강구조 부재 용어

왜 배우는가: 강구조 부재 용어(퍼린, 새그로드, 턴버클, 거셋플레이트 등)는 실무 도면과 구조 검토에서 매일 쓰이는 기본 어휘다. 시험에서도 용어 정의와 형상 스케치를 함께 묻기 때문에 반복 출제되는 영역이다. 용어의 역할을 정확히 알아야 부재 배치와 하중 전달 경로를 설명할 수 있다.

출제 이력: 제121회 1교시 10번, 제109회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

강구조 부재 용어는 지붕·벽·가새·접합부를 구성하는 보조 부재와 접합 부품의 이름과 역할을 가리킨다.

• 퍼린(Purlin)
• 새그로드(Sag Rod)
• 턴버클(Turnbuckle)
• 거셋플레이트(Gusset Plate)
• 경량형강(Light Gauge Section)
• 띠판(Band Plate)
• 래티스(Lattice)
• 새그볼트(Sag Bolt)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면, 강구조 건물에는 큰 골조(기둥·보) 말고도 지붕과 벽을 받치고 흔들림을 막아 주는 작은 부재가 많다. 이 작은 부재들이 제 역할을 해야 큰 골조가 안전하게 버틴다. 용어 시험은 이 작은 부재의 이름, 위치, 역할을 묻는다.

정식 정의로는, 퍼린은 지붕 경사면에서 처마와 평행하게 놓여 지붕 데크나 시트를 받치는 2차 부재다. 퍼린은 서까래(rafter)나 벽체에 의해 지지된다. 강구조 건물 특히 강골조 시스템에서는 Z형강을 써서 경간 사이 휨 연속성을 확보하는 방식이 많이 쓰인다.

새그로드는 퍼린 사이 경사 방향 처짐(sag)을 막기 위해 퍼린 중간에 가로로 연결하는 가느다란 봉강이다. 퍼린이 약축 방향으로 처지는 것을 억제하므로, 퍼린의 횡지지 역할을 한다. 새그로드는 주로 인장재로 거동하며 압축 하중을 받지 않도록 배치한다.

턴버클은 양쪽에 반대 방향 나사산을 가진 아이볼트를 프레임 양 끝에 끼운 장치다. 프레임을 돌리면 두 아이볼트가 동시에 안쪽 또는 바깥쪽으로 움직여 케이블이나 로드의 길이·장력이 조정된다. 가새(브레이스)의 초기 장력을 맞출 때 사용한다.

거셋플레이트는 보와 기둥, 또는 트러스 부재끼리 연결하는 판재다. 부재가 힘을 주고받는 접합 판 역할을 하며, 볼트나 용접과 함께 쓰거나 단독으로 접합을 이룬다. 힘이 클수록 거셋플레이트의 크기가 커진다.

경량형강은 얇은 강판(보통 두께 0.373mm에서 6.35mm 범위)을 상온에서 롤성형, 프레스 브레이크, 굽힘 가공으로 만든 얇은 두께의 형강이다. 열간 압연형강과 달리 판 두께가 얇아 국부좌굴 검토가 중요하다.

띠판은 조립 부재의 여러 요소를 판으로 묶어 일체로 거동하게 하는 얇은 판이다. 래티스는 조립 압축재의 두 주부재 사이를 사선 또는 격자 형태 가는 부재로 연결하는 것이다. 띠판과 래티스는 모두 조립재의 전단 저항과 좌굴 강도를 확보하는 목적이다.

새그볼트는 퍼린을 새그로드에 고정하거나 퍼린 사이를 연결하는 볼트 조립체로, 흔히 퍼린 간 간격을 맞추는 스페이서 역할을 함께 한다.

3. 등장 배경과 필요성

강구조 지붕은 넓은 면적을 얇은 데크로 덮기 때문에 데크를 받는 퍼린이 필요하다. 퍼린만으로는 경사면에서 약축 방향 처짐이 생기므로 새그로드와 턴버클로 횡방향 지지와 장력을 확보한다. 이 구성이 없으면 지붕 면이 흔들리고 빗물과 풍하중에 대응하기 어렵다.

