구조 공학은 고층 빌딩을 짓는 것부터 강 전체를 가로지르는 다리를 짓는 것까지 제 세상을 많은 방식으로 바꿔 놓았습니다.
단순한 빔 기둥은 이러한 건물의 많은 부분에서 가장 중요한 부분 중 하나입니다.
구조물의 이 부분은 종방향 하중의 편심이나 횡력에 의해 발생하는 축방향 하중과 굽힘 모멘트를 동시에 받게 됩니다.
오늘날의 많은 공학적 경이로움은 빔 기둥 없이는 불가능합니다.
이 기사에서는 빔 컬럼을 살펴보고 빔 컬럼이 무엇인지, 작동 방식 및 중요한 이유에 대해 설명합니다.
이 게시물은 공학을 처음 접하는 학생이든 새로운 것을 배우고자 하는 노련한 엔지니어이든 관계없이 모든 사람을 위한 것입니다.
이제 시작하여 보 기둥이 무엇이고 무엇을 하는지 알아봅시다.
소개
공식적인 정의:
구조 부재는 축방향 하중과 횡력 또는 종방향 하중의 편심에 의해 발생하는 굽힘 모멘트를 동시에 받습니다.
보 기둥은 건물, 교량 및 기타 구조물을 지지하는 데 사용되는 엔지니어링의 중요한 부분입니다.
이 기사에서는 엔지니어링 및 건물 프로젝트에서 빔 기둥이 사용되는 다양한 방법을 살펴보겠습니다.
기둥빔이란?
보 기둥은 장축의 하중을 견디도록 만들어진 구조 부재입니다.
압축할 때 대부분의 무게가 가해지는 것을 압축부재라고 할 수 있습니다.
보 기둥은 보, 벽, 슬래브 및 기타 구조물의 무게를 지탱할 수 있습니다.
보 기둥의 종류
엔지니어링에 사용되는 다양한 종류의 보 기둥이 있습니다.
압연 강관 기둥은 철강 구조물에 사용되는 일반적인 유형의 기둥입니다.
철판을 눌렀을 때 하중을 견딜 수 있는 모양으로 압연하여 만듭니다.
- 철근 콘크리트 보 기둥: 이 유형의 보 기둥은 콘크리트로 만들어지고 철근으로 보강됩니다.
철근 콘크리트로 건축하는 데 사용되며 무거운 물건을 옮기는 좋은 방법입니다.
- 목재 빔 기둥: 이 유형의 빔 기둥은 목재로 만들어지며 주택 건설에 자주 사용됩니다.
- 복합 보 기둥: 이 유형의 보 기둥은 강철 및 콘크리트와 같은 두 가지 이상의 재료를 결합하여 더 강하고 내구성 있는 구조를 만듭니다.
빔 기둥이 모든 것을 제공하는데 왜 적은 비용으로 만족합니까?
아직도 이해하기 어렵나요? 관점을 조금 바꿔보겠습니다.
한 번에 한 가지만 할 수 있는 지루하고 곧은 빔에 지쳤습니까? 빔 기둥 외에 다른 곳을 보지 마십시오! 모든 것을 할 수 있는 부재를 사용할 수 있는데 왜 단순한 1차원 빔을 사용합니까?
예, 빔 기둥은 축 방향 하중과 굽힘 모멘트를 모두 쉽게 처리할 수 있기 때문에 구조 엔지니어링의 성과를 달성한 것입니다.
그렇다면 부하를 모두 가질 수 있는데 왜 한 종류의 부하만 선택해야 할까요? 다재다능한 빔 기둥을 사용하면 종방향 하중의 기이함을 수용하고 삶에 약간의 횡력을 추가할 수 있습니다.
좋아, 그건 그냥 TV 광고처럼 보이도록 만든 농담일 뿐이야.
이제 설명으로 돌아가 봅시다.
보 기둥에 사용되는 재료
빔 기둥은 무엇보다도 돌, 목재, 콘크리트 또는 강철로 만들 수 있습니다.
