제목: 샌드위치패널(판넬)에 의한 강철 구조물의 안정화
1. 서론
2. 프레임과 보강 구조 구성
3. 안정성 설계
4. 샌드위치패널(판넬)
5. 샌드위치패널(판넬) 고정
6. 스틸 프레임의 칸막이 보강
7. 요약
샌드위치패널(판넬)을 제어하는데 사용되는 보강재 설계에 대한 이중 강도 및 강성 기준의 기본 이론을 연구했습니다. 유럽 법규는 보강 관점에서 조사되었습니다. 유럽 법규의 많은 규칙에도 불구하고 설계자들은 올바른 선택을 하기 위해 이론과 정역학 배경을 마스터해야합니다. 예를 들어, 보다 정확한 정보 보강을 마스터하려면 제품 특성, 연결력, 강성 및 고정 장치의 속성과 같은 보다 정확한 정보가 필요했습니다.
샌드위치패널(판넬)을 안정화 요소로 사용하면 프레임의 무게와 비용이 줄어들고 프레임 없는 건물을 설계하는 방법까지 만들 수 있습니다. 특히 빔 또는 기둥과 같은 단일 철골 부재의 안정화 요소로 자체 지지 샌드위치패널(판넬)을 사용하는 것이 최근 EASIE 프로젝트에서 연구되었으며, 샌드위치패널(판넬) 2014에 의한 철골 구조 전반적인 안정화에 대한 권장 사항이 발표되었습니다.
EASIE 프로젝트에는 유럽 표준 EN 14509를 확인하고 EN 14509의 범위 밖에서 적용 영역을 확장하기 위한 많은 테스트와 이론적 계산이 포함되었습니다. 예를 들어 샌드위치패널(판넬)의 용량, 체결 용량, 단일 강재의 안정화 및 프레임이 없는 건물에 대한 지침과 같은 정보를 생산했습니다.
이 지침은 빔 및 기둥과 같은 단일 철골 부재의 안정화만 다루지만 전체 건물의 안정화는 다루지 않습니다. 샌드위치패널(판넬)은 하중이 주로 자체 중량, 눈 및 바람 하중과 같은 준 적정 하중으로 구성되는 경우에만 보강 요소로 사용되어야합니다. 반복되는 하중(예: 지진으로 인한 하중)에는 권장 사항이 적용되지 않습니다.
목표는 샌드위치패널(판넬)을 사용하여 전체 건물의 전반적인 안정화를 연구하는 것입니다. 가설은 샌드위치패널(판넬) 칸막이 지붕 및 벽 보강 트러스와 같은 기존의 보강을 부분적으로 또는 완전히 대체할 수 있다는 것입니다. 칸막이는 현재 실무에서 매우 비용 효율적일 수 있습니다.
2. 프레임과 보강 구조 구성
산업 건물에 사용되는 가장 기본적인 시스템은 두 개의 기둥과 보로 구성됩니다. 이 구성은 보와 기둥 사이 및 기둥 베이스에 대한 다양한 유형의 연결을 사용하여 다양한 방식으로 수정할 수 있습니다. 산업용 건물에서 가장 일반적으로 사용되는 구조 유형은 경첩 기둥이 있는 포털 프레임입니다. 포털 프레임은 충분한 평면 내에 안정성을 제공하고 평면 외에 안정성을 위해 보강만 필요합니다. 고정 기둥 베이스는 무거운 크레인이 수평력에 의해 덜 편향되기 때문에 사용될 때 고려될 수 있습니다. 경첩 기둥 베이스는 더 작은 기초와 간단한 베이스 연결부를 가지고 있습니다.
[강판 및 칸막이 프레임으로 강화된 기둥 및 빔 프레임]
2차 구성 요소를 갖는 일반적인 강철 포털 프레임 구조의 보강은 전형적으로 지붕 또는 벽면에서 원형 부재로 보강함으로써 달성됩니다. 도리 및 측면 레일은 지붕 및 벽 외장을 지지하고 측면 좌굴에 대해 강철 구조물을 안정화시킵니다. 또는 전단 강성을 제공하는 샌드위치패널(판넬) 또는 칸막이 작용에 사용되는 강철 성형 시트를 사용하여 충분한 평면 외에 안정성을 제공할 수 있습니다.
