인장과 압축구조물 - 압축부재의 검토

인장, 압축부재의 검토

• 직관적인 방법으로 알 수 있을 경우가 많습니다.
• 직관적인 방법만으로는 힘의 흐름을 알 수 없는 경우 존재

• 압축부재 : 각각의 분리하여서 볼때 부재가 줄어들려고 하는 부재
• 인장부재 : 각각의 분리하여서 볼때 부재가 늘어날려고 하는 부재

• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 AC를 검토한 것이다.
• AC는 늘어나려고 하는 힘을 받으므로 내력은 반대로 안쪽으로 당기는 힘을 나타내어야 합니다.
• 즉 인장부재입니다.
• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 CE를 검토한 것이다.

• CE는 늘어나려고 하는 힘을 받으므로 내력은 반대로 안쪽으로 당기는 힘을 나타내어야 한다.
• 즉 인장부재입니다.

• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 BD를 검토한 것입니다.
• BD는 줄어들려고 하는 힘을 받으므로 내력은 반대로 안쪽으로 당기는 힘을 나타내어야 한다.
• 즉 압축부재입니다.
• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 DE를 검토한 것입니다.
• DE는 줄어들려고 하는 힘을 받으므로 내력은 반대로 안쪽으로 당기는 힘을 나타내어야 한다.
• 즉 압축 부재입니다.

• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 BC를 검토한 것이다.
• 만약 BC부재가 없다고 보면 ACBD는 평형사변형으로 변하려 합니다.
• 즉 이때 BC를 연결하는 대각선은 줄어드는 현상을 나타내려할 것입니다.
• 즉 BC부재는 압축을 받는 압축부재입니다.

• 위의 그림은 앞의 예제에서 부재 CD를 검토한 것입니다.
• D의 경우, C로 부터 떨어져 나오려는 즉 늘어나려는 힘을 받게 됩니다.
• 즉 CD부재는 압축을 받는 인장부재입니다.
• 위의 그림은 앞의 예제에서 전 부재의 내력을 나타낸 것입니다.
• 인장부재의 내부에서는 ->  <- 이 작용하고, 압축부재의 내부에는 <- ->이 작용합니다.

 

건축재료

철(steel) 

• 강한 재료, 연성재료
• 철의 구조물에 적용으로 긴 거리를 걸칠 수 있는 구조물의 탄생과 고층구조물의 탄생이 이루어졌습니다.
• 철 재료의 변천사 : 선철 - 주철 - 단철 - 연철 - 강철
• 탄소강 등 제조방법의 발달로 더욱 강해집니다.
• 철구조물의 기원 - 초기에는 교량 등에 적용되다가 1851년 수정궁 1889년, 에펠탑에 적용합니다.

연성재료의 특성

• 재료의 항복 이후에도 하중 저항능력이 있다.
• 인성(toughness)을 지니고 있습니다.
• 갑작스런 파괴가 일어나지 않는다.

강구조의 특성 (철근콘크리트구조와 비교)

• 단위면적당 강도가 매우 크다.
• 인성이 크다.
• 시공성이 우수하다.
• 자중이 작아 훨씬 큰 스팬, 훨씬 높은 건물에 적합하다.
• 콘크리트에 비해 경제적이지 못합니다.
• 열에 약하다. (내화를 위한 조치가 필요)
• 진동, 소음에 약하다.
• 기둥의 경우 좌굴에 대한 검토가 필요합니다.
• 내식성에 대한 고려가 필요합니다.

why did it collaps?

 

 

• structural system : tube system
• 건물둘레에 기둥을 촘촘히 배치하고 중간의 코어와 steel truss beam과 연결
• steel truss beam : 슬래브지지, 외부기둥의 좌굴 방지
• 첫 번째 비행기 충돌에는 큰 손상은 입었지만 치명적이지는 않았음.
• 비행기 충돌에 의한 여파가 둘레기둥의 파괴와 전체시스템을 약화시킨것처럼 보이나 이것이 붕괴의 직접적인 원인이라고 볼 수 없습니다.
• 윗부분의 거센 화재로 인해 나머지 재료에 점차적으로 악영향을 줍니다.
• 비행기연료에 의한 고온발생 철의 강도가 점차 약화되며 처짐이 증가됨
• 일반적인 건물의 경우 일정시간동안 화재에 대한 저항할 수 있어야 합니다.
• 내화피복등에 의해 손상을 늦추거나 sprinkler와 같은 설비가 있어 대피와 화재진압에 시간을 벌어줍니다.
• 일반적인 화재에 비해 한정된 공간에서의 폭발에 의한 화재는 건물의 화재에 대한 저항성에 비해 상당히 큰 피해를 줍니다.
• 즉, 총체적으로 화재에 의한 재료의 강도손실과 초기 충격에 의한 손상이 외부기둥과 코아를 잇는 truss system, 주변 기둥, 중앙부 코아의 파손을 야기시킨 것입니다.
• 한개층의 붕괴는 잇달아 다른 층의 이어졌으며 이는 기둥의 좌굴을 초래하였습니다.