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.

>>계단의 진동평가 개념도

계단의 진동평가 개념도




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주요특징 프로그램검증 타프로그램비교 실행예 화면

강재계단 설계용 상용 컴퓨터프로그램 비교

국내의 기존 상용프로그램에는 강재계단에 대한 진동 평가프로그램이 없어 미국의 상용프로그램과 비교하였다.

구분 M B US SteelStairVib
설계법 AISC X X SDG11(2016) SDG11(2016)

스트링거
부재설계

 사용자 지정 단면 X X X ●
자동 단면 선택 X X X ●
진동
평가		 1인의 보통 속도 하강 X X ● ●
1인의 빠른 속도 하강 X X ● ●
그룹의 빠른 속도 하강 X X ● ●
화면
그래픽		 설계조건 X X ● ●
강도 및 처짐 X X X ●
3가지 하강에 대한 진동 X X X ●
보고서 스트링거부재 설계
일람표		 X X X ●
각종 검토 요약표 X X X ●
요약 계산서 X X ● 각종 검토 요약표에
포함
상세 계산서 X X X ●
비고 프로그램
없음		 프로그램
없음		 부재설계
불가		 국내 유일
 X : 적용할 수 없음
● : 적용할 수 있음
▲ : 적용할 수 있으나 맞지 않음
●?: ▲으로 인해 맞지 않음

* AISC 360-16에서 각종 횡좌굴공식, 세장요소가 있는 단면의 부재의 휨강도, 각형 강관의 설계법 등이 수정되었다. 경제성과 안전성을 고려하여 SteelStairVib에 이를 반영하였다.

* 구조기준에서 제한한 폭두께비를 초과하는 비조밀 ㄷ형강단면부재는 SteelStairVib의 스트링거 설계에 적용할 수 없다.

AISC SDG 11의 예제 4.6과 비교한 결과 SteelStairVib는 매우 정확하다.

SDG11(2018.7.27 변경) 빠른 속도 하강 R=0.6적용

구분 AISC SDG 11
Example 4.6		 US Program SteelStairVib
설계법 AISC SDG11(2016) SDG11(2016) SDG11(2016)
고유진동수 수직 7.02 ≥ 5.0 Hz fn ≥ 5.0 Hz 7.00 ≥ 5.0 Hz
수평 4.73 ≥ 2.5 Hz fn ≥ 2.5 Hz 4.73 ≥ 2.5 Hz
활동 구분 1인의 보통 속도 하강 1.44 %g 1.44 %g 1.45 %g
1인의 빠른 속도 하강 2.49 %g 2.49 %g 2.50 %g
그룹의 빠른 속도 하강 7.47 %g 7.48 %g 7.50 %g

US 상용프로그램의 실행 결과