도리(purlins)는 지붕 피복의 힘을 기본 구조 요소(서까래)로 전달합니다. 또한 이들은 보강시스템의 일부로서 압축 부재 역할을 할 수 있으며, 서까래의 횡방향 비틀림 좌굴에 대한 제한적인 제한을 제공할 수 있습니다. 최대 7m 프레임 간격의 경우, 도리(purlins)을 사용하지 않고 서까래 사이에 성형된 강판을 확장하는 것이 경제적일 수 있습니다.
더 큰 프레임 간격은 기본 구조 요소 및 기초의 수를 줄이지만 더 무거운 도리(purlins)를 사용해야합니다. 산업 건물에서는 Z, C, U 또는 맞춤 제작 형상을 포함한 냉간 성형 파일뿐만 아니라 열간 압연 I 섹션이 사용됩니다. 냉간 성형된 도리를 사용하는 경우 일반적으로 약 1.5m~2.5m의 간격으로 배치됩니다.
[포털 프레임 구조
의 보조 구조 구성요소]
산업 빌딩에 사용될 수 있는 다양한 유형의 외장이 있습니다. 단일 스킨 강판은 일반적으로 한 부분이나 실란트가 얇은 경사면에서 제조업체가 권장하는 경우 4° 이하의 지붕 경사면에서 사용할 수 있습니다. 강판은 도리와 측면 레일에 직접 고정되며, 확실한 고정을 제공합니다. 일반적으로 강판은 EN 10326에 따라 아연도금 강종 S280G, S320G 또는 S275G로 만들어집니다. 강판은 일반적으로 아연도금을 포함하여 0.5mm~1.5mm 사이입니다.
샌드위치패널(판넬)은 강판의 외부 층과 내부 층 사이에 발포 단열재 층을 채움으로써 형성됩니다. 복합 패널은 굽힘에 있어서 복합 작용으로 인해 다양한 우수한 기능이 있습니다. 스탠딩 심(seam) 및 직접 고정시스템을 모두 사용할 수 있습니다. 이것은 분명히 퍼린에 다양한 수준의 고정을 제공할 것입니다.
지붕 샌드위치 요소는 필요한 단열 수준과 구조적 요구에 따라 일반적으로 너비가 1000mm이고 두께가 70~200mm 사이입니다. 지붕과 벽의 경우 최대 20m의 구성 요소 길이는 조인트가 없거나 거의 없는 구조를 허용합니다. 외부의 기본 재료는 일반적으로 0.4mm내지 1.0mm 두께를 가지는 아연도금 코팅된 강판을 사용합니다.
고정 기술은 강판을 지지 구조물에 연결하고 강판 사이를 연결하는 것을 포함합니다. 강판의 고정에는 나사 또는 리벳이 사용됩니다. 성형된 강판을 위해, 적어도 모든 리브는 지지 구조물에 고정되어야합니다. 강판을 응력 표면 보강으로 사용하는 경우, 적용된 전단 흐름에 저항할 수 있도록 고정 장치의 수를 설계해야합니다.
3. 안정성 설계
측면 보강의 기능은 부재가 보강 위치에서 측면 지지대를 제공하여 부재의 좌굴 강도를 증가시키는 것입니다. 압축에서 단일 부재를 측면 부재를 지지할 수 있는 보강 설계에 사용되는 접근 방식은 각 보강 부재를 각 보강 부재의 위치에 효과적으로 고정하는데 필요한 힘과 강성을 위해 보강 부재를 설계하는 것입니다. 여러 부재 또는 조립품(예: 지붕 트러스)을 측면으로 고정해야하고 보강시스템을 사용해야하는 경우, 시스템은 보강 부재에서 발생하는 횡방향 하중을 견딜 수 있도록 설계해야합니다.
힘은 각 압축 부재가 단일 파형 정현파 모드에서 변형된다는 가정에서 결정됩니다. 이 하중 아래에서 보강 시스템의 최대 변형은 시스템을 지지하는 다른 외부 하중(예: 풍하중)과 함께 스팬/500을 초과하지 않아야합니다. 지역 지원에 직접 압축을 받는 단일 부재의 보강은 아래 그림과 같습니다.
