강역(Rigid Zone)

강역의 정의

강역은 라멘 접합부에서 부재 단면이 실제로 변형하지 않는 강체 구간이다.

보와 기둥이 만나는 곳은 두껍게 겹쳐 사실상 휘지 않는 덩어리다.

해석 모델은 이 덩어리를 부재 축선의 교점으로 줄여 그리고 길이를 보정한다.

강역의 위치

강역은 보와 기둥 축선의 교점에서 단면 치수만큼 연장된 구간이다.

강역은 변형하지 않는 강체로 가정하고, 휨은 그 바깥 자유 길이에서만 일어난다.

해석에서는 강역 길이만큼 부재 길이를 줄여 유효 길이를 구한다.

유효 길이

강역을 반영한 유효 길이는 절점 중심 간 길이 L에서 강역 길이 합을 뺀 값이다.

강역을 무시하면 부재 길이와 강성이 과대 추정되어 횡변위가 작게 계산되는 위험이 있다.

강역 길이는 설계 기준과 해석 조건에 따라 달라지므로 적용 조건을 함께 확인한다.

패널존과 설계 검토

강역과 패널존은 역할이 다르므로 구분해서 써야 한다.

패널존은 보와 기둥이 교차하는 박스형 영역이며 전단 변형이 횡변위에 영향을 준다.

설계에서는 접합부 전단력을 산정하고 보강이 필요한지 검토한다.

강역 길이를 근거 없이 임의로 정하면 감점 요인이 된다.

계산 예제

2층 직사각형 라멘에서 기둥이 나눠 받는 수평력을 계산해 보자.

층 수평력 H는 기둥 강성 비율로 나눠 받는다. 강성이 같으면 기둥 개수로 나눈다.

H가 100kN이고 기둥 4개의 강성이 같으면 기둥 하나는 25kN을 분담한다.

네 기둥의 합계가 100kN이 되어 층 수평력과 일치하므로 평형을 만족한다.

단, 기둥 강성이 모두 같고 보가 충분히 강하다고 가정한 경우다.

정리

앞 문제의 정답은 25 kN이다. 기둥 개수로 나눈 값이다.

강역은 접합부의 강체 구간이고, 유효 길이는 L에서 강역 길이를 뺀 값이다.

강역을 무시하면 강성이 과대 추정되므로 강역 반영은 골조 해석의 기본 보정이다.

패널존 전단과 접합부 상세까지 함께 검토해야 해석과 설계가 연결된다.