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단층 프리폼 대공간 구조물의 노드에 대한 축하중 구조성능 평가
Structural Performances of an Axially-loaded Node in Single Layered Free Form Space Structures 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.24 no.1 = no.116, 2012년, pp.59 - 71  

이경주 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  오진탁 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  황경주 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  주영규 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  김상대 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

프리폼 구조의 노드는 용접 및 볼트 접합 특성을 반영하는 것이 어려워 구조 성능을 해석적으로 평가하는 것에는 한계가 있다. 본 연구에서는 축하중을 받는 프리폼 구조 노드의 구조 거동을 알아보고 성능을 평가하기 위해 실험을 수행하였다. 실험은 노드 중심부의 성능을 알아보기 위한 노드 볼 실험과 노드부 전체의 내력 평가를 위한 노드부 실험으로 구분된다. 노드 볼 구조 성능 평가에서는 축력에 대한 단조가력과 반복가력 실험을 하였고 노드부 구조 성능 평가에서는 단조가력 실험을 수행하였다. 실험 결과 노드 접합부 설계가 적합하므로 실제 구조물에 인장 발생 시 노드 볼이 충분한 내력을 가지며 안전할 것으로 판단되나 압축 발생 시 노드 볼 형상의 비대칭에 따른 모멘트 발생으로 내력이 저하된 현상을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Results of the analysis of the structural behavior of axially loaded nodes in freeform structure were not fully understood due to certain difficulties, including the application of various welding and bolting types. In this study, a node of single layered freeform structure was tested to determine i...

주제어

#단층 프리폼 구조   #노드   #모멘트 지배형   #축하중   #구조 성능 평가  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 제안된 평면골조형 프리폼 구조 노드의 프로토타입의 노드부 거동과 파괴 형상, 내력 등의 구조적 성능은 어떠한가? (1) 압축과 인장 그리고 각각의 단조 및 반복 가력을 통해 확인한 노드 부의 볼 부분의 파괴 거동은 볼 전체에 비교적 고른 응력이 전달이 되어서 파괴되었으며 이는 볼단면이 부재의 축력으로 인해 발생하는 면외 좌굴에 대한 기본적인 설계가 되었음을 나타내고 있다. (2) 볼의 비대칭적인 형상으로 인해 압축력에 의한 추가적인 모멘트가 발생함을 발견 했으며 보다 충분한 압축 내력을 갖기 위해서 볼 내부에 스티프너 혹은 볼 하부에 추가적인 강성을 갖는 설계가 필요하다. (3) 전체 시스템의 자중 감소와 경제성을 위해 설계된 볼 내의 구멍에 응력이 집중되지 않는 것을 확인 했으며 이는 볼내의 구멍이 전체 노드 시스템의 안정성에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다. (4) 볼트로 구성된 접합부분의 강도는 전체 부재의 내력에 크게 상회함으로 볼트의 개수 및 위치 등이 최적으로 설계되어 있음이 증명되었다. 감사의 글
프리폼 구조는 어떻게 구분할 수 있는가? 프리폼 구조는 그림 1과 같이 복층으로 된 입체골조와 단층으로 된 평면골조로 구분할 수 있고 평면골조는 노드에 가해지는 하중 특성에 따라 축력 지배형 노드와 모멘트 지배형 노드로 구분할 수 있다(주영규 등, 2010). 프리폼 구조의 구성요소 중 가장 중요한 부분 가운데 하나는 노드부로서 다른 구성요소에 비해 상대적으로 큰 하중을 부담해야할 경우가 많기 때문에 중요하게 다루어져야 한다.
평면골조 모멘트 지배형 노드 개발이 시급한 이유는 무엇인가? 축력 지배형 노드는 전술한 바와 같이 국외 뿐만 아니라 국내에서 활발히 연구 중이지만 입체골조 노드와 평면골조 모멘트 지배형 노드의 경우, 국내에서 개발된 사례가 없고 모두 국외의 기술력에 의존하고 있기 때문에 적용이 매우 어려운 실정이다. 특히 평면골조 모멘트 지배형 노드는 다른 노드에 비해 모멘트를 많이 받아 취약하므로 설계의 어려움이 있으나, 입체골조를 주로 사용하던 과거와 달리 건물의 투명함을 확보하고 보다 자유로운 형상이 가능한 평면골조를 선호함에 따라 전 세계적으로 평면골조 건축물 사례가 증가하고 있기 때문에 평면골조 모멘트 지배형 노드 개발이 시급하다.
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참고문헌 (9)

  1. 김영주, 김상대, 정인용, 주영규(2009) 반복하중에 대한 웨브전이형 다이아그리드 노드의 구조적 특성, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제21권, 제3호, pp. 257-266. 

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  2. 주영규, 오진탁, 이경주, 한경수(2010) 프리폼 구조의 노드 기술 현황 분석, 한국공간구조학회지, 제10권, 제3호. 

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  3. 한국강구조학회(2009) KBC2009 강구조설계, 구미서관. 

  4. Jaime SANCHEZ-ALVAREZ(2009) Practical aspects determining the modelling of the space structure for the free-form envelope enclosing Baku's Heydar Aliyev Cultural Centre, Proc. the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia, Spain, pp. 1263-1274. 

  5. Hwang, K.J., Knippers, J., and Park, S.W. (2009) Influence of various types node connectors on the buckling loads of grid shells, Proc. the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia, Spain, pp. 1841-1852. 

  6. Hwang, K.J. (2010) Advanced Investigations of Grid Spatial Structures Considering Various Connection Systems, Doctoral dissertation, University of Stuttgart. 

  7. Schober, H., Kurschner, K., and Jungjohann, H. (2004) Neue Messe Mailand - Netzstruktur und Tragverhalten einer Freiformflache, Stahlbau, 73, Heft 8, pp. 541-551. 

    상세보기 crossref

  8. Klimke, H. and Walochnik, W. (2010) Raumfachwerke und kein Ende?, Stahlbau, 79, Heft 7, pp. 471-476. 

    상세보기 crossref

  9. Stephan, S., Sanchez-Alvarez, J., and Knebel, J. (2004) Stabwerke auf Freiformflachen, Stahlbau, 73, Heft 8, pp. 562-572. 

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