[논문]적설하중이 작용하는 비닐하우스 골조에 대한 강선보강효과

정동조; 탱차이

문제 정의

또한, 비닐하우스의 피해에 대한 보상을 위해 우리나라는 매년 많은 비용을 지출하고 있으므로 편리하고 저렴한 농업시설물 구조체의 보강방안에 대한 연구는 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 단동형 골조를 기본 형태로 하여 이 골조에 작용하는 균형 적설 하중과 불균형 적설하중에 대한 강선보강효과를 연구하였다. 이 연구에서는 구조용 강선이 설치된 구조체의 해석을 위해 현재 우리나라에서 많이 사용하고 있는 범용프로그램인 Midas-Gen을 사용하였다.
본 연구에서는 폭설에 대비한 비닐하우스 골조의 간단한 보강방법에 대하여 연구하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
또한 표 1은 농촌진흥청에서 2001년 1월에 고시한 농가 지도형 비닐하우스 중에서 단동형에 관한 것으로 각 부분의 크기를 나타내고 있다. 본 연구에서는 표 1 의 표준비닐하우스 구조체 중에서 가장 큰 스팬을 가지고 있는 G형 모델을 사용하여 구조해석 및 비교분석을 실시한다.

가설 설정

5의 원형파이프, 풍하중 보강용 내부가새는 3mm 직경의 강선을 사용하였다. 골조 하부의 지지 조건은 회전 단으로 하였으며, 강선과 강선, 그리고 강선과 파이프 골조의 접합은 핀접합을 사용하였고, 파이프골조는 보 요소, 강선은 인장력만을 부담할 수 있는 요소로 가정하였다

제안 방법

경사도계수 g는 지붕의 경사도가 커짐에 따라 적설 하중이 감소되는 효과를 고려하기 위한 것으로서 표 2 와 같이 83년 농촌진흥원에서 고시한 비닐하우스 지붕 경사에 따른 눈의 무게비율을 적용하였다. 건축물의 중요도 계수 £는 구조물의 용도, 사회성, 경제성 및 중요도를 고려하여 설계용 재현기간에 따라 결정하는 것으로서 본연구에서는 중요도 3으로 분류하여 0.8을 적용하였다. (식-1)을 이용하여 단동형 비닐하우스 골조의 각 부위에 작용하는 적설하중을 구하였으며, 그 결과를 그림 4에 나타내었다.
것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 2가지 방법을 사용하여 비닐하우스를 보강하였다. 첫 번째 방법은 3mm 직경의 강선을 사용하여 수평으로 골조의 아치 부분을 보강하는 것이다.
비닐하우스 골조에 작용하는 적설하중에 대한 강선의 보강 효과를 확인하기 위하여 본 연구에서는 2가지 형식의 보강골조에 대한 구조해석을 실시하였고 범용프로그램인 Midas-Gen을 사용하여 골조의 휨모멘트, 축방향력, 조합응력 및 수직변위 등을 비교검토하였다. 해석을 위한 골조의 기본 형태는 표 1의 G형을 사용하였고 골조의 규격은 032x1.
0을 적용하였다. 온도계수 弓는 비닐하우스 내부의 난방에 의해 적설하중이 제어되는 구조인지 아닌지를 고려하는 계수로서 본 연구에서는 적설하중 제어구조의 1.0을 적용하였다. 경사도계수 g는 지붕의 경사도가 커짐에 따라 적설 하중이 감소되는 효과를 고려하기 위한 것으로서 표 2 와 같이 83년 농촌진흥원에서 고시한 비닐하우스 지붕 경사에 따른 눈의 무게비율을 적용하였다.
본 연구에서는 2가지 방법을 사용하여 비닐하우스를 보강하였다. 첫 번째 방법은 3mm 직경의 강선을 사용하여 수평으로 골조의 아치 부분을 보강하는 것이다. 본 연구에서는 그림 2에서 보는 것처럼 수평가새의 설치 높이를 달리하는 4개의 모델을 해석모델로 선정하였다.

