강철 구조물에 대한 디자인 기준 최신 비교

09-07-2021

1. 강철 구조를 정의하는 설계 기준의 특징
2. 일부 국가의 설계 하중 기준
3. 현재 강철 구조 설계 평가 기준 비교
4. 강철 구조 설계 기준 적용 시 주의사항

산업이 성장함에 따라, 안전성과 내구성을 보장하기 위해 건설이 품질 기준을 충족하는 것이 의무적입니다. 프로젝트마다 각 카테고리는 서로 다른 평가 기준을 갖습니다. 아래 기사에서, BMB Steel 은 강철 구조에 대한 최신 설계 기준 비교를 개요로 보여줄 것입니다.

1. 강철 구조를 정의하는 설계 기준의 특징

1.1 베트남의 강철 구조 기준의 특징

베트남의 강철 구조 기준 TCVN 5575:2012는 러시아에서 유래되었습니다. 베트남 기준에 따르면, 모든 건설 절차는 방법과 SF(안전 계수)가 적용되어야 합니다. 다음은 그 내용입니다:

하중의 안전 계수
건축 과정에서 제공되는 자재의 안전 계수
작업 환경에서의 안전 계수, 직업 안전 및 건강(OSH)이라 합니다

따라서, 베트남의 강철 구조 기준는 강성에 중점을 두며 강철 구조 는 과도하게 변형되지 않아야 합니다.

계산된 강도에 관해, TCVN의 경우, 계산된 강도는 다음 공식으로 계산됩니다: 표준 강도 / 자재 안전 계수.

가정된 하중에 대해, 이는 다음 공식으로 계산됩니다: 표준 하중 * 하중 확실성 계수.

베트남의 강철 설계 기준, 2737:1995는 강철 구조에 대한 가정된 하중으로 사용됩니다. 풍하중 속도는 3초 간 측정되며, 20년 기간 동안의 데이터를 기반으로 합니다.

베트남의 풍압 계수는 풍속이 아닌 풍압으로 계산됩니다. 이는 풍동 모델의 압력 측정 결과에 의해 결정되며, 따라서 입방체와 같은 물체에 적용할 수 있습니다.

1.2 미국 AISC 89/ASD 기준의 강철 설계 기준 특징.

베트남의 설계 기준 외에도, 미국의 강철 구조 설계 기준는 계약자들이 널리 적용하는 방법입니다. 미국의 기준 특징은 2가지 계산 방법을 적용합니다:

방법 1: 허용 강도 설계(ASD)에 따른 방법이며 하중 계수: 따라서 변형은 허용 응력을 초과하지 않아야 합니다 = 항복 응력* (0.6 -> 0.67)
방법 2: 하중 및 저항 계수 설계(LRFD)에 따른 방법: 하중은 1.2->1.6으로 곱해지며; 지지 계수는 0.75->0.9로 곱해지며; 주요 응력은 항복 강도입니다.

Ft, Fy, Fb의 관계: 인장 시, 허용 응력 Ft의 값은 0.6Fy입니다(Fy: 강철의 항복 강도). 압축 시 = Fy x 종방향 굽힘 계수. 굽힘 구조의 한계값(Fb)의 값은 0.6-0.67Fy입니다.

내부 힘 값: M,N,Q는 표준 하중에 의해 발생되며, 과부하 계수는 없습니다. 그러나 내부 힘을 결정하는 공식은 하중 조합을 포함합니다.

단면: 미국 기준에서의 가정된 영역은 3부분으로 나뉘며: 고형 단면, 얇은 단면, 비고형 단면. 고형 단면적을 계산하는 경우 자재의 허용 효율을 전부 사용하는 것입니다. 비고형 단면적을 계산할 경우, 자재의 허용 응력을 감소시켜야 합니다. 얇은 단면에 대해서도 더 추가적으로 감소해야 합니다.

1.3 유럽 기준 Eurocode 3를 기반으로 하는 강철 설계 기준 특징

유럽의 강철 구조 기준는 한계 기준(지지 능력 및 사용 한계)를 기준으로 계산됩니다. 한계 응력은 항복 강도에 곱하기 위한 여러 계수를 사용하여 계산됩니다.

단면: 얇은 정도(너비/두께)를 기준으로 여러 등급으로 나뉩니다. 두꺼운 1,2급은 더 높은 응력을 받고 부과되는 반면, 3,4급은 얇아서 지역 안정성을 잃기 쉽습니다. 이는 TCVN 및 LRFD에 따른 미국 기준과 유사합니다. 따라서 단면은 다음의 4종으로 나뉩니다: 고형 단면, 비고형 단면, 플라스틱 단면 및 얇은 단면.

하중: BS 6399를 기준으로 바닥 하중, 풍하중 및 눈 하중을 고려해야 합니다.

