철골 구조물은 현대 건설에서 필수적인 솔루션이 되었습니다. 내구성, 유연성 및 높은 하중 지지 능력과 같은 여러 가지 이점을 통해, 강 구조물은 주거 및 산업 프로젝트 모두에서 점점 더 선호되고 널리 적용되고 있습니다.
이 기사에서 BMB Steel은 철골 구조물, 그 구성 요소, 장점 및 건설에 실제 적용에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

1. 철골 구조물의 정의란?

철철골 구조물은 다양한 형태로 제작된 철골 부재를 사용하여 건설되는 구조를 의미합니다.  이 자재는 화학 조성에 대한 명확한 기준을 충족하며, 필요한 강도와 강성을 갖추고 있습니다.

일반적으로 열간 압연형과 조립형 제품으로 구분되며, 각종 단면 형태(예: ㄱ형, 채널형, I형 또는 H형, 정사각형, 직사각형, 원형)를 갖습니다. 전 세계적으로 철골 구조물의 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다.

1.1 철골 구조물의 정의

철골 구조물은 기둥, 서까래, 보, 브레이스 및 연결 부품을 볼트나 용접으로 조립하여구성된 하중 지지 시스템입니다. 이 구조는 높은 강도와 조립 및 분해의 유연성을 제공하며, 필요시 재사용할 수 있습니다. 철근 콘크리트와 비교했을 때 철골 구조물은 가볍고 시공 속도가 빠르며 품질 관리가 용이합니다.

1.2 철골 구조물에 대한 상세 설명

철골 구조물은 기둥, 보, 트러스, 브레이스 및 접합부로 구성되며, 이러한 주요 요소는 공장에서 프리패브(사전 제작) 되어 현장에서 조립됩니다. 따라서 견고하고 유연한 프레임워크를 형성하며 필요에 따라 쉽게 수정할 수 있습니다.

자세히 알아보기: 철골 구조는 현대 건설의 핵심 트렌드가 되었습니다.

2. 철골 구조물의 일반적인 형태

철골 구조물은 유연성과 높은 내구성으로 인해 건설에서 널리 사용됩니다. 각각 특정 용도와 프로젝트 요구에 적합한 여러 종류의 강 구조물이 있습니다. 아래는 현재 건설 프로젝트에서 가장 일반적으로 사용되는 유형입니다.

2.1 Z형 철골 구조물

Z형 철골 구조물은 표준 미국 강 빔으로 롤링된 단면을 가지고 있으며 두 개의 평행한 플랜지가 웹으로 연결되어 있습니다.

2.2 L형 철골 구조물

L형 철골 구조물은 90°의 각도로 결합된 두 개의 철골 다리로 구성됩니다. 이 두 다리는 동일하거나 다를 수 있으며 보통 바닥 시스템에 사용되며, 구조 깊이를 줄여 자재를 절약하고 더 많은 공간을 생성합니다.

2.3 H형 파일 구조물

H형 파일 구조물은 하중을 파일 헤드에 효율적으로 전달하도록 설계되었습니다. 이 유형의 구조물은 최고의 하중 지지 능력을 갖추고 있으며, 1,000톤을 초과하는 하중을 견딜 수 있어, 깊은 기초에 적합합니다.

2.4 C형 철골 구조물

C형 철골 구조물은 단경간에서 중경간 구조물에 적합한 경제적 솔루션입니다. 교량 설계나 비용 효율성과 하중 지지 능력이 동시에 요구되는 다양한 건설 프로젝트에서 사용됩니다.

2.5 HSS 중공 철골 구조물

HSS 중공 철골 구조물은 원형, 사각형 또는 직사각형 단면을 가집니다. 엔지니어들은 높은 강도와 유연성 덕분에 용접된 철골 프레임에서 자주 활용합니다.

2.6 I형 빔 철골 구조물

I형 빔 강 구조물, 넓은 플랜지 빔으로도 알려진 이 구조물은 주 평면 내에서 전단 및 굽힘 하중을 운반하는 데 매우 효율적입니다. 이들은 다양한 크기가 있으며, 높은 내구성 및 정밀도가 요구되는 프로젝트에서 종종 사용됩니다.

2.7 강관 구조물

강 파이프 구조물은 수도, 석유 및 가스 파이프라인과 같은 응용에서 중요합니다. 이 유형의 구조물은 또한 산업 및 토목 공학 프로젝트의 하중 지탱 프레임워크에서 사용됩니다.

2.8 T형 철골  구조물

T형 철골 구조물은 높은 하중 저항력을 가지며 일반적으로 주요 하중 지지 시스템에 사용됩니다. 그러나 이들은 아래 플랜지가 없어 다른 유형에 비해 안정성이 떨어질 수 있습니다.

