흙막이 버팀대 설계

정의

흙막이 버팀대는 굴착 중 옆에서 밀려오는 흙을 막아 주는 가로 기둥이다.

토압은 띠장을 거쳐 버팀대에 전달되고, 버팀대는 주로 축력을 받는다.

그래서 설계에서는 축력과 좌굴을 함께 본다.

축력 흐름

띠장 선하중 q는 문항 조건에 따라 100kN/m이다.

버팀대 1개가 받는 하중은 q에 간격 s를 곱한 값이다.

이 값을 cos 45°로 나누어 코너 버팀대의 경사 축력으로 환산한다.

마지막으로 작업하중과 온도하중을 더해 설계 축력을 정한다.

계산 예제

예제 조건은 간격 3m, 띠장 하중 100kN/m, 작업하중 5kN/m이다.

버팀대 1개가 받는 띠장 하중은 100 × 3 = 300kN이다.

작업하중은 5 × 3 = 15kN이고, 온도하중 120kN은 별도로 더한다.

직접 풀어 보자. 화면의 문제는 버팀대 1개가 받는 하중을 묻는다.

응력과 좌굴

설계 축력을 단면적 A로 나누면 축응력 σ가 나온다.

허용응력 할증은 문항 조건에 따라 적용하고, 할증 후 응력을 허용응력과 비교한다.

버팀대는 압축재이므로 세장비 λ와 임계응력으로 좌굴도 함께 검토한다.

좌굴 검토를 빠뜨리면 감점되므로 두 검토를 함께 한다.

자주 하는 실수

가장 흔한 실수는 띠장 하중을 버팀대 축방향 분력으로 바꾸지 않는 것이다.

온도하중을 축력에 빠뜨리는 것도 감점이 크다.

축력 산정, 응력 판정, 좌굴 검토를 한 흐름으로 답해야 한다.

정리

앞 문제의 정답은 온도하중을 축력에 별도로 더하는 것이다.

버팀대 설계는 축력, 응력, 좌굴을 순서대로 확인하는 것이 핵심이다.

계측 결과가 허용치를 넘으면 굴착 단계를 조정하거나 보강 버팀대를 추가한다.