[논문]강선으로 보강된 연동형 비닐하우스 골조의 구조거동

정동조; 김진; 서윤수

doi:10.14577/kirua.2016.18.3.35

[국내논문] 강선으로 보강된 연동형 비닐하우스 골조의 구조거동
Behavior of Multiple Vinyl House Frames Reinforced by Steel Wire 원문보기

韓國農村建築學會論文集 = Journal of the Korean Institute of Rural Architecture, v.18 no.3, 2016년, pp.35 - 42

정동조 (전주대학교 공과대학 건축공학과) , 김진 (전주대학교 일반대학원 건설공학과) , 서윤수 (전주대학교 일반대학원 건설공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

For the reason of economy, farmers and structural engineers prefer the vinyl house frame members that have the lightest cross sections. Therefore, in order to reach this aim, rod bracing system is the best method for multiple vinyl house frames. In this study, wire rods (tension members) are used to be bracing members in multiple vinyl house frames. The effects of additional wire rods in the frames are investigated by the variations of the bending moments, axial forces, displacements and combined stresses in the main frames that are reinforced by different shapes of rod bracing system. Vinyl house frames are usually made by steel pipe members and collapsed by the excessive wind and snow loads. Two kinds of bracing models are used for wind and snow loads separately in this study. The effective bracing models for each load are finally figured out.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 2스팬의 연동형 비닐하우스 골조에 구조용 강선을 추가로 설치하여 아치형 구조체에 발생하는 부재력과 처짐의 발생 상태를 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 기존 구조체의 안전성 개선을 위한 가능성을 확인하고 경제성 있는 새로운 연동형 구조체를 제안하기 위해 이 연구를 수행하였다. 비닐하우스 골조의 붕괴에 영향을 주는 하중으로는 적설하중과 풍하중이 있으며, 이와 같은 하중에 저항할 수 있도록 골조의 내부에 다양하게 변형된 보강시스템을 추가로 설치하였다.
이 연구에서는 풍하중과 적설하중에 대한 비닐하우스 골조의 구조내력을 강화하고, 구조용 강재의 중량을 절감하기 위한 강선(인장재)으로 보강된 강골조의 최적 형태를 제안하기 위해 수평 가새와 X형 가새 그리고 분기형 가새로 강골조의 내부를 보강한 연동형 골조에 대한 구조검토를 실시하였다. 구조검토를 위한 해석 모델에 적용된골조의 재질은 비닐하우스용 아연도 강관(네포)로서 부재의 크기는 φ48.
풍하중을 지지하는 연동형 골조의 부재력과 수평변위의 감소를 위해 본 연구에서는 두가지 형태의 분기형 가새보강시스템을 제안하였다. 하나는 <Figure 4>에서 보는 바와 같은 골조 내부에 4개의 분기형 가새가 보강된 골조이고 다른 하나는 <Figure 5>에서 보는 바와 같은 연동형 골조 좌우에 2개의 분기형 가새가 보강된 골조이다.
본 연구에서는 적설하중과 풍하중을 지지하는 연동형 비닐하우스 골조의 응력과 변형에 대한 저항능력 증대를 위한 가새 보강 방안에 대해 비교 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

3t 이며 보강용 강선의 재질은 일반구조용 강재(SS400)이며 부재의 크기는 ROD-6mm를 사용하였다. 골조의 간격은 방풍벽재의 설치를 고려하여 1m 간격으로 가정하여 해석 및 구조검토를 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 2스팬의 연동형 비닐하우스 골조에 구조용 강선을 추가로 설치하여 아치형 구조체에 발생하는 부재력과 처짐의 발생 상태를 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 기존 구조체의 안전성 개선을 위한 가능성을 확인하고 경제성 있는 새로운 연동형 구조체를 제안하기 위해 이 연구를 수행하였다.
0을 적용하였다. 온도계수 C_t는 비닐하우스 내부의 난방에 의해 적설하중이 제어되는 구조인지 아닌지를 고려하는 계수로서 난방구조물은 1.0, 비난방구조물은 1.2를 사용하며, 본 연구에서는 적설하중 제어구조로 간주하여 1.0을 적용하였다. 건축물의 중요도 계수 I_s는 건축물의 용도와 규모, 그리고 사회성, 경제성 및 중요도 등을 고려한 계수로서 0.
기본풍속은 구조물이 위치한 지역에 따라 다른 값을 가지며, 이 연구에서는 30m/sec의 기본풍속을 사용하였고 노풍도는 C를 적용하였다. K_zr및 K_zt는 각각 1.

