철골 구조의 종류와 장단점

 

 

 

철골구조의 분류

건물의 구조상 중요한 뼈대를 골조라고 하며, 강재로 구조물을 구성한 것을 철골구조 또는 강구조라고 한다. 강재는 재질이 균등하고 인성이 커서 파괴에 이르기까지 변형이 크고 강도가 크므로 단면을 적게 할 수 있어 철근 콘크리트보다 건물의 중량을 가볍게 할 수 있다. 강재는 재질이 균등하고 인성이 커서 파괴에 이르기까지 변형이 크고 강도가 크므로 단면을 적게 할 수 있어 철근콘크리트보다 건물의 중량을 가볍게 할 수 있다. 시공성이 좋아 공기를 단축할 수 있어 큰 간사이 건물이나 초고층에 널리 이용되고 있다. 

 

재료상에 의한 분류 

보통 형강 구조, H형강 구조, 경량형 강구조, 강관 구조

 

구조형 식상에 의한 분류

라멘구조, 트러스 구조, 입체구조, 돔 구조, 현수 구조

 

철골구조의 장점, 단점

장점

1. 철골은 적은 단면으로 다른 재료와 같은 강도를 낼 수 있다.
2. 철근 콘크리트에 비하여 큰 스팬 (철근콘크리트 10 m 이내, 철골구조 30 m 이상), 고층 건물에 유리하다.
3. 강한 인성 재료이므로 큰 변위에 잘 견뎌야 한다. 
4. 시공상 정밀도를 높일 수 있다. 

단점

1. 기둥과 같은 압축재에서 좌굴을 고려하여야 한다. 
2. 휨재는 단면이 적으므로 강성이 작아지기 쉽다. 
3. 부식과 열에 약해서 내구성, 내화성이 떨어진다.
4. 접합점에서 일체화되기는 어렵다.

 

 

구조용 강재

철골 구조용 철강재는 탄소 함유량에 따라 주철, 강철, 연철로 분류되고 건축구조용 상재는 원광석을 고로에서 용융하여 선철을 만들고 다시 평로, 전로 또는 전기로에서 정제하여 강괴(steel ingot)를 만든 것을 소요 형태의 구조용 강재로 압연 성형한 압연강재가 주로 사용되고 있으며 탄소 함유량은 0.12~0.3% 정도다. 

 

강재의 성질

1. 강재의 화학적 성질 : 강재의 재료적인 성질을 경정하는데 가장 중요한 요소가 화학성분으로 강재의 성질에 미치는 함유 원소의 영향을 받는다.
   - 탄소 (C) : 강재의 경도와 인장강도는 탄소량이 증가하면 좋아지나 연성과 용접성이 떨어진다. 
   - 망간 (Mn) : 강도와 인성을 증가시키고 열처리를 향상시키나 냉간압연 가공성을 떨어뜨린다.
   - 규소 (Si) : 탈산제로 사용되며 0.3~0.5% 정도 함유되면 항복강도를 높이나 많이 함유되면 단접성과 냉간 가공성을 저해한다. 
   - 인. 유황 (P.S) : 강재의 가공성, 취성을 증가시켜 충격 강도를 떨어지게 한다.
   - 구리 (Cu) : 인성을 저하시키나 내식성을 개선한다. 
   
   
2. 강재의 역학적 성질
   -  비례 한도 : 응력도와 변형도가 비례해서 선형 관계가 유지되는 최대 응력의 한도를 말한다.
   -  탄성한도 : 탄성한도 내에서는 영구 변형이 생기지 않고 외력을 제거하면 시편은 원래의 위치로 되돌아간다.
   -  항복점 및 항복강도 : 강재의 항복점은 응력 증가 없이도 변형도가 크게 증가하기 시작하는 지점의 응력을 말한다. 강재의 항복강도는 비례 한도에서 곡선의 기울기와 평형하게 응력이 0인 상태로 내렸을 때 0.2%의 영구 변형을 가지게 되는 지점의 응력으로 정의하고 있다,
   - 인장강도 : 인장 시험에서 시편이 지탱할 수 있는 최대 인장력을 시험편의 단면적으로 나눈 값이다. 
   - 탄성 계수 : 탄성역 안에서 응력의 변형도에 대한 비례를 탄성계수라 한다.
   - 전단 탄성계수 : 탄성역 안에서 전단 응력의 전단 변형도에 대한 비례를 전단 탄성 계수라고 한다. 
   - 포아숑비 : 인장이나 압축 등 축 하중을 받은 부재에서 하중 작용 방향의 변형도에 대한 가로 방향 변형도의 절대 값을 말한다. 
   - 연성 : 재료가 하중을 받아 파괴에 이르기까지 큰 소성 변형을 할 수 있는 능력을 말한다. 
   - 인성 : 큰 변형 에너지를 흡수할 수 있는 재료의 능력을 말한다. 
   - 충격 강도 : 하중을 빠른 속도로 가했을 때 그 에너지를 흡수할 수 있는 능력을 말한다.
   - 피로 강도 : 하중의 반복 작용에 의하여 부재의 파괴가 일어날 때의 응력을 피로 강도 또는 내구 한도라 한다.
   - 크리프와 응력 이완 : 일정한 응력의 지속 상태에서 부재의 변형이 계속되는 것을 크리프라 하고, 응력 이완이란 크리프와 대조적으로 변형을 일정하게 고정시켰을 때 하중 또는 응력이 줄어드는 현상을 말한다. 
   
   
3. 기타 강재의 성질 및 특성
   - 공칭 응력 : 부재의 최초 단면적으로 하중을 나눈 응력 값이다.
   - 진응력 : 최초 단면적보다 적게 되는 부재의 실제 단면적으로 하중을 나눈 응력 값이다.
   - 항복비 : 항복점 또는 항복강도를 인장 강도로 나눈 값이다. 일반 강재의 경우 0.6~0.7이다.
   - 탄소당량 : 강재에 포함된 원소들을 탄소의 량으로 환산한 값을 당량이라 하며 강재의 용접성에 영향을 미친다.
   - 경도 : 재료를 국부적으로 소성 변형시키려는 힘에 대한 저항성을 말한다.
   - 탄성 : 재료에 하중을 가했다가 제거할 때 원래의 치수로 돌아가는 재료의 성질을 탄성이라고 한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

[건축 일반 구조] 철골구조, 철골구조의 장점, 단점