국내의 구조엔지니어가 합성기둥설계의 실무에 사용하고 있는 기존 국내 상용컴퓨터프로그램들은 구조기준(KBC2016)에 적합하게 설계되지 않고, 기준이 요구하는 모든 사항을 검토하지 않고 있으며, 다양한 합성단면의 기둥을 설계할 수 없다.
여기에 소개하는 ComColumn은 구조기준에 적합하게 합리적으로 설계할 수 있도록 구조설계의 경험이 많은 여러 구조엔지니어와 협의하여 개발한 합성기둥 설계프로그램이다.
프로그램의 주요 특징 및 적용 범위
| 구분 | 포함내용 |
| 소요강도 | 안정성 설계방법(직접해석법, 증폭1차해석법)에 따른 소요강도 산정 |
| 부재강도 | 압축, 인장, 휨, 전단 및 조합력 |
| 하중도입부 구간 | 직접부착강도 검토 후 스터드 전단 연결부 및 지압판 설계 |
| 하중도입부 이외구간 | 직접부착강도 검토 후 스터드 전단 연결부 설계 |
| 단면 구성요소 간 치수 | 콘크리트 피복, 강재와 철근 사이 간격 및 철근 간격 |
| 재료강도 제한 | 콘크리트, 철근 및 형강 |
| 스터드 간격 | 최소 및 최대 |
| 국부좌굴 | 충전형 합성기둥의 조밀, 비조밀, 세장 단면 분류 |
이 프로그램은 구조설계원리와 기준요구사항들을 정확하게 반영하여 아래 그림에 나타낸 다양한 합성단면 기둥을 설계할 수 있으며, 압축력, 휨모멘트, 인장력, 전단력, 하중도입부 구간과 이외 구간의 길이방향 전단력에 대해 검토하고 설계한다.
하중도입부의 직접부착강도가 부족할 경우에는 매입형기둥은 스터드전단연결재, 충전형기둥은 지압띠에 의해 하중전달을 하도록 자동으로 설계된다. 하중도입부 이외구간의 직접부착강도가 부족한 경우에는 매입형 기둥은 스터드전단연결재에 의해 저항하도록 자동으로 설계되고, 충전형 기둥은 좁고 긴 내부공간서 스터드를 설치할 수 없으므로 화면에는 경고문만 나타낸다. 또한 기준에서 요구하는 콘크리트피복두께, 철근간격 및 합성구조요소간의 간격들을 모두 검토한다.
- 현행구조기준(KBC2016)에 따른 매우 정확한 해석 및 설계
- 현행기준 중에 안전하지 않거나 매우 비합리적인 부분은 최근 AISC 360-16적용
- 부재 검토 및 설계 시에 프로그램이 계산한 강재단면특성을 적용(철강회사나 서적에서 제공한 자료에 오류가 있을 수 있다.)
- 기준에 허용된 2축 대칭 합성단면의 종류는 모두 적용
- 단주에서 장주까지 모두 적용
- 안정성 해석법에 따른 소요강도, 설계강도 산정
- 횡력방향(Global 좌표 축)과 기둥단면방향(Local 좌표 축)의 관계를 고려한 소요강도 산정
- 사용자가 수행한 직접해석법에 의한 2차해석값, 직접해석법에 의한 1차해석값 또는 일반1차탄성해석값을 적용하여 소요강도를 결정
- 부재의 인장, 압축, 휨, 전단 및 조합력에 대한 검토 및 설계
- 기준의 3가지 설계전단강도를 모두 계산. 소요전단강도에 대한 검토는 최대 설계전단강도 사용
- 하중도입부 구간의 길이방향 전단력 검토 및 설계
- 하중도입부 이외 구간의 길이방향 전단력 검토 및 설계
- 합성단면의 구성요소간 상세요구 검토
- 각종 그래픽, 각종 분석표, 요약표 및 상세계산서 출력
이외 프로그램이 해석한 순휨강도에 대한 힘의 평형상태를 사용자가 검증할 수 있게 그래픽과 숫자로 나타내어 프로그램의 신뢰성을 확인할 수 있게 하였다. 화면에 나타낸 모든 그래픽은 실제값을 유지하면서 일정하게 축소된 상태로 나타낸다.
비록 KBC2016과 AISC 360의 충전형 설계조항에 조밀단면 이외에 비조밀단면과 세장단면에 대한 설계방법이 포함되어 있지만 비조밀, 세장 단면은 보와의 모멘트접합부설계조건을 만족시키지 못하고, 압축강도와 휨강도가 비합리적으로 크게 낮아지므로 이 프로그램에 적용하지 않았다.
충전형 : 조밀단면만 적용
비조밀, 세장 단면을 적용하지 않은 이유
- 조밀 단면에 비해 매우 비경제적
- 모멘트접합의 폭두께비 적용제한(AIJ)을 벗어남
- 강관에 직접 외력도입 제한적(AISC 360-16)
- EC4는 KBC보다 더 엄격한 조밀단면만 적용
- 사각형 강관은 콘크리트 타설압력에 취약
압축부재의 콘크리트 유용압축응력
휨부재의 콘크리트 유용압축응력