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문제 정의
- 그리고 구조물의 설계 시 고려되는 설계하중에서 중요한 인자는 풍하중 및 적설하중이며, 이러한 기상하중은 지역별, 재현기간별로 상이하게 나타난다. 따라서 국내에 설치되어 있는 단동 비닐하우스는 재배작물과 설치지역에 따라 규격이 상이하며, 온실의 규격에 따라서 구조의 안전성도 상이할 것으로 판단되어 본 연구는 재배작물별로 대표적인 온실규격을 선정한 후, 선정된 온실규격에 대하여 안전풍속과 적설심 및 구조안전성을 분석하여 국내에 설치되어 있는 단동 비닐하우스의 기상재해로 인한 피해를 경감시킬 수 있는 모델 개발에 필요한 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
제안 방법
- 2007). 구조해석 결과와 부재의 허용응력을 비교하여 구조물이 견딜 수 있는 안전풍속과 안전적설심을 구한 후 재현 기간 8년(내용연수 5년, 안전율 50%)에 해당하는 지역의 설계풍속과 설계적설심을 비교하여 온실의 구조적 안전성을 검토하였다(Lee and Lee 1995; Lee et al. 1995). 그리고 단동 비닐하우스의 구조계산은 구조해석 전용 프로그램인 SAP2000으로 수행하였으며, 단위하중에 대한 최대 단면력을 구하여 재배작물별 단동 비닐하우스의 안전하중은 식 (1) 및 식 (2)에 의하여 환산하였다(Yoon et al.
- 국내에 설치되어 있는 원예시설 중 가장 많은 면적을 차지하고 있는 단동비닐하우스의 기상재해로 인한 피해를 경감시킬 수 있는 모델 개발에 필요한 기초자료를 제공하고자 재배작물별로 대표적인 온실규격를 선정하여 안전풍속과 적설심을 구한 후 재현기간 8년에 해당하는 지역의 설계풍속 및 적설심과 비교하여 온실의 구조 안전성을 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 지역별 설계풍속과 비교하기 위해서 시설의 표준 내용연수와 안전도로부터 결정되는 재현기간의 확률적인 값을 이용하여야 한다. 본 연구에서는 시설의 표준 내용연수를 5년(소형, 이동식 플라스틱하우스)으로 하고, 파이프 골조의 비닐하우스에 일반적으로 적용되는 안전율을 50%로 하여 재현기간 8년의 설계풍속을 적용하여 검토하였다(Lee and Lee 1995; Lee et al. 1995). 재현기간 8년의 설계풍속을 등급별로 구분하여 지역을 분류한 결과는 Table 5와 같다.
- 지역별 설계적설심과 비교하기 위해서 시설의 표준 내용년 수와 안전도로부터 결정되는 재현기간의 확률적인 값을 이용하여야 한다. 시설의 표준 내용 년 수를 5년(소형, 이동식 플라스틱하우스)으로 하고, 파이프 골조의 비닐하우스에 일반적으로 적용되는 안전율을 50%로 하여 재현 기간 8년의 설계풍속을 적용하여 검토하였다(Lee and Lee 1995; Lee et al. 1995). 재현기간 8년의 설계적설심을 등급별로 구분하여 지역을 분류한 결과는 Table 8과 같다.
데이터처리
- 1995). 그리고 단동 비닐하우스의 구조계산은 구조해석 전용 프로그램인 SAP2000으로 수행하였으며, 단위하중에 대한 최대 단면력을 구하여 재배작물별 단동 비닐하우스의 안전하중은 식 (1) 및 식 (2)에 의하여 환산하였다(Yoon et al. 2007).
성능/효과
- 1. 재배작물별 대표온실에 단위풍하중을 적용한 결과, 최대 단면력은 과채류, 근채류, 엽채류 온실 순으로 크게 나타났으며 재배작물별 서까래 간격을 고려한 안전풍속은 엽채류 온실이 17.7 m/s, 과채류 온실이 20.2 m/s, 근채류 온실이 22.3 m/s로 나타나 지역별 8년 빈도의 설계풍하중과 비교하였을 때 홍천, 이천, 성주지역을 제외하고는 대부분의 지역에 있어서 불안전한 것으로 나타났다.
- 2. 재배작물별 대표온실에 단위 적설하중을 적용한 결과, 근채류 온실의 최대 단면력이 가장 크게 나타났으나 재배작물별 서까래 간격을 고려한 안전적설심은 엽채류 온실이 8.8 cm, 과채류 온실이 9.4 cm, 근채류 온실이 11.8 cm인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 지역별 8년빈도의 적설하중과 비교하였을 때 경남지역 일부를 제외하고는 대부분의 지역에 있어서 불안전한 것으로 분석되었다.
- 3. 재배작물별 대표 온실의 안전풍속과 적설심에 대하여 구조물에 발생하는 최대 인발력은 12.7~15.1 kgf/개소, 최대 연직하중은 20.6~21.7 kgf/개소로 나타나 기초는 안전한 것으로 분석되었으나 안전풍속과 안전적설심이 매우 작기 때문에 폭설이나 강풍에 대비한 보강이 필요한 것으로 나타났다.
