건축가는 중층이 있는 공간의 계단을 디자인 요소로 이용하기 위해 극적인 형상으로 설계하는 경향이 있어 일반적으로 세장하게 표현하고자 한다.
그러나 이러한 세장한 강재계단은 보통 또는 빠른 속도로 내려가는 사람(개인 또는 무리)에 의해 서있는 사람이나 보행자에게 불쾌한 진동을 유발하기 쉽다. 계단의 주요 구성요소인 스트링거의 설계는 안전성(강도)과 사용성(처짐 및 진동)을 모두 만족시키기 위해 반복해야 하는 성가신 절차가 필요하다.
여기에 소개하는 컴퓨터 프로그램 SteelStairVib는 강구조기준에 따라서 계단의 강재 스트링거 부재의 강도 및 처짐에 대한 검토 또는 자동으로 설계할 수 있으며, AISC Steel Design Guide 11(2016)의 진동설계 기준과 절차에 따라서 선형 강재계단(Linear monumental steel stair)에 대한 진동영향을 평가할 수 있다.
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스트링거의 부재 설계 및 계단 시스템의 진동 평가 적용 범위
| 구분 | 적용 범위 |
| 형상 | 선형 강재계단, 중간 참이 있는 선형 강재계단 |
| 단부 구속조건 | 양단 단순 지지 |
| 설계강도 검토 | 휨 및 전단 |
| 사용성 검토 | 처짐 및 진동 |
| 스트링거 단면 | 플레이트, 압연 ㄷ형강, 압연 H형강, 용접 H형강, 용접 Box형강, 직사각형 강관 |
| 부재단면 자동설계 및 검토 | 플레이트(200×6 ∽480×40), KS표준단면(압연 C형강, 압연 H형강, 직사각형 강관) |
| 진동 평가 | 1인의 보통 속도 하강, 1인의 빠른 속도 하강 및 그룹의 빠른 속도하강에 대한 진동평가 |
| 계단의 고유진동수 적용범위 fn (Hz) |
AISC Design Guide 11에서 제한한 5.0Hz(수직방향), 2.5Hz(횡방향) 이상 |
| 비고 | 이 버전의 프로그램에는 스트링거부재는 실무에 주로 사용하고 있는 강재단면종류만 적용하였다. |
프로그램의 주요 특징 및 적용 범위
| 적용 기준 | KBC 2016, KSSC 2014, AISC 360-16, AISC Steel Design Guide 11 |
| 소요 강도 | 사용자가 입력한 데이터에 의해 자동 산정 |
| 설계 강도 | 휨 및 전단 |
| 강재 종류 | KS Standards(건축구조에 사용하는 강재) |
| 스트링거 부재 단면 종류 | 플레이트, ㄷ형강, 압연H형강, 사각형 강관(ERW, SAW), 용접H형강, 용접Box 등의 2축 대칭 단면 |
| 휨부재 강도 | 국부좌굴(조밀, 비조밀, 세장)에 대한 모든 한계상태 고려 |
| 횡비틀림 좌굴에 대한 한계상태 고려 | |
| 사용성 | 처짐 및 진동 |
| 검토 및 설계 단면 | 사용자 지정 단면, 프로그램에 의해 선택된 최적 단면 |
| 화면 그래픽 | 모든 설계과정을 화면에 다양한 그래픽으로 나타냄 |
| 보고서 | 상세계산서 및 각종 요약표 |
| 정확성 | 현행 기준에 따른 매우 정확한 해석 및 설계(AISC Steel Design Guide 11의 Examples와 비교하여 검증) |
| 기타 | 데이터입력파일(검증용, 기타 예제), 상세한 사용자 매뉴얼 제공 |
계단 시스템의 종류
- 형상 : 선형 강재계단, 중간참이 있는 선형 강재계단
- 다이아프램 : 유연 및 강체 시스템
스트링거 부재 단면 설계
- 스트링거 부재의 휨강도, 전단강도, 처짐, 진동 계산
- 사용자가 정의한 단면의 스트링거 검토
- 자동설계기능에 의해 강도, 처짐, 진동을 고려한 스트링거의 최적단면 선택
계단 시스템에 대한 진동평가
- 수직 및 횡 방향에 대한 고유진동수, 위치 보정계수, 가속도, 진동영향 평가
- 반응자의 위치와 보행자의 위치에 따른 가속도 산정
- 보행자의 하강경로에 따른 반응자 위치의 가속도 산정
- 사용자가 정의한 반응자와 보행자의 위치에 대한 진동영향 평가
- 자동설계기능에 의한 가장 불리한 반응자와 보행자의 위치에 대한 진동영향 평가
- 1인 및 그룹의 하강속도에 따른 진동영향 평가
- 프로그램의 정확성을 AISC Steel Design Guide 11의 Examples와 비교하여 검증