[논문]단동비닐하우스의 설해 경감을 위한 보강방법 개발

이석건; 이종원; 이현우

문제 정의

설계적설심 증가에 따라파이프의 단면을 증가시키거나 서까래 간격을 줄이는 방법이 있으나 시공비와 골조율 증가등의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 골조율 증가의 최소화와 경제적으로 단동비닐하우스의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하고자 여러 형태의 보강방법에 대하여구조해석을 실시하여 보강효과를 분석하였다.
본 연구에서는 골조율 증가의 최소화와 경제적으로 단동비닐하우스의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하고자 7가지의 온실모델에 대하여 단위적설하중을 적용시켜 구조해석을 실시하여 온실의 변위와 부재 절점별 최대휨모멘트를 비교.분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 다소 구조 안정성이 높은 농가지도형 I형 비닐하우스를 분석모델로 선정하였으며 비닐하우스의 규격은 그림 1과 같으며, 그림 1과 같은 동일한 규격의 비닐하우스에 대하여 여러 형태의 보강방법별로 단위적설하중을 적용하였을 때의 부재 절점별로 발생되는처짐량과 휨모멘트를 분석하였다. 그리고, 분석시 이용된 부재의 절점번호는 그림 2와 같으며 구조해석은 SAP2000을 이용하였고 구조해석 조건과 비닐하우스의 주서까래로 사용된 파이프와 보강강선의 물리적 특성과 정수는 표 1 및 표 2와 같다.
농가지도형 I형 단동비닐하우스를 기본모델(A형)로 하여 보강 방법과 재료별로 그림 3과같이 구조해석 모델을 선정하였으며, 단위 적설하중에 대한 구조해석 결과를 비교분석하여부재 절점별로 발생하는 처짐과 단면력이 최소가 되는 모델을 선정하였다.
브레이싱에 의한 보강 단동비닐하우스 B형과 D형의 경우에 보강재의 위치가 너무 낮으면 하우스 내부의 작업에 많은 지장을 초래할 수 있으므로 그림 4 및 그림 5와 같이 보강재의 위치변화에 따라 분석모델을 구분하였다. 수평 브레이싱의 경우에는 보강재가 절점 ①과 ①에 위치하면 1-1 모델, 절점 ②-②에 위치하면 2-2모델 등으로 8개의 분석모델로 구분하였으며, X형 브레이싱의 경우에는 보강재가 절점 ①-②, ②-①에 위치하면 1-2모델, 절점 ②-③, ③-②에 위치하면 2-3모델 등으로 구분하여 7개의 모델에 대하여 구조해석을 수행하였다.
따라 분석모델을 구분하였다. 수평 브레이싱의 경우에는 보강재가 절점 ①과 ①에 위치하면 1-1 모델, 절점 ②-②에 위치하면 2-2모델 등으로 8개의 분석모델로 구분하였으며, X형 브레이싱의 경우에는 보강재가 절점 ①-②, ②-①에 위치하면 1-2모델, 절점 ②-③, ③-②에 위치하면 2-3모델 등으로 구분하여 7개의 모델에 대하여 구조해석을 수행하였다.

데이터처리

휨모멘트를 분석하였다. 그리고, 분석시 이용된 부재의 절점번호는 그림 2와 같으며 구조해석은 SAP2000을 이용하였고 구조해석 조건과 비닐하우스의 주서까래로 사용된 파이프와 보강강선의 물리적 특성과 정수는 표 1 및 표 2와 같다.