한편 고층·대공간 건물에서는 가새와 트러스가 횡하중을 받는다. 이때 거셋플레이트와 띠판·래티스가 부재 간 힘을 전달하고, 턴버클이 가새 장력을 조절한다. 경량형강은 주택·창고처럼 하중이 작은 건물에서 재료를 줄이기 위해 등장했다.

참고로 얇은 판을 쓰는 부재는 국부좌굴에, 조립 부재는 전단 전달에 취약하다. 따라서 용어를 알면 어떤 검토가 필요한지도 함께 떠올릴 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

강재 지붕 골조는 지붕 데크, 퍼린, 주부재(라프터 또는 보)와 이를 묶어 주는 보조 부재로 이루어진다. 이 절의 용어는 하중을 전달하거나 부재를 안정시키는 역할로 나뉜다. 하중 전달 부재는 데크에서 주부재까지 면 하중을 옮기고, 안정 부재는 압축 플랜지나 약축 방향의 횡변위를 막는다.

퍼린은 Z형강을 경간 사이에서 연속되게 배치하여 휨 연속성을 얻는다. 퍼린은 웨브 면내 강성이 크고 약축 강성이 작다. 그래서 경사 지붕 면에서 작용하는 하중에 의해 비틀림 좌굴이 생기기 쉽다. 새그 로드와 새그 볼트는 퍼린 사이를 묶어 하부 플랜지의 횡변위를 막는다.

턴버클은 로드를 조여 장력을 주는 장치다. 두 아이볼트가 한쪽은 우나사, 다른 쪽은 좌나사로 되어 있어 몸체를 돌리면 로드가 함께 늘거나 줄어든다. 이때 아이볼트 자체를 비틀지 않고 장력을 맞출 수 있다.

거셋 플레이트는 트러스 부재의 도심선이 한 점에서 만나도록 하고, 접합 면적으로 힘을 분산한다. 부재 힘은 플레이트를 통해 들어가고 나가므로 연결재 그룹 주변의 블록 전단 파괴가 검토 대상이 된다. 힘의 전달 경계는 게이지선을 기준으로 약 30° 로 분포한다고 가정한다. 플레이트 크기는 연결 부재에 작용하는 힘이 클수록 커진다.

띠판과 래티스는 조립 부재를 한 덩어리로 거동시킨다. 조립 압축재는 두 주재가 따로 좌굴하면 강도가 떨어지므로, 띠판이나 래티스로 연결하여 전체 좌굴 거동을 확보한다.

설계 절차는 다음과 같다.

• 지붕 데크의 지지 간격에 맞춰 퍼린의 간격을 정한다.
• 퍼린 단면을 정하고 경간 사이 연속 배치 여부를 결정한다.
• 새그 로드와 새그 볼트를 배치하고 턴버클로 장력을 조정한다.
• 트러스 접합부의 거셋 플레이트 크기를 정하고 블록 전단과 인장을 검토한다.
• 조립 압축재에 띠판 또는 래티스를 배치하여 일체 거동과 세장비를 검토한다.

5. 관련 법령·기준·표준

부재 용어 자체는 법령에 정의된 용어가 아니다. 구조 안전은 「건축법」에 따른 구조기준을 따르며, 강재 부재 설계는 현행 KDS 체계의 강구조 설계기준(KDS 41)에 따른다. 설계 단계에서는 퍼린의 횡지지, 거셋 플레이트의 블록 전단, 조립 압축재의 일체 거동을 각각 검토한다. 경량형강의 재료 범위는 미국 AISI 기준의 냉간 성형 부재를 예로 본다.

표의 값은 개념 이해를 위한 대표 값이다. 실제 설계 수치는 설계기준의 현행 조항을 따른다. 수험에서는 횡지지 요소와 블록 전단 검토 항목을 정확히 쓰는 것이 핵심이다.

일반 강재 지붕에서는 퍼린 간격이 데크의 지지 간격으로 결정된다. 간격이 커지면 퍼린 단면이 커지고 처짐이 늘어난다. 따라서 새그 로드를 추가하여 약축 횡지지 간격을 줄이는 방법을 함께 쓴다. 경량형강은 얇은 두께 때문에 국부 좌굴과 비틀림 좌굴 검토가 중요하다.