대상 데이터

것이다. 그림 3에서 보는 것처럼 X형가새의 설치 위치를 달리하는 4개의 모델을 해석모델로 선정하였다. 모델 6은 강선이 아치 하단과 아치 상단에 대칭으로 연결되어 있으며, 강선 상단의 연결위치가 점점 아래로 이동하여 모델 9의 경우는 한 개의 강선이 2번 절점과 16번 절점에, 나머지 한 개의 강선이 18번 절점과 4번 절점에 연결되어 있다.
첫 번째 방법은 3mm 직경의 강선을 사용하여 수평으로 골조의 아치 부분을 보강하는 것이다. 본 연구에서는 그림 2에서 보는 것처럼 수평가새의 설치 높이를 달리하는 4개의 모델을 해석모델로 선정하였다. 모델 2는 강선이 가장 높은 위치에 설치되었으며, 강선의 보강위치가 점점 아래로 이동하여 모델 5의 경우는 강선이 아치의 하단에 연결되어 있다.
및 수직변위 등을 비교검토하였다. 해석을 위한 골조의 기본 형태는 표 1의 G형을 사용하였고 골조의 규격은 032x1.5의 원형파이프, 풍하중 보강용 내부가새는 3mm 직경의 강선을 사용하였다. 골조 하부의 지지 조건은 회전 단으로 하였으며, 강선과 강선, 그리고 강선과 파이프 골조의 접합은 핀접합을 사용하였고, 파이프골조는 보 요소, 강선은 인장력만을 부담할 수 있는 요소로 가정하였다

이론/모형

0을 적용하였다. 경사도계수 g는 지붕의 경사도가 커짐에 따라 적설 하중이 감소되는 효과를 고려하기 위한 것으로서 표 2 와 같이 83년 농촌진흥원에서 고시한 비닐하우스 지붕 경사에 따른 눈의 무게비율을 적용하였다. 건축물의 중요도 계수 £는 구조물의 용도, 사회성, 경제성 및 중요도를 고려하여 설계용 재현기간에 따라 결정하는 것으로서 본연구에서는 중요도 3으로 분류하여 0.
본 연구에서는 단동형 골조를 기본 형태로 하여 이 골조에 작용하는 균형 적설 하중과 불균형 적설하중에 대한 강선보강효과를 연구하였다. 이 연구에서는 구조용 강선이 설치된 구조체의 해석을 위해 현재 우리나라에서 많이 사용하고 있는 범용프로그램인 Midas-Gen을 사용하였다.

