H형강의 구성과 명칭

핵심 정리

H형강은 형강의 한 종류로, 단면이 알파벳 H 모양으로 성형된 강재다. 형강은 일정한 단면 모양으로 미리 만든 긴 강철을 통틀어 이르며, 기둥이나 보에 주로 쓰인다. 형강은 단면 모양에 따라 여러 종류로 나뉘고, 역학적 합리성과 사용 목적을 기준으로 골라 쓴다. 그래서 H형강은 모양의 이름만 외우기보다 단면이 그 모양을 가진 이유와 함께 익히는 것이 정리에 도움이 된다.

H형강 보에서는 플랜지와 웨브가 힘을 나눠 맡는다. 플랜지는 휨, 웨브는 전단철골보에서 플랜지는 휨모멘트에, 웨브는 전단력에 주로 저항한다. 두 요소의 역할을 구분해 두면 휨을 묻는 문제와 전단을 묻는 문제에서 어느 부분이 기준이 되는지 바로 가릴 수 있다.

보는 횡방향으로 지지되지 않은 길이가 길어질수록 옆으로 휘는 횡좌굴의 영향을 받는다. 보의 비지지길이가 소성한계비지지길이보다 큰 경우에는 횡좌굴강도를 고려하여야 한다. 이 기준이 H형강 보 설계에서 횡좌굴 검토를 시작하는 경계이며, 단면 강도만으로 보를 판단하는 데에는 한계가 있다는 뜻이다.

자세히

웨브와 플랜지의 국부 검토 항목

집중하중을 받는 H형 부재에서는 부재 전체의 강도와 별도로 국부적인 파괴를 따로 검토한다. 웨브크리플링강도는 집중하중을 받는 H형 단면의 웨브 국부 파괴를 검토하는 항목이다. 웨브횡좌굴강도는 집중하중을 받는 웨브의 압축 좌굴을 검토하는 항목이다. 플랜지국부휨강도는 집중하중을 받는 플랜지의 국부 휨을 검토하는 항목이다. 세 항목은 모두 집중하중에서 나오지만 검토하는 대상과 파괴 형태가 다르다. 아래 표에서 대상과 파괴 형태를 함께 확인하면 항목명만 보고도 무엇을 검토하는지 가릴 수 있다.

웨브플레이트는 주각을 구성하는 요소에 해당하지 않는다. 웨브와 플랜지의 파괴를 보는 국부 검토 항목과, 주각을 이루는 요소를 고르는 물음은 별개다. 주각 요소를 묻는 선지에서 웨브플레이트를 주각 요소로 넣으면 틀리므로, 두 개념을 같은 요소로 묶지 않는 것이 이 쟁점의 핵심이다.

휨강도 산정 항목

강축 휨을 받는 콤팩트 부재의 설계 휨강도 산정 시 휨저항계수는 0.9이다. 소성휨모멘트는 강재의 항복강도에 소성단면계수를 곱하여 산정한다. 자유단이 지지되지 않은 캔틸레버와 내민 부분의 횡좌굴모멘트 수정계수 Cb는 1이다. 세 값은 서로 다른 계산 항목에 쓰이므로, 어느 식의 값인지와 함께 기억하는 것이 안전하다. 특히 소성휨모멘트는 항복강도를 기준으로 하므로 인장강도와 헷갈리지 않아야 한다.