그러나 현대 건축에서는 강하고 단단한 H자형 철골기둥을 많이 사용한다.
H자형 기둥의 긴 플랜지 측면은 중간 웨브 조각보다 두껍기 때문에 압축력에 더 잘 견딜 수 있습니다.
현대식 건물은 종종 철근 콘크리트로 만들어진 보와 기둥 시스템으로 지탱됩니다.
정의와 차이점
보와 기둥의 정의
빔은 굽힘에 의해 하중에 저항하도록 만들어진 건물의 일부입니다.
일반적으로 평평하며 끝이나 길이를 따라 유지됩니다.
대부분의 바닥, 지붕 및 다리는 빔으로 지탱됩니다.
반면에 기둥은 대부분 압축 하중에 견디도록 만들어진 건물의 수직 부분입니다.
일반적으로 건물이나 기타 구조물을 지탱하고 추를 기초로 옮기는 데 사용됩니다.
빔과 기둥의 차이점
보와 기둥 사이에는 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.
- 하중 운반 능력: 빔은 주로 구부러진 하중을 운반하도록 만들어졌으며 기둥은 대부분 압축된 하중을 운반하도록 만들어졌습니다.
이 때문에 빔은 구부러질 때 강하고 압축될 때 약해지는 경향이 있는 반면, 기둥은 압축될 때 강하고 구부러질 때 약해지는 경향이 있습니다.
- 방향: 빔은 일반적으로 측면에 있고 기둥은 일반적으로 상단에 있습니다.
- 지지 조건: 빔은 일반적으로 끝이나 길이를 따라 지지되는 반면 기둥은 일반적으로 베이스와 상단에서 지지됩니다.
- 단면 모양: 빔은 일반적으로 정사각형, 원형 또는 I자형이며 기둥은 일반적으로 정사각형, 원형 또는 직사각형입니다.
주요 개념 및 차이점
보 기둥은 축 방향 하중과 굽힘 하중을 모두 처리하도록 만들어진 건물의 일부입니다.
무거운 하중을 구조물에서 기초로 옮겨야 할 때 사용합니다.
보 기둥은 하부 구조에서 상부 구조로 이동합니다.
건물의 꼭대기에서 기초까지 무게를 이동시키는 핵심 부품입니다.
보 기둥, 보 및 기둥의 차이점
보 기둥, 보 및 기둥의 가장 중요한 차이점은 다음과 같습니다.
- 내하중 : 보기둥은 축하중과 휨하중을 모두 받도록 만들어지며, 보는 대부분 휨하중을 받도록 만들어지고, 기둥은 대부분 축하중을 받도록 만들어집니다.
기둥은 수직 압축 부재이고 빔은 수평 압축 부재입니다.
보 기둥은 수평 또는 수직일 수 있는 최상층에 기초를 연결합니다.
단면 모양의 관점에서 볼 때 빔은 일반적으로 정사각형, 원형 또는 I자형이고 기둥은 일반적으로 정사각형, 원형 또는 직사각형입니다.
빔 기둥의 단면은 어떤 모양이든 될 수 있지만 일반적으로 정사각형과 원형이 혼합되어 있습니다.
- 용도: 빔은 주로 바닥, 지붕 및 교량을 지지하는 데 사용되는 반면 기둥은 주로 건물 또는 기타 구조물의 무게를 지지하는 데 사용됩니다.
보 기둥은 축 하중과 굽힘 하중을 모두 기초로 전달해야 하는 건물에 사용됩니다.
빔 기둥 연결
보-기둥 연결은 구조에서 보와 기둥을 함께 고정합니다.
이 기사에서는 빔-기둥 연결의 다양한 유형과 건물을 안전하고 안정적으로 유지하는 데 어떻게 도움이 되는지 살펴보겠습니다.
빔-기둥 연결 유형
연결이 얼마나 단단한지에 따라 보-기둥 연결에는 유연한 연결과 단단한 연결의 두 가지 주요 유형이 있습니다.
