[건축구조] 철골보 웨브의 개구부

□ 개 요
철골 건물의 경우 통상적으로 철골 보 WEB OPENING을 설치하여 설비 덕트, 배관 등이 통과 하도록 설계 되고 있다. 현장에서 적용되는 철골 보의 WEB OPENING 설치에 대한 기본 사항을 정리 하였다.
이 내용은 LRFD에 근거한 『Steel and Composite Beams with Web openings,AISC』를 중심으로 정리 하였다.
일반적으로 개구부 설치가 보의 처짐에 불리하게 작용 하는 경우가 있으므로, 개구부 보강에 대한
정확한 판단은 구조 설계에 따르는 것이 좋을 것으로 판단 됩니다.

 

□ 개구부 설치 기본적인 제한사항
1.본 기준은 강재보와 합성보(보강되지 않은 웨브)의 개구부에 적용하고, Honeycomb Beam 에는 적용하지 않는다.
​2. 모든 H 형강은 규준상의 폭두께비를 만족하여야 한다.
​3. 보강재는 개구부의 양편에 설치 하는것을 원칙으로 한다.

 

□ 개구부 높이(h0 )와 폭(a0 )제한
개구부의 높이에 대한 규정은 국내의 경우 설계사무실별로 33% – 60% 사이에서 사용되고 있었으며 ​AISC에서는 70%까지 뚫을수 있도록 하였고 BS 에서는 50%로 제한을 하고있다. 그러나 70% 로 할 경우 시각적으로 불안해 보이며 50% 로 제한을 할경우 DUCT등의 관통이 제한되므로,보춤의 60%를 OPENING ​의 최대치로 권장 한다.

 

□ 개구부 모서리 처리 및 보강판 사이 간격
1. 모서리 반경은 웨브두께의 2배 ( 2tw ),또는 16mm 중 큰값으로 한다.
2. 보통 12mm – 25mm정도를 많이 사용하고 있다. 그러나 실제적으로 부재응력에 유효하게 저항하기 위해서는 수평보강재를 개구부에 최대한 붙이는 것이 유리하며 용접을 감안 15mm로 제한한다.

 

□ 집중하중이 작용점에서 떨어져야 하는 거리
1. 집중하중이 작용하는 곳에는 개구부를 설치하면 안된다.
2. 집중하중은 개구부에서 최소 0.5d 이상 떨어져야 한다. ( Beam이 있는곳 )
3. 지지점에서 개구부의 가장자리는 최소 d 이상 떨어져야 한다.

 

□ 개구부 사이의 간격
1) 사각형 개구부- 개구부의 춤 이상
2) 원형 개구부- 원형 개구부 지름의1.5 배 이상
3) 개구부의 크기가 다른 경우- 작은 개구부의 춤(또는 지름) 기준

 

□ 보강재의 용접방법
수평보강재는 개구부 길이 내의 보강재에는 한쪽 또는 양쪽에 연속모살용접을 실시하고 개구부 밖으로 연장되는 부분에는 양면 모살용접을 실시하도록 규준에 명시되어 있으나 현장상황을 고려하여 전구간 양면 모살용접을 추천 함.

□ Opening 설치에 따른 처짐의 영향
1) 개구부가 하나일 경우는 영향이 크지 않으나, 개구부를 여러개 설치하면 처짐은 현저하게 증가함.
2) 개구부에 가장 크게 영향을 받는 곳은 전단력이 큰 구역으로서 개구부가 지지점에 가까워 질수록 또한 개구부의 폭이 커질수록 처짐이 증대 되며, 원형개구부보다 장방형개구부의 처짐이 크다.
​
□ 편심개구부의 영향
1) 공간을 최대로 활용하여 층고를 절감하려면 개구부를 웨브의 상부에 배치할수록 유리함.
2) 하지만 개구부가 상부에 위치할수록 공장에서의 보강스티프너 설치에 따른 용접성능에 유의해야 하고, 개구부 상부T 형단면의 좌굴문제가 커지므로 특별한 이유가 없는 한 중앙에 개구부를 설치하는 것을 원칙으로 함.

※ 주
1. 개구부 사이의 간격(S)
개구부 간의 상호간섭을 배제하기 위하여 개구부 사이에는 최소간격을 두어야 하며, 각각의 값중
큰 값 을 사용함.

1) 사각형 개구부                                                             2) 원형 개구부

 

S1,S2 : 개구부 사이의 순간격
ho : 개구부의 춤
ao : 개구부의 폭
Vu : 계수전단력
Vp : 무공보의 소성전단내력 = Fy x tw x d / √3
φ : 1.0
Do : 원형개구부의 지름

2. 이 내용은LRFD 에 근거한”SteelandCompositeBeamswithWebopenings, AISC” 를 중심으로 정리한 내용으로 구성함.

※ 참고문헌
1.춤이 큰 열연H 형강 보의 효용성, 강원산업(주)
2.Steel and Composite Beams with Web openings, AISC

 

http://blog.naver.com/jinstar2145/221018162160