[탄성지지 부재의 횡방향 좌굴 모드]
단일 부재의 좌굴 강도를 결정할 때, 좌굴 길이는 인접한 보강 부재 사이의 거리로 간주해야합니다. 전형적인 탄성 이론을 근거하여, 완벽하게 직선인 부재를 가정하면, Timoshenko와 Gere는 각 보강 부재가 제공하는 최소 스프링 강성 C를 보여줍니다.
부재 Nⅾ의 설계 압축력으로부터 발생하는 보강 Fd의 축방향 힘은 초기 편차와 2차 선형 탄성 분석으로 인해 증가될 것입니다. 보수적인 값은 Fd=Nd/50입니다.
[동등한 안정적 힘]
일련의 압축 또는 굽힘 부재(예: 기둥, 트러스 또는 보)의 측면에 안정성을 제공하기 위해 보강시스템이 필요한 경우, 이는 보강 구조물의 평면 내에서 트러스 또는 플레이트 작용을 사용하여 횡방향 강성을 효과적으로 제공합니다. 길이를 따라 위치에 고정되어야하는 일련의 유사한 압축 부재의 일반적인 경우, 이 접근법은 하중을 받는 각 압축 부재의 편향된 형상이 지지대 사이의 정현파 형태이며 허용된 최대 직진도를 포함하는 것으로 가정합니다. Timoshenko와 Gere는 초기 편차를 보강 시스템에 작용하는 동등한 횡하중으로 교체하는 문제를 분석할 수 있다는 것을 보여줍니다.
여기서 δq는 q와 1차 분석에서 계산된 외부 하중으로 인한 보강시스템의 면내 변형입니다.
1) 칸막이
가장 경제적인 지붕 보강시스템은 지붕 칸막이를 사용하여 달성합니다. 벽 횡단 보강 또는 벽 칸막이 시스템과 함께 사용되는 지붕 칸막이는 아마도 가장 경제적인 보강시스템일 것입니다. 칸막이의 설계는 본질적으로 깊은 보의 설계이므로, 이러한 깊은 보의 경우 전단 변형이 일반적으로 화음 요소의 주요 응력으로 인해 변형보다 더 중요하다는 것을 깨닫는 것이 필수적입니다.
프레임 구조와 외장은 항상 완전한 건물의 행동에 중요한 영향을 미치도록 상호 작용한다는 사실입니다. 결과적으로 가장 기본적인 프레임을 기준으로 계산된 프레임 응력과 처짐은 가상의 것이며, 일반적으로 실제 값과는 상당히 다릅니다. 외장을 고려하면 건물의 실제 행동을 예측할 수 있으며, 일반적으로 프레임 비용을 절약할 수 있습니다.
[평평한 지붕 건물의 보강 행동]
측면 하중을 받는 평평한 지붕 건물에서 각 지붕 샌드위치패널(판넬)은 박공 끝으로 하중을 다시 받는 칸막이 역할을 합니다. 프레임이 핀 조인트로 되어있으며, 측면 하중은 응력을 받는 강판의 작용에 의해 완전히 저항됩니다. 구조는 설치하는 동안 적절하게 조여야합니다. 프레임에 단단한 조인트가 있는 경우, 측면 부하는 프레임과 칸막이 사이에서 공유됩니다.
[일반적 샌드위치패널(판넬)]
4면 모두에 부착된 일반적인 샌드위치패널(판넬)의 경우, 칸막이의 강도는 이음 고정 또는 전단 연결 화스너 선에 따라 달라집니다. 잡아 늘릴 수 있는 이 두 가지 불완전성은, 설계 기준으로 간주됩니다. 다른 불완전성은 위에 계산된 값보다 작은 강도를 가져야합니다. 이러한 다른 모드는 예를 들어, 강판/퍼린 고정, 강판의 전단 좌굴, 인장 또는 압축 하에서 가장자리 부재의 파손 및 강판 끝에서 성형의 심한 변형 또는 붕괴입니다.