는 정지 하중과 달리 위치에 따라 최대 응력이 달라지는 동적 거동이 생긴다. 그래서 설계는 정적 하중 한 번으로 끝나지 않고, 트롤리를 여러 위치에 놓아 보는 최악의 경우를 찾는 방식으로 진행된다.

여기에 충격과 반복이 더해진다. 바퀴가 레일 이음부나 용접부를 지날 때 순간 하중이 커지고, 같은 점에 반복 하중이 가해진다. 따라서 주행보는 강도뿐 아니라 피로와 국부 응력을 함께 검토해야 한다. 수평력은 바퀴와 레일 사이의 접촉에서 생기므로 레일 체결부와 보의 상부 플랜지가 함께 영향을 받는다.