- 유연한 연결: 단순 연결 또는 핀 연결이라고도 하는 유연한 연결에서는 연결된 부품 간에 모멘트 전달이 없습니다.
축력이나 전단력은 움직이지만 모멘트는 움직이지 않습니다.
유연한 연결은 보와 기둥 사이의 연결이 작은 꼬임이나 회전을 처리해야 하는 구조에서 자주 사용됩니다.
- 강체 연결: 모멘트 저항 또는 고정 연결이라고도 하는 강체 연결은 연결된 부품 사이에서 전단력과 모멘트를 모두 전달합니다.
보와 기둥 사이의 연결이 큰 비틀림이나 뒤틀림 힘을 처리해야 할 때 강체 연결이 사용됩니다.
특수 연결
구부러진 조인트, 기둥에 대한 편심 빔 및 기둥 웨브에 대한 연결의 경우 단순 연결을 사용할 수 있습니다.
이러한 연결은 특별한 것으로 간주됩니다.
빔 섹션을 더 작게 만듦으로써 간단한 연결은 함께 묶이는 데 더 많은 저항을 가질 수 있습니다.
이것은 빔의 웨브에 구멍을 뚫거나 빔의 플랜지 부분을 잘라내어 수행할 수 있습니다(웹 단면 감소).
보-기둥 연결 설계에 영향을 미치는 요인
사용되는 보-기둥 연결 유형은 구조물이 지탱할 수 있는 중량, 구조 설계 요구 사항 및 재료의 특성과 같은 여러 가지 사항에 따라 달라집니다.
보-기둥 연결 방식에 영향을 미치는 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
- 하중 용량: 빔-기둥 연결에는 작용할 가능성이 있는 힘과 모멘트를 견딜 수 있는 충분한 하중 용량이 있어야 합니다.
- 구조 설계 요구 사항: 보-기둥 연결 설계는 구조 설계에 대한 건축법 및 프로젝트 사양을 충족해야 합니다.
- 재료 특성: 설계는 보-기둥 연결에 사용되는 재료의 강도와 강성을 고려해야 합니다.
최대 순간과 디자인
구조 설계에서 굽힘 모멘트에 저항하는 구조의 기능은 구조가 안정적으로 유지되도록 하는 핵심 부분입니다.
최대 모멘트
굽힘 모멘트 방정식과 공식은 빔이 얼마나 구부러질 수 있는지 파악하는 데 사용됩니다.
최대 모멘트는 특정 하중 조건에서 구조물이 가질 수 있는 최대 모멘트입니다.
디자인에서 가장 중요한 경우가 항상 최대 순간이 아닐 수 있음을 기억하는 것이 중요합니다.
굽힘과 축 또는 비틀림 힘이 상호 작용하는 방식으로 인해 모멘트 값이 낮은 다른 로드 케이스가 설계에 가장 중요한 케이스로 보고될 수 있습니다.
디자인 모멘트
디자인 모멘트와 최대 모멘트는 같은 것이 아닙니다.
설계 모멘트는 코드 요구사항과 안전계수를 보고, 최대 모멘트는 해석 결과를 보고 파악합니다.
설계 모멘트는 재료의 특성, 안전 계수 및 코드에 명시된 하중 조합과 같은 사항을 고려합니다.
설계 순간은 구조물이 가해지는 하중을 처리할 수 있고 안전을 위한 충분한 공간이 있는지 확인하는 데 매우 중요합니다.
설계 순간을 파악하려면 다음 사항을 고려하십시오.
- 재료 물성치 : 설계 모멘트를 파악할 때 보의 항복강도와 탄성계수가 고려됩니다.
- 하중 조합: 건축법의 다양한 하중 조합 목록을 사용하여 설계 모멘트를 파악합니다.
- 안전 계수: 설계 모멘트에는 구조가 최대 예상 하중을 초과하는 하중을 처리할 수 있도록 하는 안전 계수가 포함됩니다.