2.9 강판 구조물

강판 구조물은 다양한 산업 및 건설 프로젝트에서 보강재와 지지재로 활용됩니다.

2.10 맞춤형 철골 구조물

특수 프로젝트나 비정형 디자인이 필요한 경우, 맞춤형 철골 구조물은 프로젝트 요구사항을 충족하기 위해 설계·제작됩니다.

이 유형의 철골 구조물은 정밀성을 보장하고 각 프로젝트의 구체적인 요구를 만족시킵니다.

또한 건축물에 미적 가치와 상징적인 아이덴티티를 부여합니다.

3. 철골 구조물의 장점과 단점

장점:

• 내구성·고하중 지지: 바람/지진 등 환경 하중에 안정적.
• 빠른 조립(공기 단축): 사전 제작 부재로 건설 일정을 줄여 시간·비용 절감. 
• 경량·운송 용이: 철근콘크리트 대비 경량. 
• 설계 유연성: 증·개축 및 평면 변경이 용이.
• 비용 효율성: 제작·시공비 경쟁력, 재사용 가능성으로 장기 비용 절감.

단점:

• 내화 성능 보완 필요: 고온 취약.
• 부식 가능성: 환경·습도에 따라 방청·도장·점검 필요.
• 초기비용: 고품질 강재·가공비로 초기 투자비가 높을 수 있음.

4. 철골 구조물의 특성

철골은 주로 철·탄소 합금으로, 망간/황/구리/인/크롬/니켈 등의 첨가로 성질을 조정합니다. 구조 성능은 화학 조성에 크게 좌우됩니다.

• 화학 조성 영향:
• 탄소·망간: 인장·항복 강도 증가, 연성·용접성 감소.
• 황·인 과다: 취성 증가 → 용접성·피로강도 저하.
• 크롬·니켈: 부식 저항·고온 내구성 향상.
• 구리: 부식 저항 추가 향상.

화학 조성의 작은 변화도 다양한 유형의 강을 만들어내며, 이는 파이프, 판, 전선, 볼트, 리벳 및 보강근과 같은 구조 부재에 사용됩니다.

철강은 다양한 성질을 확보하기 위해 열처리 및 합금 공정을 통해 생산되며, 다음과 같은 주요 특성을 지닙니다.

• 인장 강도: 인장 시험을 통해 항복 강도와 극한 강도를 측정하며, 재료의 응력–변형 곡선을 제공합니다.
  
  
• 경도: 재료가 압입이나 긁힘에 저항하는 능력을 의미하며, 브리넬, 비커스, 로크웰 경도 시험 등을 통해 측정됩니다.
  
  
• 인성(노치 인성): 재료가 균열 전파에 저항하는 능력을 나타내며, 특히 반복 하중(피로 하중)을 받을 때 중요합니다. 고강도 철강은 파괴되기 전 더 많은 에너지를 흡수하여 갑작스러운 구조 붕괴 위험을 감소시킵니다.
  
  
• 피로 강도: 철강은 반복 하중에 의해 파손될 수 있으며, 이는 설계 단계에서 반드시 고려해야 하는 요소입니다.
• 내식성: 철강은 습한 환경이나 염분이 많은 지역에서 쉽게 부식될 수 있으므로, 구리·인·크롬 등의 합금 원소를 첨가하여 부식과 열화를 억제할 수 있습니다.
  
  
• 압연 강재(조립용 강재): 철강은 높은 용융점으로 인해 현장에서 직접 주조할 수 없으며, 제철소에서 기둥, 보, 브레이스 등 부재를 제작한 후 현장에서 조립합니다. 압연 강재 제품은 높은 강도와 우수한 활용성으로 인해 구조용 자재로 널리 사용됩니다.

요약하자면, 철강의 주요 특성인 인장 강도, 경도, 인성, 피로 강도 및 내식성은 철강을 건설 분야에서 매우 다재다능한 소재로 만들어 줍니다. 또한 프로젝트의 구체적인 요구 사항에 따라 다양한 합금 원소를 첨가함으로써 최적의 성능을 구현할 수 있습니다.

5. 베트남의 철골 구조물 기준

철골 구조물에 대한 기준은 건축 프로젝트에 사용되는 철강 자재의 요구 사항을 정의함으로써 품질과 안전성을 보장합니다. 베트남의 철골 구조물은 국가 기준뿐만 아니라 호주, 미국, 영국 및 유럽 등 국제 기준도 준수해야 합니다.

이러한 기준은 철골 구조물의 설계, 시공, 검사 및 승인에 대한 근거가 됩니다. 베트남에서 철골 구조물에 대한 핵심 국가 기준은 TCVN 5575:2012입니다.

