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브레이스 시스템

Oct 14, 20248 min read

START 서브노트 문제:

브레이스 시스템(가새골조)에 대해 설명하시오 중심가새골조와 편심가새골조에 대해 구분하여 설명하시오.

정답:

브레이스 시스템(가새골조)

개요
  • 강성골조 시스템은 30층 이상 되는 건물에서는 기둥과 보의 휨에 의해 발생되는 shear racking 으로 인해 수평처짐이 크게 발생하기 때문에 경제적이지 못한다. 브레이스 시스템은 기둥과 보에 발생되는 휨을 실질적으로 제거함으로써 강성골조 시스템을 개선한 시스템이다. 이것은 브레이스 같은 웨브 부재를 추가함으로써 수평전단력을 기둥이 아니라 웨브 부재에 의해 전달하게 하는 시스템이다.
  • 강성골조 시스템과 브레이스 시스템의 조합골조는 수평하중만을 고려하면 서로 반대의 거동을 보인다. 즉, 강성골조 시스템은 건물의 하부에서 최대변형이 발생되지만, 브레이스 시스템은 캔틸레버와 같이 거동하기 때문에 건물의 상부에서 최대변형이 발생된다. 따라서 이 두 가지 시스템을 혼합하여 사용함으로써 상호 반대 작용에 의해 구조시스템의 효율성을 증대시키는 일종의 혼합 시스템
거동 특성 시스템의 변형 특성
  • 브레이스 시스템은 수평하중을 기둥과 가새의 축강성에 의해 지지하기 때문에 트러스로 구성된 캔틸레버 변형을 하게 된다.
  1. 기둥-현재(풍상층 기둥 : 인장, 풍하측 기둥 : 압축) 작용
  2. 브레이스, 보-웨브 부재
브레이스의 연성적 특성에 따른 분류
  1. CBF(concentric braced frames) 시스템
    • 기둥과 브레이스, 보가 한 절점에서 만나기 때문에 모든 부재는 축방향 거동만을 한다.
    1. 예상된 하중보다 큰 압축력에 의해 브레이스가 좌굴할 가능성이 있다.
    2. 탄성범위를 벗어난 범위에서의 거동이 취약하기 때문에 지지다발지역에서 적용하는 것은 피하는 것이 조다.
  2. EBF(Eccentric Braced Frames) 시스템
    • 연성을 증진시키기 위해 브레이스를 기둥과 보의 접합부에서 일정거리 떨어진 곳에 설치함으로써 보의 일정부분이 퓨즈와 같이 작용하여 브레이스에 초과하중 발생을 방지한 시스템
    1. CBF 시스템의 강도와 강성을 모멘트 골조의 에너지 분산능력, 안정된 비탄성거동과 결합한 시스템
    2. EBF 시스템의 가장 기본적인 개념 : 지진에 의해 발생된 과중 하중에 의한 브레이스의 좌굴을 방지한는 것 - 편심부(eccentricity)가 항복하도록 설계
    3. EBF 시스템의 접합부 상세도
    4. EBF 시스템의 수평처짐 세가지 요소
      1. 가새의 신장에 의해 발생되는 처짐
      2. 기둥의 축방향 변형도에 의한 처짐(chord drift)
      3. Eccentric Element의 변형에 의한 처짐
    5. EBF 시스템의 특징
      1. 상대적으로 적은 강재를 사용하여 시스템의 필요강성을 확보할 수 있다.
      2. 편심부에서 전단항복을 유도하는 이유는 진도가 높은 지진에서 발생되는 과도한 에너지를 분산시키기 위해 퓨즈와 같은 역할을 하기 위해서다.
      3. 편심부가 완전붕괴되는 경우에도 시스템의 수직요소와 강성이 남아 있기 때문에 구조물의 붕괴를 유발하지는 않는다.

가새골조시스템

높은 횡강성을 갖는 가새를 배치하여 대부분의 횡하중을 가새가 저항하게 하는 구조시스템

중심가새골조 구조

  1. 특징

    중심가새골조 구조는 가새, 보, 기둥 등의 중심축이 한점에서 만나는 구조시스템이다. 중심축이 일치하므로, 횡하중으로 인해 발생한 가새의 축력은 보 및 기둥에 온전히 축력으로 전달된다.

  2. 장점

    강재가 통상 휨이나 전단력에 비해 축력에 저항할 수 있는 능력이 더 우수하므로, 가새의 축력이 보나 기둥에 온전히 축력으로 전달 될 시 단면효율은 상승하므로 단면 감소로 인한 경제성 향상이 가능하다.

  3. 단점

    취성적인 거동을 하게 되므로, 강진 발생 시 급격한 파괴로 이어질 우려가 있다.

right

편심가새골조 구조

  1. 특징

    편심가새골조에서는 부재의 중심축이 일치하지 않으므로, 횡하중으로 인해 발생하는 가새의 축력이 보 또는 기둥에 축력 이외의 전단력 및 휨을 유발시킨다.

  2. 장점

    구조물이 연성거동을 하게 되므로, 강진 발생 시 비탄성 거동으로 인한 저항이 가능하며 상대적으로 중심가새골조보다 높은 내진성능을 갖는다.

  3. 단점 보 또는 기둥에 횡하중으로 인한 전단력 및 휨이 유발되므로 단면이 증가되며 이로인해 경제성이 떨어질 우려가 있다.

END

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