- 단동 비닐하우스에 단위적설하중을 작용시켜 구조해석을 실시하여 최대 단면력을 구한 결과는 Table 6과 같다. 근채류 재배 온실의 최대 단면력이 가장 크게 나타났으며, 최대 휨모멘트를 제외한 최대 단면력은 온실의 지점에서 발생하였으나 최대 휨모멘트는 처마높이에서 발생하는 것으로 나타났다. 부재에 발생되는 최대 응력을 구하여 부재의 허용응력을 초과하지 않는 범위에서 비닐하우스가 견딜수 있는 안전적설심을 구한 결과는 Table 7과 같다.
- 부재에 발생되는 최대 응력을 구하여 부재의 허용응력을 초과하지 않는 범위에서 비닐하우스가 견딜수 있는 안전적설심을 구한 결과는 Table 7과 같다. 근채류 재배온실의 안전적설심이 가장 적었으며 서까래의 간격이 클수록 안전적설심은 감소하는 것으로 나타났다.
- 그리고 일반적으로 토목 및 건축재료로 사용되는 강재의 허용응력은 항복응력의 50%를 사용하고 있으며 단기하중인 경우에는 1/3까지 증가시켜 항복응력의 67%로 할 수 있다(Lee and Lee 1995). 따라서 본 연구에 사용된 비닐하우스용 아연도강관의 허용응력은 Table 2에서 보는 바와 같이 항복응력(2,200~2,600 kgf/cm2)의 평균값인 2,400 kgf/cm2의 67%인 1,600 kg/cm2으로 하였다.
- Table 3과 같이 각 부재에 발생되는 최대응력을 구하여 부재의 허용응력을 초과하지 않는 범위에서 비닐하우스가 견딜 수 있는 안전풍속을 구한 결과는 Table 4와 같다. 안전풍속은 과채류, 근채류, 엽채류 온실 순으로 크게 나타났으며 서까래의 간격이 클수록 안전풍속은 감소하는 것으로 나타났다.
- (2002 and 2003)은 국내에 설치되어 있는 단동 비닐하우스의 대표적인 구조유형을 분석하기 위하여 전국 32개 지역을 대상으로 재배작물에 따른 단동 비닐하우스의 구조실태를 조사한 바 있다. 이 조사결과에 따르면, 국내에 설치되어 있는 단동 비닐하우스의 단면형상은 재배작물에 관계없이 아치형과 복숭아형이 대부분 이었으나 온실의 폭, 처마높이및 지붕높이는 재배작물에 따라 상이한 것으로 나타났다. 그리고 구조물의 설계 시 고려되는 설계하중에서 중요한 인자는 풍하중 및 적설하중이며, 이러한 기상하중은 지역별, 재현기간별로 상이하게 나타난다.
- 8 cm인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 지역별 8년빈도의 적설하중과 비교하였을 때 경남지역 일부를 제외하고는 대부분의 지역에 있어서 불안전한 것으로 분석되었다.
후속연구
- 4. 재배작물별 대표온실의 안전풍속과 적설심을 증가시키기 위해서는 서까래 간격을 감소시키거나 부재의 단면 치수를 증가시키는 등의 보강대책이 필요한 것으로 나타났다.
- 따라서, 구조적으로 안전한 풍속과 적설심에 대하여는 기초는 안전한 것으로 판단된다. 그러나 대부분의 경우에 안전풍속과 안전적설심이 매우 작기 때문에 폭설이나 강풍에 대비한 보강이 필요하며, 보강에 의해 안전풍속과 안전적설심이 증가할 경우에는 파이프의 매설깊이 만으로 최대 인발력 및 최대 연직하중에 저항할수 없으므로 파이프에 수직하게 철근 등을 용접하거나 나선형 철근말뚝을 박아서 끈으로 고정하는 등의 추가적이 대책이 필요하다.
- 재배작물별 단동 비닐하우스의 서까래 간격(엽채류 106 cm, 과채류 99 cm, 근채류 71 cm)을 고려하여 볼 때 분석모델은 8년 빈도의 적설하중에 대하여 경남지역 일부를 제외하고는 불안전한 것으로 나타나 보강대책을 강구해야 할것으로 판단된다. 안전을 확보하기 위해서는 서까래 간격을 감소시키거나 부재의 단면 치수를 증가시키는 등의 대책이 필요한 것으로 나타났다.
- 재배작물별 단동 비닐하우스의 서까래 간격(엽채류 106 cm, 과채류 99 cm, 근채류 71 cm)을 고려하여 볼 때 분석모델은 8년 빈도의 풍하중에 대하여 홍천, 이천, 성주지역을 제외하고는 불안전한 것으로 나타나 보강대책을 강구해야 할 것으로 판단되며, 안전을 확보하기 위해서는 서까래 간격을 감소시키거나 부재의 단면 치수를 증가시키는 등의 대책이 필요한 것으로 나타났다.
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