TCVN 5575:2012의 주요 특징

• 기원
  러시아 기준인 СНиП II-23-81에서 유래되었습니다.
  건설 과학 및 기술 연구소에서 제정되었으며, 건설부 산하 기관입니다.
  건설부가 제안하고 표준 및 품질 일반국에서 검토했으며, 과학기술부에 의해 공표되었습니다.
  
  
• 법적 근거
  국가 표준으로 인정되었으며, 기술 규정과 표준에 관한 법 제69조 제1항에 따라 공표되었습니다.
  
  
• 적용 범위
  이 기준은 민간 및 산업용 철골 구조물에 적용되며, 교통이나 수리(水利) 구조물 설계에는 적용되지 않습니다.
  
  
• 설계 방법
  TCVN 5575:2012는 안전 계수를 적용하는 한계상태설계법 을 사용합니다.
  구조 강도 확보에 중점을 두며, 구조물의 형상에서 과도한 변형을 허용하지 않습니다.
  
  
• 계산 공식
  
  
• 강도 계산: 계산 강도 = 기준 강도 ÷ 재료 안전 계수
  
  
• 하중 계산: 계산 하중 = 기준 하중 ÷ 하중 안전 계수
  여러 작용 하중에 대해서는 동시 작용 하중 감소 계수를 도입하여 구조물 하중 계산의 정확성을 보장합니다.
• 특정 규정
  이 기준은 풍하중, 공기역학 계수 및 철골 구조물 설계에 영향을 미치는 기타 환경 요소에 대한 구체적인 지침을 포함하고 있습니다.
  

TCVN 5575:2012는 베트남의 철골 구조물이 민간 및 산업 건축 프로젝트에서 안전성, 신뢰성 및 성능 요구 사항을 충족하도록 보장하는 핵심적인 역할을 합니다.

6. 건설에서의 철골 구조물 응용

철골 구조물은 주거용과 산업용 프로젝트를 포함한 다양한 건설 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 아래는 대표적인 적용 사례입니다.

6.1 공장 및 창고 구조 프레임

철골 구조물은 우수한 하중 지지 성능과 신속한 시공 덕분에 공장 및 창고 건축에 이상적입니다. 철골 프레임은 생산과 물류 저장에 적합한 넓고 개방적인 공간을 제공합니다.

6.2 도로 교량 및 현수교
철골 구조물은 대형 하중을 지탱하고 가혹한 기후 조건을 견디는 특성 덕분에 도로 교량과 현수교 건설에 폭넓게 사용됩니다.

6.3 스포츠 아레나, 전시장, 공항 지붕

 철골 구조물은 스포츠 아레나, 전시장, 공항 지붕과 같은 대형 장스팬 건축물을 가능하게 하며, 불필요한 내부 기둥 없이 넓고 유연한 실내 공간을 제공합니다.

6.4 고층 건물 및 타워

고층 건물과 타워는 일반적으로 철골 구조물을 활용하여 전체 중량을 경감하면서도 구조적 강도와 내구성을 확보합니다.

7. 철골 구조물 관련 FAQ

Q1: 철골 구조물은 전통적인 건축 방식보다 더 비쌉니까?
A: 철골 구조물은 자재 비용과 숙련된 인력 투입으로 인해 초기 비용이 더 높을 수 있습니다. 그러나 시공 기간이 짧고 유지 관리가 적게 필요하기 때문에 장기적으로는 경제적 이점을 제공합니다.

Q2: 철골 건축물은 얼마나 오래 사용할 수 있습니까?
A: 철골 건축물의 수명은 일반적으로 약 50년이며, 적절한 유지 관리를 통해 최대 100년까지 사용이 가능합니다.

Q3: 철골 건축은 환경 친화적입니까?
A: 예, 철강은 100% 재활용 가능하며, 강도나 내구성을 잃지 않고 재사용할 수 있어 지속 가능한 건축 자재입니다.

철골 구조물은 유연성과 높은 하중 지지 능력, 비용 효율성 측면에서 현대적이고 지속 가능한 건축 솔루션을 제공합니다. 철골 구조물은 소유자, 시공사 및 건축가에게 우선적으로 선택되는 구조 방식입니다.

효율적이고 지속 가능하며 비용 효과적인 건축 솔루션을 원하신다면 철골 구조물이 귀하의 프로젝트에 최적의 선택이 될 것입니다.

철골 구조물에 대해 더 알아보고 구체적인 견적 정보를 확인하시려면 BMB Steel – 베트남을 대표하는 철골 구조 솔루션 전문 기업을 방문해 주십시오.