가새골조

가새골조란

가새골조는 기둥과 보로 된 골조에 대각선 가새를 더한 횡력 저항 골조다.

기둥과 보만으로 된 사각형 골조는 수평력을 받으면 쉽게 옆으로 밀린다.

대각선 가새가 들어가면 수평력이 축방향 힘으로 바뀌어 기초까지 전달된다.

이 대각선 부재를 가새라고 한다.

구성요소와 원리

가새골조의 핵심 구성요소는 가새, 보, 기둥, 접합부다.

가새는 횡력을 축력으로 전달하고, 접합부는 그 축력을 보와 기둥에 전달한다.

가새를 넣으면 전단변형보다 휨변형이 지배하게 되어 전체 변형이 작아진다.

설계는 횡하중 산정, 가새 부재력 산정, 인장과 압축 검토 순서로 진행한다.

중심가새와 편심가새

가새골조는 가새의 배치 방식에 따라 중심가새와 편심가새로 나뉜다.

중심가새는 가새 축선이 보와 기둥의 교점에 모이고, 편심가새는 단부를 링크에 편심시킨다.

두 방식은 연성을 확보하는 방법이 달라 표로 비교해 두어야 한다.

중심가새는 설계가 단순하지만 가새 좌굴 후 강도 저하가 커서 상세가 필요하다.

가새 인장강도 검토

가새의 인장강도는 총단면 항복으로 검토하고, 설계강도는 공칭강도에 저항계수를 곱한다.

예를 들어 항복강도 355MPa, 총단면적 2,870mm²이면 공칭강도는 약 1,019kN이다.

총단면 항복의 저항계수 0.90을 곱하면 설계강도는 약 917kN이다.

지진하중 조합의 소요축력이 이 값 이하이면 적합하다.

흔한 실수와 검토 구분

가장 흔한 실수는 중심가새의 압축좌굴을 무시하고 인장강도만으로 평가하는 것이다.

가새는 압축에서 좌굴하므로 압축과 인장을 구분해 검토해야 한다.

압축은 좌굴강도로, 인장은 총단면 항복강도로 검토한다.

접합부를 가새 본체와 독립적으로 보지 않는 것도 감점 요인이다.

좌굴방지가새골조

좌굴방지가새는 압축 좌굴을 구속해 인장과 압축 거동이 대칭에 가깝다.

항복하는 코어가 인장과 압축에서 안정적으로 에너지를 소산한다.

그 결과 거동계수가 높게 소개되어 지진하중이 줄어드는 장점이 제시된다.

다만 큰 변형과 층간변위에 취약해 층간변위 검토가 필요하다.

정리

앞 문제의 답은 인장과 압축 거동이 대칭에 가깝다는 것이다.

중심가새는 축력 전달이 명확하고, 편심가새는 링크의 전단항복으로 에너지를 흡수한다.

가새 압축은 좌굴, 인장은 총단면 항복으로 검토한다.

접합부는 가새 강도 이상으로 설계한다.