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처짐 Deflection

다른 물체와 마찬가지로 건물 또는 구조물은 하중을 받을 때 변형을 일으킵니다. 다른 일반적인 이유로서 온도변화와 지지조건이 구조물의 변형을 일으킵니다. 변형이 사라지고 이러한 변형을 일으킨 하중이 사라졌을 때 구조물이 본래의 모습으로 돌아가는 경우의 변형을 탄성변형이라고 합니다. 구조물의 영구변형은 비탄성 혹은 소성변형이라고 합니다. 구조해석에 있어서는 선형탄성변형거동을 다루게 되는데 선형탄성변형은 적용되는 하중에 따라서 선형으로 변화합니다. 예를 들어 구조물에 작용하는 하중이 2배가 된다면 그 변형량 또한 2배가 될 것입니다. 이 선형탄성변형이라는 성질 때문에 우리가 주로 사용하는 중첩의 원리가 성립되는 것입니다.

구조물의 처짐은 재료의 휨강성, 단면의 형상 등에 의해 양상이 달라집니다.

구조물에서 처짐은 건물의 사용성과 직접적으로 연관되기 때문에 굉장히 중요한 요소중의 하나입니다. 처짐을 계산하는 방법은 적분법, 특이함수법, 중첩법, 에너지법 등이 있습니다.

철근이음 Splice

철근의 이음길이는 정착길이와 그 성질이 동일합니다. 겹침이음의 강도는 콘크리트와의 부착응력에 의해 이음구간의 두 철근에 힘을 전달할 수 있는 능력에 기초를 두므로 최소 겹침이음 길이는 정착길이로 표현할 수 있습니다. 정착길이와 콘크리트 강도와의 관계를 살펴 보면 실제 철근과 콘크리트가 일체식 구조거동을 나타낼 수 있는 것은 콘크리트가 경화된 후 두 재료 사이에 부착이 존재하기 때문입니다. 그런데 만약에 콘크리트가 파쇄되면서 철근이 쉽게 미끄러지며 뽑혀 나오게 되면 철근의 응력은 0으로 줄어들고 철근과 콘크리트 사이의 일체식 거동은 상실하게 되어 순간적으로 취성파괴를 일으켜 버립니다. 그래서 고안해낸 것이 쉽게 뽑히지 말았으면 좋겠다는 정착길이이며, 철근이 이음도 이와 성질이 동일합니다. 즉, 구조체에서 콘크리트와 철근이 일체화되어 거동하기 위하여 필요한 장치입니다.

철근의 이음공법은 8개로 나뉘어 집니다 .

① 겹침이음(lap joint) 
    철근이음 할 1개소에 두 군데 이상 결속선으로 결속하는 이음ㅋ

② 용접이음 
    금속의 야금적 성질(고열에 의해 융합(融合)되는 것)을 이용한 이음

③ 가스(gas) 
    압접 철근의 접합면을 맞대고 압력을 가하면서 oxy acetylene gas의 중성염으로 두 부재를 부풀어 오르게 하여 접합

④ Sleeve joint(슬리브 압착) 
    접합부재를 sleeve 속에 넣고 유압 jack으로 압착

⑤ 슬리브(sleeve) 충전공법 
    Sleeve 구멍을 통하여 에폭시나 모르타르 등의 grout재 주입하여 이음

⑥ 나사이음 
    철근에 숫나사를 만들고 coupler 양단을 nut로 조여 이음

⑦ Cad welding 
    철근에 sleeve를 끼우고 화약과 합금의 혼합물을 넣고 순간 녹은 합금이 공간충전

⑧ G-loc splice 
    깔대기 모양의 G-loc sleeve를 끼우고 G-loc wedge를 망치로 쳐서 이음 철근의 정착 및 이음의 정도에 따라 
    구조체의 내구성이 좌우되므로 현장 시공 시 피복두께 확보와 함께 철저한 품질관리가 필요합니다.

축력 Axial Force

일반적으로 주어진 하중(荷重) 상태에서 봉상 부재(棒狀部材)의 임의의 수직 단면에서의 내력(耐力)의 형태로 생기는 힘을 그 단면에 대한 법선(法線) 성분과 접선(接線) 성분으로 분해하는데, 법선 성분의 힘을 축력이라고 합니다.

축하중(Axial load)란 집중 하중(集中荷重)에 있어서는 작용선이 봉(棒)의 횡단면의 중심을 통과하고, 분포하중(荷重)에 있어서는 그 전하중의 합력이 중심을 통과하여 횡단면에 수직으로 작용하는 것을 말합니다. 축하중이 굽힘 하중 및 비틀림 하중과 다른 점은, 이 때문에 생기는 응력(應力)이 횡단면 전체에 균일하게 분포한다는 것입니다.

구조물을 시공할 때, 축력이 단면 도심에 위치하지 않는다면 단면 축을 기준으로 휨력이 발생합니다. 이러한 것은 기둥에서 많이 발생하는데 실제 시공상 도심 축상에 하중이 작용하게 하는 것은 불가능에 가깝습니다. 따라서 설계상에서는 축력이 도심축에서 일정 범위에 있도록 설계 합니다. 즉 모멘트는 하중과 작용 거리의 곱이기 때문에 작용 거리를 줄여주면 모멘트를 줄일 수 있습니다.

기둥 같은 축력 부재에서 모멘트가 발생하면 축력만을 받을 때 부재의 강도와 휨력을 같이 받을 때 부재의 강도는 많은 차이를 보여야 합니다. 즉, 단면이 커져야 하고 철근을 더 많이 넣어야 하는데 이럴 경우 당연히 공사비의 상승을 가져오고 단면이 만족하지 못하거나 휨력을 예상하지 못한 경우 부재는 좌굴(Buckling)등으로 파괴될 수 있습니다.

층간변위각 Story Drift Angle

층간 변위를 층 높이로 나눈 값입니다.

층간변위는 X,Y 방향으로 나누어서 검토합니다. 
아래 그림에서 A지점에서 층간 변위는 ‘δa-δb’가 됩니다.

응답스펙트럼 해석법을 사용하여 지진하중을 해석할 경우도 층간 변위를 검토하게 되어 있습니다. 이 경우 층간변위는 모드별 층간변위를 위와 같은 방식대로 구하고 모드별 층간변위를 중첩하여 최종 층간변위를 계산하여 검토합니다.

층간변위는 말 그대로 각 모드별로 생기는 층간변위를 모드 중첩하여 구하는 것이지 모드 중첩된 최종 변위로 계산하는 것이 아닙니다.

층전단력 Story Shear Force

수평력에 의한 건축물 각 층 바닥에 분리되어 작용하는 전단력을 뜻하는 말입니다. 또한 합판의 표면의 수직면 내에 전단력이 작용하는 경우 전단력의 방향에 직각으로 섬유방향이 배열된 가장 약한 단판내에서 섬유가 전단 파괴되는 현상을 뜻하기도 합니다.

어떤 층에 생기는 층전단력을 그 층보다 상부의 전 중량으로 나눈 값을 내진설계에서는 지진층전단력계수(story shear coefficient)라고 합니다. 건축물의 기저 부에서는 밑면전단력계수라고 합니다.