성능/효과

그림 25에서 보는 것처럼 X형가새가 보강된 모든 골조는 보강이 없는 골조보다 최대휨모멘트가 감소하였으며 모델 8 에서 발생한 최대휨모멘트는 보강이 없는 모델 1의 48.7% 정도로서 우수한 보강효과를 보였다. 그림 28의 최대조합응력과 그림 29의 최대수직변위의 경우에서도 이와 유사한 양상을 보였으며 모델 8의 최대수직변위는 모델 1의 34.
그림에서 보는 것처럼 모델 7, 8, 9의 수직 변위는 보강이 없는 골조의 5.2~16.2%로서 X형가새를 보강한 골조의 수직변위에 대한 저항효과는 매우 우수한 것으로 확인되었다.
최대축방향력을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 수평가새를 보강한 골조의 최대축방향력이 비 보강 골조에 비해 크게 발생하였으며 수평가새의 설치 위치가 낮아질수록 감소하는 양상을 보였다.
넷째, 비닐하우스 골조에 작용하는 적설하중의 균형 상태와 불균형 상태 모두를 고려했을 경우, X형가새는 수평가새보다 효과가 뛰어난 것으로 나타났다.
둘째, X형가새로 보강한 골조에 균형적설하중이 작용하는 경우 X형가새의 상단 접합위치가 낮아질수록 골조의 최대휨모멘트와 최대조합웅력, 그리고 최대수직 변위가 크게 감소하였다. 불균형 적설하중이 작용하는 경우에서도 보강 골조의 웅력과 변위가 비보강 골조보다 감소하였고, X형가새의 상단을 아치 상단에서 스팬의 1/4 정도 떨어진 위치에 접합하는 경우 최대휨모멘트가 51.
그림 22에 나타난 최대조합응력의 경우에서도 그림 19의 최대휨모멘트의 경우와 매우 유사한 결과를 보였으며, 그림 23에 표시된 최대수직변위의 경우는 수평가새의 위치가 아치의 하부에 위치할수록 약간씩 감소하는 모습을 보였다. 따라서 균형 적설하중과 같은 수직하중에 대한 보강 효과가 뛰어난 것으로 나타난 수평가새가 불균형 적설 하중에 대해서는 효과가 미미하거나 설치위치에 따라서는 오히려 응력의 크기를 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.
보였다. 따라서 균형 적설하중에 대한 보강효과가 뛰어난 수평가새가 불균형 적설하중에 대해서는 효과가 미미하거나 설치 위치에 따라서는 오히려 웅력을 증가시키는 것으로 나타났다.
그림에서 보는 바와 같이 수평가새가 설치되면 수평변위가 급격하게 감소하게 되며, 수평가새의 설치위치가 낮아질수록 골조의 최대 수직 변위는 더 작게 발생하였다. 모델 4에서 발생한 최대 수직 변위는 보강이 없는 모델 1과 비교했을 때 11.3% 정도로서 매우 양호한 변위 감소효과를 보였다. 수평가새의 설치위치가 아치 상단에서 멀어질수록 응력과 변위에 대한 보강효과는 우수하나 비닐하우스 내부에서의 작업성에 많은 지장을 초래할 수 있으므로 모델 4 정도의 보강위치가 적절할 것으로 판단된다.
그림을 보면 수평가새 위치가 아치의 하부에 위치할수록 골조의 최대휨모멘트는 작게 나타났다. 모델 4에서 발생한 최대휨모멘트는 보강이 없는 모델 1과 비교했을 때 46.3% 정도로서 매우 뛰어난 보강효과를 보였다.
감소하였다. 불균형 적설하중이 작용하는 경우에서도 보강 골조의 웅력과 변위가 비보강 골조보다 감소하였고, X형가새의 상단을 아치 상단에서 스팬의 1/4 정도 떨어진 위치에 접합하는 경우 최대휨모멘트가 51.4% 감소하여 가장 큰 웅력의 감소를 보였다.
셋째, 축방향웅력은 모든 경우에서 휨웅력에 비해 매우 작게 발생하였으며, 따라서 비닐하우스 골조의 안전은 휨웅력에 의해 대부분 결정되며, 축방향웅력의 영향은 매우 미미하였다.
3% 정도로서 매우 양호한 변위 감소효과를 보였다. 수평가새의 설치위치가 아치 상단에서 멀어질수록 응력과 변위에 대한 보강효과는 우수하나 비닐하우스 내부에서의 작업성에 많은 지장을 초래할 수 있으므로 모델 4 정도의 보강위치가 적절할 것으로 판단된다.
첫째, 수평가새로 보강한 비닐하우스 골조에 균형 적설 하중이 작용하는 경우 수평가새의 설치위치가 지붕 아치의 하부에 위치할수록 골조의 최대휨모멘트와 최대조합웅력, 그리고 최대수직처짐이 크게 감소하였으나, 불균형 적설 하중이 작용하는 경우에서는 수평가새로 보강된 골조의 최대휨모멘트와 최대조합웅력이 보강이 없는 골조보다 오히려 증가하거나 약간 감소하는 양상을 보였다. 따라서 균형 적설하중에 대한 보강효과가 뛰어난 수평가새가 불균형 적설하중에 대해서는 효과가 미미하거나 설치 위치에 따라서는 오히려 웅력을 증가시키는 것으로 나타났다.
그림에서 보는 것처럼 수평가새 위치가 하부에 위치할수록 골조의 최대조합응력이 크게 감소하였으며 최대휨모멘트의 경우와 비슷한 양상을 보였다. 축방향응력은 모든 경우에서 휨응력에 비해 매우 작게 발생하였으며, 따라서 균형 적설 하중이 작용하는 골조의 안전에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다.

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