대상 데이터

구조검토를 위한 해석 모델에 적용된골조의 재질은 비닐하우스용 아연도 강관(네포)로서 부재의 크기는 φ48.1*2.3t 이며 보강용 강선의 재질은 일반구조용 강재(SS400)이며 부재의 크기는 ROD-6mm를 사용하였다.

이론/모형

이 연구에서는 강선 보강 구조체의 구조해석을 위해 현재 우리나라에서 사용 빈도가 가장 높은 범용 프로그램인 Midas-Gen을 이용하였다.

성능/효과

따라서 Model 5의 경우는 기능적인 측면에서 최적의 보강형태라고 할 수 없으며, 내부 작업을 위한 적절한 수직공간의 확보를 위해서는 수평가새가 지표면에서 최소 2m 이상의 높이에 설치되어야 한다. 따라서 수평가새의 경우, Model 4가 작업성과 안전성을 고려한 가장 효과적인 보강형태를 가지고 있다고 볼 수 있으며, Model 4의 최대 휨모멘트는 수평가새가 없는 Model 1의 81.4%로 나타났다.
X형가새가 보강된 연동형 골조의 최대 수직변위는 <Figure 19>에서 보는 바와 같다. 그림에서 보는 바와 같이 Model 7과 8 및 9에서 매우 우수한 변위에 대한 저항성을 보였으며 변위의 관점에서도 X형 가새의 우수성을 확인할 수 있다. Model 7의 최대 휨모멘트와 최대 수직변위는 보강이 없는 골조의 30.
풍하중을 지지하는 연동형 골조에 대한 구조해석을 토대로 4개의 분기형가새와 2개의 분기형 가새가 보강된 연동형 골조에 대한 각 절접에서의 휨모멘트 변화와 골조의 최대 휨모멘트를 <Figure 20>, <Figure 21>과 <Figure 22>, <Figure 23>에 각각 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 4개의 분기형 가새가 설치된 골조와 2개의 가새가 설치된 골조에 대한 해석결과가 거의 유사하게 나타났으며, 내부 기둥의 좌우측에 있는 분기형 가새는 풍하중을 지지하는 연동형 골조의 부재력 감소에 거의 영향을 주지않는 것으로 확인되었다.
<Figure 21>과 <Figure 23>의 최대 휨모멘트 변화에서 보는 바와 같이 분기형 가새의 분기점이 아치 하단에서 멀어질수록 골조의 최대 휨모멘트가 감소됨을 알 수 있다. 아치 상단과 기둥 하단을 연결한 Model 19의 최대 휨모멘트는 가새 보강이 없는 Model 1의 50% 정도로 조사되었으며, Model 17의 경우는 Model 1의 69.8%로 나타나 분기형 가새가 풍하중을 지지하는 연동형 골조의 휨응력 감소에 매우 효과적임을 알 수 있다.
<Figure 24>, <Figure 25>와 <Figure 26>, <Figure 27>은 각각 4개의 분기형가새와 2개의 분기형 가새가 보강된 연동형 골조에 대한 각 절점에서의 축방향력 변화와 골조의 최대 축방향력을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 4개의 분기형 가새가 설치된 골조와 2개의 가새가 설치된 골조에 대한 해석결과는 휨모멘트의 경우와는 달리 약간의 차이를 보였으며, 2개의 분기형 가새가 설치된 골조의 경우에서는 분기형 가새의 분기점이 아치 하단에서 멀어질수록 골조의 최대 축방향력이 감소되는 양상을 보였다.
1) 연동형 골조에 적설하중이 작용하는 경우 수평 가새보다 X형 가새가 더 우수한 보강성능을 나타냈으며, 부재의 휨모멘트와 수직변위는 X형가새의 상단을 아치 중앙에서 아치 스팬의 1/8 정도 떨어진 위치로 이동시켜 설치할 경우 크게 감소한다.
2) 풍하중에 저항하는 분기형 가새의 경우 분기점이 아치 하단에서 멀어질수록 골조의 휨모멘트가 더 크게 감소하였으며, 연동형 골조 내부 기둥의 좌우측에 있는 분기형가새는 연동형 골조의 부재력 감소에 거의 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.
3) 모든 가새 보강의 경우에서 부재의 축방향력은 휨모멘트에 비해 매우 작게 발생하였다. 따라서 가새로 보강된 연동형 비닐하우스 골조의 안전은 휨모멘트에 의해 대부분 결정된다.
4) 적설하중과 풍하중을 지지하는 연동형 비닐하우스 골조의 경우 X형 가새와 분기형 가새를 조합하여 보강하면 골조의 부재력과 변형이 크게 감소하여 구조내력이 크게 증대된다.
5) 지역에 따라 비닐하우스에 작용하는 위험하중은 적설하중이 지배적인 경우와 풍하중이 지배적인 경우로 구분할 수 있다. 다설 지역과 바람의 영향이 큰 지역이 구분되기 때문이다.

