가새 접합부 설계

가새 접합부란

가새 접합부는 가새의 축력을 보와 기둥으로 전달하는 마지막 관문이다.

접합부가 약하면 가새가 아무리 튼튼해도 골조 전체가 무너진다.

그래서 가새 접합부를 별도로 설계하는 요구가 강해졌다.

힘이 흐르는 경로

가새 접합부는 가새 축력을 거셋플레이트를 거쳐 보와 기둥에 전달한다.

축력은 고력볼트 또는 용접을 통해 주변 골조로 이어진다.

접합부가 항복하기 전에 가새가 먼저 항복하도록 설계하는 것이 원칙이다.

이 개념이 접합부 초과강도 검토와 연결된다.

고력볼트 마찰접합

고력볼트 마찰접합은 볼트 조임력으로 접합면에 마찰력을 만들어 전단력을 전달한다.

접합면이 미끄러지지 않아야 하므로 미끄럼 강도를 기준으로 본다.

볼트 한 개의 미끄럼강도는 마찰계수, 피접합재 종류 계수, 볼트 설계축력, 미끄럼면 수를 곱해 구한다.

마찰접합은 강성이 높고 반복하중에 유리해 가새 접합에 많이 쓴다.

지압접합과 달리 볼트 전단과 지압 강도로는 검토하지 않는다.

모살용접 계산 예제

앞 문제의 정답은 미끄럼 강도다.

이제 가새 접합에 쓰는 모살용접 한 구간의 안전성을 검토한다.

주어진 값은 모살 사이즈 6mm, 용접 길이 100mm, 양면 용접이다.

유효목두께는 0.7s로 구하면 4.2mm가 된다.

유효면적은 4.2에 용접 길이 100을 곱해 420mm²가 된다.

공칭강도에 0.75를 곱해 설계강도를 구하고, 양면이면 두 배로 한다.

한 구간 강도가 작을 수 있으므로 구간 수와 전체 길이를 합산해 비교한다.

접합 수단 비교

접합 수단은 고력볼트 마찰접합, 지압접합, 모살용접으로 나뉜다.

마찰접합은 접합면 마찰력으로 힘을 전달해 미끄럼이 거의 없다.

강성이 높고 반복하중에도 유리해 가새 접합에 가장 많이 쓴다.

지압접합은 미끄럼이 생겨 반복하중을 받는 가새에는 적합하지 않다.

모살용접은 현장 조립 공정을 줄이지만 목두께 관리와 용접 품질에 따라 강도가 달라진다.

채점 포인트

가장 흔한 감점은 접합부 한계상태를 빠뜨리는 것이다.

볼트 전단, 지압, 블록전단, 거셋 항복과 파단, 용접부 강도를 모두 검토한다.

마찰접합은 미끄럼 강도로, 지압접합은 전단·지압 강도로 구분해 쓴다.

거셋플레이트의 좌굴과 편심 모멘트, 용접의 유효 길이도 빠뜨리지 않는다.

블록전단 조건도 빠뜨리지 않도록 확인한다.

정리

지금까지 가새 접합부 설계의 핵심을 정리한다.

가새 접합부는 축력을 거셋플레이트를 거쳐 보와 기둥에 전달하도록 설계한다.

마찰접합은 미끄럼 강도, 지압접합은 전단과 지압 강도로 구분한다.

블록전단과 용량설계 개념까지 익혀 두면 계산과 도시 문항에 대비할 수 있다.