좌굴방지 가새골조(BRBF)

좌굴방지 가새골조란

좌굴방지 가새골조는 좌굴방지 가새의 강재 코어가 지진 에너지를 흡수하는 내진 골조다.

가새가 압축을 받아도 휘지 않도록 바깥을 콘크리트나 강관으로 구속한다.

이 골조를 BRBF라 부르며, 강재 코어 요구사항은 KDS 14 31 60에 규정된다.

가새의 구성요소

좌굴방지 가새는 얇은 강재 코어, 코어를 감싸는 구속재, 비접착층으로 구성된다.

코어는 축방향으로만 자유롭게 움직이고, 구속재는 횡방향 좌굴을 막는다.

구속재가 약하면 코어가 먼저 전체 좌굴을 일으켜 이력 곡선이 찌그러진다.

비접착층이 없으면 마찰로 압축 강도가 과도하게 커지고 접합부에 큰 힘이 전달된다.

힘 전달과 에너지 흡수

지진 횡력이 오면 층간변위가 생기고, 가새에 인장과 압축이 반복되는 축력이 걸린다.

구속재가 좌굴을 막아 코어가 항복 변형하면서 이력 에너지를 흡수한다.

코어 항복내력은 항복응력과 항복 구간 단면적의 곱으로 구한다.

보와 기둥, 접합부는 손상이 줄어들고 과대 설계력이 억제된다.

계산 예제

예제는 코어 단면적 2,000 mm²와 항복강도 235 MPa가 주어진 경우다.

먼저 공칭 항복 하중은 항복강도에 단면적을 곱해 470 kN으로 구한다.

다음으로 저항계수 0.9를 곱하면 설계 인장강도는 423 kN이 된다.

강재 규격에 따라 항복강도는 달라지므로, 실제 설계에서는 규격의 값을 쓴다.

일반 가새와 BRBF 비교

일반 중심가새는 압축 가새가 좌굴하면 강도와 강성이 크게 떨어진다.

좌굴방지 가새골조는 압축 강도가 인장과 비슷하게 유지되어 이력이 대칭이다.

그래서 에너지 소산 능력이 크고 잔류 변형이 작다.

같은 내진 성능에서 부재 단면을 줄일 수 있어 경제성도 높다.

시험 포인트와 흔한 실수

BRBF를 일반 중심가새처럼 설계하는 것이 가장 흔한 실수다.

접합부를 코어 항복 강도 기준으로 설계하지 않는 것도 흔한 실수다.

채점은 구속 원리, 코어 항복과 에너지소산, 과강도, 설계 절차 순서를 본다.

정리

정리하면, 좌굴방지 가새골조는 코어 항복으로 에너지를 흡수하는 골조다.

구속 원리로 압축 좌굴을 막고 인장과 압축에서 대칭 이력을 얻는다.

접합부와 보·기둥은 코어 최대 강도를 견디도록 과강도를 확보한다.

층간변위 한계와 응답수정계수 조건은 항상 함께 검토한다.