구조재료의 고강도화와 건축물의 사용환경 변화에 따라 건축물은 경량화, 대공간화되어 합성보의 적용은 점차적으로 다시 증가될 것이라고 예상된다.

그러나 합성바닥구조의 공사비는 콘크리트구조에 비해 현저히 높다고 인식되어 왔다.
이러한 인식은 설계자의 비합리적인 구조계획과 국내 기존 상용컴퓨터프로그램들이 구조기준(KBC2016)에 적합한 최적설계를 할 수 없기 때문이다.

여기에 소개하는 ComBeam은 국내 구조 기준 및 해설과 해외기준의 중요 고려사항도 고려하여 합성보를 최적화하여 설계할 수 있도록 새로운 개념으로 개발된 컴퓨터프로그램이다.
이 프로그램에 의한 합성보의 최적화설계는 현재의 기존 국내 상용프로그램에 의한 최적화설계보다 약 20% 이상의 강재량을 절감할 수 있다.

주요특징 프로그램검증-1 프로그램검증-2 타프로그램비교 최적화설계비교 실행예 화면 에디터사용화면

ComBeam과 기존 상용컴퓨터프로그램의 최적화 설계 비교 예

강구조 건축물에서 합성보에 사용하는 강재량은 건물 전체 강재량(기둥, 보, 가새, 접합부 등)의 약 70%(업무시설 기준인 경우) 이상을 차지하므로 합리적인 강구조 건축물로 설계하기 위해서 특히 합성보는 기준에 적합한 최적화 설계가 필요하다.

아래와 같은 일반 사무실 용도의 합성바닥구조 설계조건 예에 대하여 각 프로그램에 의해 합성보들(붉은 점선 안에 있는 합성보)의 최적화 설계를 실행한 결과, ComBeam은 M프로그램에 비해 약 33.6 % 강재량이 절감되었다. B프로그램은 SG1, SG2와 같이 집중하중을 받는 합성보를 설계할 수 없어 최적화설계 비교에서 제외하였다.

설계조건

바닥 용도 : 일반 사무실

구분 입력 데이터
하중 고정하중 = 3.18 kN/m2
(슬래브 자중)
추가고정
하중		 = 2.00 kN/m2
(칸막이벽 포함)
활하중 = 2.50 kN/m2
강재 압연 H형강, Fy = 325MPa
슬래브 평슬래브, 두께 = 135mm, fck = 24MPa
스터드 SB1 : 1-∅19@425
SG1 : 1-∅19@225
SG2 : 1-∅19@125 (프로그램 M)
SG2 : 1-∅19@125, 1-∅19@900,
1-∅19@125(ComBeam)

프로그램 M과 B는 사용자가 직접 스터드 배열(항상 등간격)을 입력하여야 설계할 수 있다. 반면에 ComBeam은 자동 스터드배열기능을 선택하면 하중분포에 따라 스터드들을 자동으로 최적화하여 배열할 수 있다.
각 프로그램의 최적화 설계 결과 비교표
M B ComBeam
부재
기호		 전단연결재 배열 입력
H형강 자동 최적화 선택		 전단연결재 배열 입력
H형강 자동 최적화 선택		 전단연결재 배열 및
H형강 자동 최적화 선택
SB1 H-336ⅹ249ⅹ8ⅹ12(69.2kg/m) H-396ⅹ199ⅹ7ⅹ11(56.6kg/m) H-346ⅹ174ⅹ6ⅹ9(41.4kg/m)
SG1 H-298ⅹ201ⅹ9ⅹ14(65.4kg/m) 설계기능 없음 H-396ⅹ199ⅹ7ⅹ11(56.6kg/m)
SG2 H-482ⅹ300ⅹ11ⅹ15
(114kg/m)		 설계기능 없음 H-500ⅹ200ⅹ10ⅹ16
(89.6kg/m)
수량 4,532 kg, 198ea 3,009 kg, 176ea
  • M 프로그램에 의한 강재 중량 : (5 x 9.0 x 69.2) + (1 x 6.0 x 65.4) + (1 x 9.0 x 114) = 4,532 kg
  • ComBeam에 의한 강재 중량 : (5 x 9.0 x 41.4) + (1 x 6.0 x 56.6) + (1 x 9.0 x 89.6) = 3,009 kg

3,009 kg/ 4,532 kg = 0.664 ⇨ 1 – 0.664 = 0.336 ⇨ ComBeam은 약 33.6 % 절감

이러한 결과는 M 및 B 프로그램의 휨강도 및 휨강성 등이 구조기준에 적합하지 않고, 최적화 알고리즘이 부적절하기 때문이다.