보 기둥 설계
보 기둥은 길이 방향으로 압축되고 너비 방향으로 구부러지는 구조적 부재입니다.
건물에서는 위의 보에서 기초로 무게를 옮기는 데 사용됩니다.
보-기둥을 설계하려면 그 위에 얼마나 많은 무게가 가해졌는지 그리고 얼마나 큰지 파악해야 합니다.
Autodesk Inventor의 Beam/Column Calculator와 같은 소프트웨어를 사용하거나 CivilJungle.com 또는 Civiconcepts.com과 같은 토목 공학 교과서 또는 웹사이트의 공식을 사용하여 수동으로 이 작업을 수행할 수 있습니다.
빔 기둥의 하중 계산
보-기둥 구조를 만드는 첫 번째 단계는 보와 기둥에 얼마나 많은 무게가 가해지는지 파악하는 것입니다.
대부분의 경우 기둥 끝에 하중이 가해져 축방향 압축 응력이 발생합니다.
경우에 따라 축력, 횡력 및 굽힘 모멘트가 모두 기둥(예: 보-기둥)에 작용할 수 있습니다.
실제 하중 분포를 빔 길이로 나누면 균일하게 분포된 하중을 미터당 킬로뉴턴 단위로 찾을 수 있습니다.
보와 기둥의 크기 계산
빔-기둥에 얼마나 많은 무게가 가해졌는지 파악한 후에는 각각에 얼마나 많은 무게가 가해졌는지에 따라 빔과 기둥이 얼마나 커야 하는지 알아내야 합니다.
예를 들어, 230mm x 450mm 보에 대한 콘크리트의 부피는 슬래브의 두께를 제외하고 0.23 x 0.60 x 1 = 0.138m3이고 무게는 0.138 x 2400 = 333kg입니다.
같은 방식으로 길이가 일반적으로 가장 작은 단면 너비의 3배인 기둥의 총 중량은 모든 부품의 중량을 합산하여 찾을 수 있습니다.
빔-기둥 연결
보-기둥 연결은 보와 기둥이 건물에서 함께 모이는 곳입니다.
조인트와 그 옆에 있는 보, 기둥, 슬래브의 부품으로 구성됩니다.
연결 강도에 따라 다양한 유형의 보-기둥 연결이 있습니다.
단순 연결 또는 핀 연결이라고도 하는 유연한 연결은 전단력 또는 축력을 전달하지만 모멘트는 전달하지 않습니다.
모멘트 저항 연결 또는 고정 연결이라고도 하는 강체 연결은 연결된 부품 사이에서 전단력과 모멘트를 모두 움직입니다.
구부러진 조인트, 기둥에 대한 편심 빔 및 기둥 웨브에 대한 연결의 경우 단순 연결을 사용할 수 있습니다.
최대 굽힘 모멘트
빔 기둥에 외부 힘이 가해져 빔 기둥이 휘어지고 결국 파손될 때, 즉 굽힘 모멘트가 가장 높을 때입니다.
핀 지지대가 연속 빔을 지지하는 데 사용되는 경우 중간 지지대에서 호깅 모멘트가 발생하고 스팬에서 새깅 모멘트가 발생합니다.
중간 지지대에 매우 가까운 곳에 반굴곡 지점이 있습니다.
최대 모멘트 지점은 더 큰 1차 모멘트가 적용되는 지점이 될 수 있습니다.
디자인 순간과 최대 순간
설계 모멘트는 코드 요구사항과 안전계수를 보고, 최대 모멘트는 해석 결과를 보고 파악합니다.
모멘트를 설계할 때 재료의 특성, 안전 계수 및 하중 조합과 같은 많은 사항이 고려됩니다.
최대 모멘트는 안전 또는 코드 요구 사항이 아닌 구조에 가해지는 하중만 고려합니다.
