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강구조

강구조 기초(라멜라 테어링, 강재의 종류, 치수표시법, 강재의 강도)

by ArchiHub 2024. 11. 30.

안녕하세요 오늘은 강구조를 공부할 때 가장 기초가 되는 사항인 것들에 대해서 알아보려고 합니다. 기초사항들 중에서 라멜라 테어링, 강재의 종류, 치수표시법 등에 대해서 글을 작성해 보겠습니다.


라멜라 테어링(Lameller tearing)

라멜라 테어링은 용접시에 고려해야할 사항으로 열간압연에 의해 생산되는 강재는 아래의 그림과 같이 압연진행방향&압연진행 방향에 교차되는 방향으로 구성되는데 이때 두개의 열간압연강재가 서로 다른 기계적 성질을 가지게 됩니다.

열간압연에 의한 강재의 방향성

 

다른 기계적 성질은 연성능력입니다. '압연진행과 교차되는 방향' 보다 '압연이 진행되는 방향'의 단면의 연성능력이 더 좋습니다. '압연진행과 교차되는 방향' 단면에 두께가 얇은 Z방향으로 수직하중이 작용하면 연성능력이 떨어져 취성적인 파괴가 발생할 수 있습니다. 이것을 라멜라 테어링이라고 합니다. 

 

라멜라 테어링의 주요 원인은 용접 후에 부재에서 일어나는 수축현상인데 아래의 그림은 그러한 예시 그림입니다.

용접에 의한 라멜라 테어링

 

하지만 이러한 라멜라 테어링은 용접의 상세를 적절하게 계획함으로써 줄일 수 있습니다. 아래의 그림은 라멜라 테어링을 줄이기 위한 용접 상세입니다.

라멜라 테어링의 방지를 위한 용접상세의 개선

 

위와 같은 상세를 적용할 경우 용접되는 부분이 압연이 진행되는 부분과 동일하게 되어 부재의 수축이 비교적 줄어들게 됩니다. 왜냐하면 압연이 진행되는 방향은 변형에 비교적 강하기 때문입니다.


강재의 종류

우리나라에서 생산되는 구조용 강재는 한국산업표준(KS)에 의하여 강재가 분류됩니다. 

KS규격 풀이 / 출처 : http://www.steelcon.or.kr/steelconstruction/products/usage

 

위의 사진이에 구조용 강재의 규격을 잘 풀이해 놓은거 같습니다.

 

SS, SM, TMCP, SN, SHN, SNT, SNRT, HSA, SMA, FR 등등 이중에서 구조설계에서 자주 사용되는 강재에 대해서 글을 작성해 보겠습니다.

SS: 일반구조용강, 구조설계에서 굉장히 자주 사용되는 강재입니다.

SM: 용접구조용강, 용접성을 저하시키는 탄소량에 대한 제한을 두어 SS강재에 비해 용접성을 개선시킨 강종, 원래는 조선용으로 개발되어 SM(STEEL MARINE)의 약자로 사용됩니다.

TMCP: 강재의 두께가 증가하면 압연 후 냉각속도가 오래걸리기 때문에 강도의 저하가 발생합니다. 이러한 것을 개선시키기 위해서 열간제어압연 프로세스(Thermo-Mechanical Control Process)를 적용한 강재

SN: 건축구조용압연강(Steel New), 건축물의 내진성능 확보를 위해 필수적인 소성변형능력을 보증하기 위한 새로운 규정을 적용시킴, 충격특성에 의해 A,B,C,D로 구분하고 있으며 아래와 같습니다.

  • A: 소성변형성능을 기대하지 않는 부재 혹은 부위에 사용하는 강종
  • B: 소성변형성능을 기대하는 일반 구조부위에 광범위하게 사용되는 강종
  • C: 용접 가공 시를 포함하여 판두께 방향으로 큰 인장응력을 받는 부재 또는 부위에 사용하는 강종

HSA: 인장강도 800N/mm^2, 항복강도 650N/mm^2이상되는 초고강도강

SMA: 내후성강으로 강재의 부식방지를 위해서 내후성능을 향상시킨 강재


치수표시법

H형강 및 I형강 : 주로 기둥과 보 등의 구조용으로 사용됩니다. H형강재는 가장 널리 사용되는 강재이며 H형강과 I형강의 차이는 I형강은 플랜지의 두께가 외부로 갈 수록 점차 줄어드는 형태입니다.

표시법은 H-(단면의 춤)X(플랜지의 폭)X(웨브의 두께)X(플랜지의 두께)

H형각과 I형강의 치수표시법

 

ㄷ형강(channel): 휨재로 쓰일 때 비틀림 현상에 주의해야하며, 단면성능은 떨어지지만 접합시공이 우수합니다.

ㄷ형강의 치수표시법

 

ㄱ형강(angle): 직교 방향의 두 요소로 이루어집니다.

ㄱ형강의 치수표시법

 

T형강: 트러스 부재나 기둥-보 접합부 등에 쓰이며, H형강을 절단하여 사용합니다.

T형강의 치수표시법

 

강관: 원형강관, 각형강관 등이 있습니다.

강관의 치수표시법

 

강봉 및 강판: 강봉은 주로 폭이 9~22mm의 것을 사용합니다. 강판은 2차부재에 주로 사용됩니다.

강판과 강봉의 치수표시법

 

냉간성형강: 두께가 얇은 강판을 냉간압연에 의해 여러가지 단면형상으로 만든 형강을 냉간성형강이라고 합니다. 국부좌굴에 취약하나 시공성이 매우 용이하고 저층 구조물, 가설물 등에 많이 사용됩니다.

냉간성형강의 종류 및 치수표시법

 


강재의 강도

구조용 강재의 재료의 기본 물성은 다음과 같습니다.

  • 탄성계수:210,000MPa
  • 전단탄성계수:81,000MPa
  • 푸아송비:0.3
  • 선팽창계수:0.000012

주요 구조용강재의 재료강도는 아래의 표를 참고하시면 됩니다. 판두께에 따라 재료의 항복강도Fy가 다른 것에 주의해야 합니다. 만약, 형강 플랜지와 웨브의 두께가 다르다면 플랜지의 두께를 따르시면 됩니다.


오늘은 강재의 기초적인 내용에 대해서 글을 작성해 보았습니다. 강재의 종류, 치수표시법, 강재의 강도 등 이러한 내용은 아주 기초적인 내용이니 잘 알고 계시길 바랍니다.

오늘도 글을 읽어주셔서 감사합니다😊

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