패널존 전단강도와 스티프너 설계

패널존이란

패널존은 보와 기둥이 만나는 접합부의 기둥 웨브 영역이다.

보의 휨모멘트가 기둥 웨브에 전달되며 생기는 전단력을 견디는 곳이다.

이 부분의 강도가 부족하면 골조 전체의 내진 성능이 무너진다.

힘이 흐르는 길

보의 휨모멘트는 플랜지의 힘으로 바뀌어 옮겨 간다.

패널존 웨브는 이 힘을 거의 순수 전단으로 받아 저항한다.

이 영역의 전단강도를 따로 검토하는 것이 패널존 설계다.

전단강도 식

패널존 전단강도는 기둥 웨브의 항복 전단력으로 정한다.

보강이 필요하면 2중 플레이트 두께 t_dp 를 더해 웨브 유효두께를 늘린다.

여기서 F_yc, d_c, t_wc 는 기둥의 항복강도, 춤, 웨브 두께다.

소요 전단력 V_u 는 설계전단강도 φV_n 이하이어야 한다.

가상의 예 풀이

가상의 예로 순서를 따라 풀어 본다. 기둥 웨브 두께는 13 mm 이다.

먼저 보 모멘트로 패널존 소요력을 구하고 웨브 강도와 비교한다.

부족하면 2중 플레이트 두께 t_p 를 구해 보강량을 정한다.

값이 매우 크면 보강 방식을 다시 고른다.

보강 방법 비교

보강 방법은 힘이 어디서 한계에 닿는지에 따라 고른다.

수직 스티프너는 플랜지 집중력을 받아 웨브 국부항복을 막는다.

대각선 스티프너와 2중 플레이트는 패널존 전단강도를 확보한다.

두 검토는 독립적으로 수행해야 한다.

헷갈리는 점

시험에서 자주 틀리는 세 가지를 짚는다.

첫째, 패널존 전단력은 보 플랜지 간 힘에서 계산한다.

둘째, 스티프너 두께는 보 플랜지 두께 이상으로 잡는다.

셋째, 필릿용접 사이즈는 얇은 모재 두께에 맞춘다.

정답은 2중 플레이트다. 기둥 웨브 두께를 키워 전단강도를 높인다.

정리

이제 핵심을 정리한다.

패널존은 보 모멘트를 전단력으로 받는 기둥 웨브 영역이다.

전단강도를 검토하고 부족하면 2중 플레이트로 보강한다.

용접은 필릿용접으로 하고 유효목두께를 확인한다.

패널존 전단강도, 2중 플레이트, 필릿용접은 답안에 반드시 쓴다.