가는 비율
토목 공학에서 세로 비율은 기둥의 길이와 가장 작은 측면 치수 간의 비율입니다.
이를 알아내려면 기둥의 유효 길이를 회전 반경으로 나눕니다.
세로 비율은 기둥이 구부러지기 전에 얼마나 많은 무게를 지탱할 수 있는지 알아내는 데 사용됩니다.
세로 비율이 12보다 작거나 같으면 기둥이 짧은 것으로 간주됩니다.
12보다 크면 기둥이 길거나 마른 것으로 간주됩니다.
짧은 기둥은 길이와 너비로 제어되는 반면 길고 얇은 기둥은 길이 대 너비 비율로 제어됩니다.
빔/기둥 결합
팁: 필요한 경우 캡션 버튼을 켭니다. 구어에 익숙하지 않은 경우 설정 버튼에서 "자동 번역"을 선택하십시오. 좋아하는 언어를 번역할 수 있게 되기 전에 먼저 동영상의 언어를 클릭해야 할 수도 있습니다.
빔 기둥 용도
교량:
보기둥은 차량의 무게로 인한 휨 모멘트와 바람과 지진으로 인한 횡력을 견딜 수 있기 때문에 교량 건설에 자주 사용됩니다.
또한 다양한 경간과 하중에 맞게 제작할 수 있으므로 단경간 교량과 장경간 교량 모두에 적합합니다.
크고 높은 건물:
빔 기둥은 무거운 무게를 지탱할 수 있고 바람과 지진의 힘을 견딜 수 있기 때문에 고층 건물에 자주 사용됩니다.
또한 다양한 길이와 직경으로 만들 수 있기 때문에 고층 건물에도 적합합니다.
이것은 무게를 더 고르게 분산시키고 건물 전체를 더 안정적으로 만드는 데 도움이 됩니다.
산업 구조:
중장비와 기계류를 지탱할 수 있기 때문에 빔 기둥은 공장이나 창고와 같은 산업 건물에서 자주 사용됩니다.
이러한 종류의 건물에서 빔 기둥은 종종 지붕 트러스를 지지하고 지붕에서 기초로 무게를 옮기는 데 사용됩니다.
주거 구조:
빔 기둥은 주거용 건물, 특히 지하실의 벽과 기초에도 사용됩니다.
또한 상부 층을 안정적으로 유지하는 데 도움이 되는 개방형 평면도에서 지지 기둥으로 사용할 수 있습니다.
인프라 프로젝트:
빔 기둥은 터널, 댐 및 옹벽과 같은 인프라 프로젝트에서 자주 사용됩니다.
터널에서 보 기둥은 지붕과 벽을 지탱합니다.
댐에서는 물의 무게를 구조물 전체에 고르게 분산시키는 데 도움이 됩니다.
보 기둥은 옹벽에 사용되어 토양 압력과 물에 의해 발생하는 측력을 막을 수 있습니다.
결론
빔 기둥에 대한 검토를 마치면서 이러한 건축 부품이 엔지니어링 세계에서 매우 중요하다는 것이 분명해졌습니다.
건물의 기초부터 도시를 연결하는 도로에 이르기까지 빔 기둥은 우리가 매일 사용하는 많은 구조물에 필요한 지지력과 안정성을 제공합니다.
그러나 빔 기둥은 형태와 기능이 함께 작동하는 방식에 대한 고유한 시각을 제공하기 때문에 흥미롭습니다.
빔 기둥을 만들고 배치하는 방법은 건물 전체의 모양과 느낌에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
이 때문에 보 기둥은 유용한 도구일 뿐만 아니라 예술과 과학으로서 공학의 중요한 부분으로 생각할 수 있습니다.
따라서 다음에 고층 빌딩 옆을 걷거나 다리를 건널 때 잠시 시간을 내어 이 모든 것을 가능하게 하는 간단한 빔 기둥을 감상하십시오.
링크 및 참조
강철로 디테일 빌딩
콘크리트의 구조적 이용
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