개념 한 쪽
강재 구조는 재료의 균질성·인성·세장성 등을 바탕으로 다양한 형식의 부재를 사용하여 큰 하중과 장스팬을 경제적으로 해결하는 방법을 다룬다. 판보, 경량 철골조, H형강 표기, CFT, 전단중심, 세장비, 가새 등의 개념이 핵심이다.
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출제기준 단원 「강재의 구조적 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 판보의 정의 판별 | 1 | 보의 깊이 증가와 모멘트·전단 저항과의 관계를 가리기 |
| 가새의 구조적 역할 구분 | 1 | 가새와 버팀대의 수평·수직 하중 역할을 구분하기 |
| H형강 표기 해석 | 1 | H형강 표기에서 웨브 두께 등 치수 위치를 읽어내기 |
판보(Plate Girder)는 강판을 용접·조립하여 보의 높이(춤)를 크게 만든 조립보로, 단면 2차모멘트가 커져 굽힘 모멘트와 전단력에 강한 구조를 만든다. 보의 깊이를 증가시키면 굽힘 저항성이 향상되므로 대경간 구조물이나 큰 하중을 받는 부재에 주로 사용한다.
경량 철골조는 얇은 판재를 이용해 단위 중량 대비 강도가 큰 구조를 만드는 방식으로, 소규모 건축물에 적합하고 공사비가 비교적 저렴하다는 특성을 가진다. 얇은 판 두께라 하더라도 적절한 용접 기술과 시공 조건에서는 용접 연결이 가능하며, 현대 시공에서는 용접 연결이 흔히 사용된다는 점을 기억한다.
H형강 표기법은 높이·폭·웨브 두께·플랜지 두께 순서로 나타내며, 예컨대 높이 500, 폭 200, 웨브 두께 10, 플랜지 두께 16인 규격이라면 세 번째 수치가 웨브 두께를 뜻한다. 표기 규칙을 정확히 알면 규격 수치에서 바로 필요한 치수를 판별할 수 있다.
CFT(콘크리트충전강관) 구조는 강관 내부에 콘크리트를 채운 복합단면으로, 강관이 외부 거푸집 역할을 하여 시공이 간편하고 강관의 구속 효과로 콘크리트 강도와 연성이 향상되는 장점이 있다. 다만 강관이 폐쇄된 단면이므로 콘크리트 충전 상태를 외부에서 직접 확인하기 어렵다는 단점이 있다.
전단중심은 외력이 부재 단면에 작용할 때 비틀림 없이 휨만 발생하는 점으로, 하중이 이 점을 지나면 비틀림 모멘트가 0이 된다. 단면 형상과 강성 분포에 의해 결정되며, 대칭 단면에서는 전단중심이 대칭축 상에 위치하는 경향이 있다. 세장비(slenderness ratio)는 유효좌굴길이(KL)를 단면 2차 반경(r)으로 나눈 무차원 수치로, 세장비가 클수록 좌굴이 쉽게 발생하여 압축저항 성능이 떨어진다. 세장비 계산식 자체에는 탄성계수(E)가 포함되지 않으므로 세장비는 형상과 길이 변수로 이해한다.
가새(Brace)는 대각선 버팀으로 수평력에 저항하는 부재이며, 버팀대(Strut)는 주로 수직하중을 지지하는 부재라는 역할 구분을 명확히 한다. 가새는 수평하중 저항에서 유리하고, 경사각이 적절할수록 효율적이다.
문제 유형 예시는 세 가지 패턴으로 나타난다. 판보 관련 문항에서는 '보의 깊이를 키워 모멘트와 전단에 유리한 조립보'를 묻는 형태가 나오므로 판보의 구성 원리와 역할을 근거로 정답을 선택한다. 세장비 관련 문항에서는 λ=KL/r 공식을 떠올려 유효좌굴길이와 단면 2차 반경의 영향으로 좌굴 민감도를 판단한다. H형강 표기 문제가 나오면 표기 순서(높이×폭×웨브두께×플랜지두께)를 적용하여 해당 치수를 바로 읽어 답을 도출한다.
보깊이(춤)가 커서 모멘트 및 전단력에 강한 조립보는?
정답 ① · 보의 깊이(춤)가 커서 모멘트와 전단력에 강한 조립보를 묻는 문제이다. 판보는 웨브와 플랜지 강판을 리벳이나 용접으로 조립하여 만든 보로, 보의 깊이를 크게 제작할 수 있어 단면 2차 모멘트가 커지고 휨 모멘트 저항이 크다.
보의 깊이(춤)를 키워 모멘트와 전단력을 견디도록 한 조립보는 판보(Plate Girder)이다.
가새에 관한 다음 기술 중 잘못된 것은?
정답 ② · 가새(Brace)는 구조물에 가설되는 경사 부재로, 주로 수평 하중(풍하중, 지진하중 등)에 저항하는 역할을 합니다. 따라서 버팀대보다 수평력에 훨씬 강하며, 버팀대를 사용할 수 없는 넓은 공간이나 구조적 제약이 있는 곳에 유리하게 적용됩니다.
가새는 버팀대보다 수평력에 강하므로, 수평력에 약하다는 설명은 잘못되었다.
경량 철골조에 대한 기술 중 틀린 것은?
정답 ③ · 경량 철골조에 대한 기술 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 경량형강은 판 두께가 얇지만 용접이 충분히 가능하며, 오히려 접합에 용접이 널리 사용되므로 용접을 사용할 수 없다는 3번이 틀린 설명이다.
경량 철골조는 판 두께가 얇아도 용접이 가능하며, 오히려 리벳/볼트보다 용접이 일반적이므로 '사용할 수 없다'는 진술이 틀렸다.
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