[기계안전기술사] 문제풀이 2024년 133회 133-1-11 철골구조물(steel structure) 정의, 장점 및 단점
11. 철골구조물(steel structure)의 정의를 설명하고, 장점 및 단점을 각각 4가지씩 설명하시오.
문제풀이
1. 정의
- 형강, 강관, 강판 등을 가공 결합하여 기둥, 보 등의 부재를 접합의 방법으로 구조체를 형성하는 구조
- 주요 구조 부재로 강재(steel)를 사용하여 건설된 구조물
- 기둥, 보, 트러스 등의 주요 하중 지지 요소가 철강으로 제작됨
- 건축물, 교량, 타워 등 다양한 형태의 구조물에 적용
- 철골구조 제작은
콘크리트의 구조물이나 조적 구조물처럼 현장에서 모든 공정이 이루어지지 않는데,
기둥과 보는 공장에서 주로 용접의 방법으로 제작하고,
나머지 공정은 현장에서 시공하여 구축하는 구조로서 공사기간이 짧은 공사방법입니다.
(1) 철골구조란 강판 및 각종 형강을 리벳, 볼트, 용접 등의 접합방식으로 조립한 구조 또는 건축 물을 철골구조 또는 강구조라고 한다.
(2) 철근 콘크리트 건물과는 달리 건축시 콘크리트를 군힐 필요가 없고 철골과 철골을 연결하기 만 하면 되기 때문에 계절의 영향을 받지 않고 공사 기간이 철근 콘크리트 건물에 비해 상당히 절약된다.
(3) 또한 철근 콘크리트 건물에 비해 하중이 작기 때문에 기둥이 많이 필요하지 않아 철골구조는 주로 고층 빌딩에 많이 쓰인다.
2. 철골구조물의 장점:
1) 경량화: 강재는 단위중량에 비해 고강도이므로 구조체의 경량화에 의해 고층구조 및 장스팬 구조에 적합합니다.
2) 변형에 유리: 강재는 인성이 커서 변형에 유리하고, 소성변형 능력이 우수합니다.
3) 신뢰성: 강재는 공장 생산되어 재료의 균질성이 매우 좋으므로 정도 높은 해석이 가능하여 설계의 신뢰성이 높고, 공사 시 품질의 신뢰성도 높습니다.
4) 공사기간 단축:
공장 제작작업과 현장 조립작업으로 공사의 표준화를 도모할 수 있어 시공효율이 매우 높으며,
건식공법이므로 RC 구조부분과 분리작업이 가능하여 공기를 단축시킵니다.
5) 철골은 적은 단면으로 다른 재료와 같은 강도를 낼 수 있다
6) 철근 콘크리트에 비하여 큰 스팬 (철근콘크리트 10 m 이내, 철골구조 30 m 이상), 고층 건물에 유리하다.
7) 강한 인성 재료이므로 큰 변위에 잘 견뎌야 한다.
8) 시공상 정밀도를 높일 수 있다.
3. 철골구조물의 단점:
1) 내화성:
강재의 내력은 고온에 대하여 취성을 갖고 있어
500~600℃에서 상온 강도의 약 1/2, 800℃에서는 거의 0이 되기 때문에 내화설계에 의한 내화피복이 필요합니다.
2) 변형이 쉬움: 강재는 단면에 비해 부재가 세장하여 변형이나 좌굴을 일으키기가 쉽습니다.
3) 접합부의 신중한 설계 필요: 접합부의 신중한 설계와 용접부의 검사가 필요합니다.
4) 처짐이나 진동에 대한 고려 필요:
처짐이나 진동에 대한 고려를 충분히 하지 않으면 거주자가 불안감을 느낄 수 있으므로,
강도뿐만 아니라 사용성을 고려한 설계를 하여야 합니다.
5) 기둥과 같은 압축재에서 좌굴을 고려하여야 한다.
6) 휩재는 단면이 적으므로 강성이 작아지기 쉽다.
7) 부식과 열에 약해서 내구성, 내화성이 떨어진다.
8) 접합점에서 일체화되기는 어렵다.
3. 장점
a) 높은 강도-중량비
- 적은 중량으로 큰 하중을 지지할 수 있음
- 장스팬 구조물 건설 가능
b) 시공 속도가 빠름
- 공장에서 사전 제작 가능
- 현장에서 조립 및 설치 시간 단축
c) 정확한 치수와 품질 관리
- 공장 제작으로 높은 정밀도 확보
- 일관된 품질 유지 가능
d) 재사용 및 재활용 가능
- 해체 후 다른 구조물에 재사용 가능
- 철강 자체의 재활용성이 높음
4. 단점
a) 내화성 부족
- 화재 시 강도가 급격히 저하됨
- 별도의 내화 처리 필요
b) 부식에 취약
- 습기와 산소에 노출 시 부식 발생
- 주기적인 방청 처리 필요
c) 초기 투자 비용이 높음
- 재료 자체의 가격이 높음
- 전문 인력과 장비 필요
d) 소음과 진동 전달
- 강재의 특성상 소음과 진동이 쉽게 전달됨
- 별도의 차음, 제진 대책 필요