풍하중의 주의 사항:

풍하중 압력은 지형, 건물 유형 등을 고려하여 풍속에서 계산됩니다.
풍하중의 공기 역학 계수는 건물 내부의 음압을 포함해야 합니다. 계산 시 가장 위험한 계수의 값을 선택해야 합니다. BS 6399는 1시간 동안의 평균 풍속을 사용하여 50년 기간에 걸쳐; 동시에 영국 기준은 CP3를 사용하여 3초 동안 측정된 풍속을 사용하며, 50년 기간에 걸쳐 적용됩니다.

허용 변위: 사용 하중(실제 하중)으로 인한 최대값으로 계산되며, 과부하 계수와는 관계 없습니다. TCVN에 따르면 더 큰 변형이 허용됩니다. 예를 들어: 천장 지지보는 L/360 (TCVN에 따라 L/400); 보조 보의 경우는 L/200 (TCVN에 따르면 L/240); 계산된 실제 하중만 취하며 TCVN의 전체 하중은 고려하지 않습니다.

안전 계수: BS 6399에 따르면, 각기 다른 하중에 대해 각기 다른 안전 계수를 사용합니다: 예를 들어: 사체 하중의 안전 계수(HSAT)는 1.4 (TCVN은 1.2); 작용 하중은 1.6 (TCVN은 1.2 또는 1.3); 풍하중은 1.4 (TCVN은 1.2)입니다. 또한, 자재의 안전 계수는 1로 책정되며, 이는 자재 강도 계산 중에 조정되었기 때문입니다. TCVN에 따르면, 자재의 안전 계수는 강철의 종류에 따라 1.05에서 1.1까지 다양합니다. 또한 BS는 건물 기능, 구조의 작업 계수에 대한 안전 계수를 적용하지 않지만, TCVN은 이를 포함합니다.

BS의 HSAT를 TCVN의 것과 비교했을 때, VN의 HSAT는 BS보다 작습니다. 따라서 같은 강철 자재와 동일한 명목 하중을 지탱하는 구조의 경우, TCVN에 따라 계산된 구조는 더 적은 자재를 요구합니다.

2. 일부 국가의 설계 하중 기준

각 국가의 설계 하중에는 일정한 기준이 있습니다. 다음은 일부 대표 국가의 설계 하중 기준입니다:

베트남: TCVN 2737:1995: 하중 및 충격, 설계 기준.
미국: MBMA 2002; UBC 97; IBC 2006;
영국: BS 6399: Part 2: 1997: 건축 하중: Part 2: 풍하중에 대한 실천 규정; BS 6399: Part1: 1984: 건물 설계 하중: Part 1: 사체 및 부과된 하중에 대한 실천 규정.
유럽: EN 1991-1-4:2005 A1: 구조에 대한 작용.
호주: AS/NZS 1170.1:2002: 호주/뉴질랜드 사체, 실제 및 기타 하중에 대한 기준; AS/NZS 1170.2:2011: 호주/뉴질랜드 풍하중에 대한 기준

설계 하중은 구조의 외부 요소에 따라 결정되며, 건설 현장의 영향, 날씨의 충격 등을 포함합니다. 각 국가는 저마다 기준이 있지만, 건설의 안전을 보장하고 오류와 위험을 예측하기 위해 가장 근본적인 원칙을 적용하는 것이 권장됩니다.

3. 현재 강철 구조 설계 평가 기준 비교

현재 강철 구조 설계의 평가 기준은 각 국가의 강철 구조 설계 기준에 따라 다릅니다. 이를 통해 어떤 기준을 평가에 적용할 수 있는지 확인할 수 있습니다.

베트남은 No. 5575:2012: 강철 구조 - 안전을 위한 설계 기준에 기반합니다.
미국은 No. AISC-89: 미국 강철 건설 협회 - 탄성 및 자재 작용 방식을 강조합니다.
영국: BS 5950: Part 1: 1990: 영국 기준: 건축에서의 강철 사용: 영국 기준.
유럽: EN 1993-1-1: 유럽 기준 – 강철 구조 설계: 이 기준은 건설 프로젝트에서 널리 사용되지만, 적절한 조사 및 안전 수준과 같은 요소를 강조합니다.
호주: AS 4100-1998: 강철 구조에 대한 호주 기준; AS 4600:1996: 호주/뉴질랜드 기준: 구리 피복 강철 구조.

일반적으로 강철 구조 설계가 보장되는지를 평가하기 위해, 강철 구조 설계의 설계 과정에 앞서 구조의 능력, 안전 기준 및 하중 용량을 평가하는 것이 필수적입니다.

현재 강철 구조 설계는 각 국가의 기준뿐만 아니라 프리패브 건물에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 이는 강철 구조를 사용하여 시간과 비용을 최적화하는 건축 유형입니다. 프리패브 건물은 하중 지지 요건을 충족해야 하며, 베트남의 TCVN 5575:2012 또는 유럽의 EN1993-1-1과 같은 국제 기준을 준수하여 안전성과 내구성을 보장해야 합니다. 적절한 강철 구조 설계 기준의 선택은 프리패브 강철 건물의 건설에서 중요하여, 투자자에게 품질 및 비용 최적화를 보장합니다.