후속연구

다설 지역과 바람의 영향이 큰 지역이 구분되기 때문이다. 지역 및 비닐하우스가 건립된 지역의 하중에 맞게 강선으로 보강을 하면 최소 비용으로 구조적인 안정성을 확보 할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비닐하우스란 무엇인가?	비닐하우스란 일반적으로 외부 피복재가 PE, EVA, PVC 등의 플라스틱 소재로 되어 있고 구조용 골조가 원형 파이프로 시공되어 있는 농업용 온실을 의미하며, 좋지 않은 날씨나 거친 외부 환경으로부터 식물이 더 잘 자랄 수 있도록 보다 유리한 조건을 제공한다.
	가새 보강 방안에 대해 비교 분석 결과는 어떠한가?	1) 연동형 골조에 적설하중이 작용하는 경우 수평 가새보다 X형 가새가 더 우수한 보강성능을 나타냈으며, 부재의 휨모멘트와 수직변위는 X형가새의 상단을 아치 중앙에서 아치 스팬의 1/8 정도 떨어진 위치로 이동시켜 설치할 경우 크게 감소한다. 2) 풍하중에 저항하는 분기형 가새의 경우 분기점이 아치 하단에서 멀어질수록 골조의 휨모멘트가 더 크게 감소하였으며, 연동형 골조 내부 기둥의 좌우측에 있는 분기형가새는 연동형 골조의 부재력 감소에 거의 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 3) 모든 가새 보강의 경우에서 부재의 축방향력은 휨모멘트에 비해 매우 작게 발생하였다. 따라서 가새로 보강된 연동형 비닐하우스 골조의 안전은 휨모멘트에 의해 대부분 결정된다. 4) 적설하중과 풍하중을 지지하는 연동형 비닐하우스 골조의 경우 X형 가새와 분기형 가새를 조합하여 보강하면 골조의 부재력과 변형이 크게 감소하여 구조내력이 크게 증대된다. 5) 지역에 따라 비닐하우스에 작용하는 위험하중은 적설하중이 지배적인 경우와 풍하중이 지배적인 경우로 구분할 수 있다. 다설 지역과 바람의 영향이 큰 지역이 구분되기 때문이다. 지역 및 비닐하우스가 건립된 지역의 하중에 맞게 강선으로 보강을 하면 최소 비용으로 구조적인 안정성을 확보 할 것으로 기대된다.
	비닐하우스의 종류는 어떻게 분류되고 있는가?	비닐하우스의 종류는 일반적으로 지붕의 형상에 따라 터널형, 아치형, 지붕형 등이 있고, 또한 골조의 폭방향 배치 방식에 따라 크게 단동형과 연동형으로 분류된다. 우리나라에서 연동형 비닐하우스의 안전을 위해 현재 사용되고 있는 표준형 골조의 형태는 과 같다.

참고문헌 (2)

건축물 하중기준 및 해설, 대한건축학회, 2000.
국토해양부고시 건축구조기준, 대한건축학회, 2009.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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