성능/효과

그림 8에서 보는 바와 같이 , 보강을 하지 않은 A형 온실의 변형이 가장 크게 발생하였으며 보강한 온실의 경우에는 변형이 거의 발생하지 않았다. 그리고, 부재 절점별로 발생되는휨모멘트는 보강유무에 관계없이 지점, 처마 및 천정 절점에서 최대 휨모멘트가 발생하였고최대변위는 최대휨모멘트가 발생되는 처마 및 천정 절점에서 나타났으며 보강을 하지 않은온실에 비해 보강을 한 온실의 부재에 발생되는 휨모멘트가 감소하는 경향으로 나타났다. F형의 경우에는 천정부위의 ⑫번 절점에서 휨모멘트가 갑자기 증가하는 것으로 나타나 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.
표 3은 보강형태별로 온실부재에 발생되는 최대 수평.수직변위량과 휨모멘트를 비교한것으로, 기본온실 A형에 비해 보강을 한 온실에서의 최대 변위량과 휨모멘트가 급격한 감소를한 것을 알 수 있었으며, 가장 유리한 보강형태는 C형과 E형으로 나타났으나 재료의 추가소요로 시공비가 상승하는 단점이 있다. 그리고, F형과 같이 지주를 이용하는 것은 비교적효과적인 보강방법이나 작업공간을 확보하는데 다소 어려움이 발생하므로 B와 D형의 보강방법이 유리할 것으로 판단된다.
표 4는 수평 보강재 위치에 따라 최대변위량과 최대휨모멘트를 분석한 결과로 보강재 위치에 따라 최대변위량은 약 440~490%의 차이를 보였으며 최대휨모멘트는 약 435%의 차이가 나타나는 것으로 분석되어 수평 보강재에 의한 온실의 보강시에는 작업환경에 지장을 주지 않는 범위에서 낮게 설치하여 주는 것이 유리한 것으로 나타났다.
것으로, 온실의 수평 . 수직 변위량과 부재에 발생되는 휨모멘트는 수평 보강재의 경우와마찬가지로 X형 보강재의 위치가 천정쪽으로 이동할수록 증가하였으며, 특히 수평 보강재가절점 ⑤, ⑥에 위치한 '5-6형부터는 증가폭이 다소 높게 나타났다.
표 5에서 보는 바와 같이, X형 보강재 위치에 따라 최대변위는 약 800%, 최대휨모멘트는 약 430%정도 차이가 있는 것으로 나타나 보강재 설치시 작업환경을 고려하여 낮게 설치하는 것이 유리한 것으로 분석되었다.
분석하였다. 보강을 하지않은 A형 온실에 비해 보강을 실시한 B형~F형 온실의 구조안전성이 매우 높게 향상되는것으로 나타났으나 재료비, 작업공간 확보 등을 고려할 경우에는 강선을 이용한 C형 및 E형온실이 효율적인 보강방법인 것으로 분석되었다. 그리고, C형 및 E형 온실과 같이 수평 및 X형 브레이싱에 의한 보강을 실시할 경우에는 작업에 지장을 주지 않는 범위에서 낮게 설치하는 것이 유리한 것으로 나타나 실험 등의 추가적인 연구를 통하여 보강효과를 구명할 필요가있을 것으로 판단된다.

후속연구

그리고, 부재 절점별로 발생되는휨모멘트는 보강유무에 관계없이 지점, 처마 및 천정 절점에서 최대 휨모멘트가 발생하였고최대변위는 최대휨모멘트가 발생되는 처마 및 천정 절점에서 나타났으며 보강을 하지 않은온실에 비해 보강을 한 온실의 부재에 발생되는 휨모멘트가 감소하는 경향으로 나타났다. F형의 경우에는 천정부위의 ⑫번 절점에서 휨모멘트가 갑자기 증가하는 것으로 나타나 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.
보강을 하지않은 A형 온실에 비해 보강을 실시한 B형~F형 온실의 구조안전성이 매우 높게 향상되는것으로 나타났으나 재료비, 작업공간 확보 등을 고려할 경우에는 강선을 이용한 C형 및 E형온실이 효율적인 보강방법인 것으로 분석되었다. 그리고, C형 및 E형 온실과 같이 수평 및 X형 브레이싱에 의한 보강을 실시할 경우에는 작업에 지장을 주지 않는 범위에서 낮게 설치하는 것이 유리한 것으로 나타나 실험 등의 추가적인 연구를 통하여 보강효과를 구명할 필요가있을 것으로 판단된다.

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