포털 철골 산업 건물에 대한 지식 대중화를 놓치지 마세요
일반적으로 포털 철골 산업 건물은 산업 빌딩 주요 하중 지지 시스템으로 철골 구조를 사용합니다. 이 건물의 설계 핵심은 포털 철골 프레임을 주요 하중 지지대로 사용하는 것입니다. 일상적으로 사용하는 문과 같은 형태로, 건물의 주요 구조 중량을 견딜 만큼 단순하면서도 안정적입니다. 또한, 일반적인 경량형으로, 주요 하중 지지 부재로 철골 보와 철골 기둥을 사용하여 포털 철골 산업 건물의 전형적인 "문" 모양의 레이아웃을 형성합니다.
포털 철골 산업 건물의 구조적 형태는 실제 필요에 따라 유연하게 조정될 수 있습니다. 특히 경량 포털 철골 산업 건물은 다음과 같은 경우에 적합합니다. 강철 작업장 건물생산용 크레인 없이도 대형 자재/장비 운반을 위해 크레인이 필요한 경우, 대형 크레인은 필수입니다. 레이아웃 측면에서 단일 경간, 이중 경간, 다중 경간 옵션을 제공하며, 처마 돌출부, 부속 구조물을 장착하거나 업그레이드할 수도 있습니다.다층 철골 건물프로젝트 요구 사항에 따라 맞춤형 수정(예: 방수 처마 돌출부, 소형 보조 부속 건물)도 가능합니다.
이러한 장점 덕분에 포털 철골 산업 건물은 건설 업계의 요구에 매우 적합합니다. 과도한 지지 기둥이 없어 공장 장비 설치, 창고 물품 보관, 작업자 작업 시 방해 요소를 피할 수 있습니다. 또한, 주요 구성 요소를 공장에서 사전 제작하여 현장에서 조립할 수 있어 포털 철골 산업 건물의 공사 기간을 단축할 뿐만 아니라 일관된 품질을 보장합니다. 또한, 풍하중, 강설, 지진에 대한 내성이 뛰어나 장기적인 안정성을 보장합니다.
오늘날 포털형 철골조 산업 건물은 공장 작업장이나 대규모 창고 부지뿐만 아니라 상업 시설, 문화 및 엔터테인먼트 시설에도 널리 사용됩니다. 실제로, 개방형 내부 공간이 필요한 모든 프로젝트는 조립식 포털형 철골조 산업 건물을 우선시합니다. 기능성, 효율성, 그리고 내구성의 균형을 이루는 조립식 포털형 철골조 산업 건물이 현대 건축에서 인기를 끄는 주요 이유입니다.
포털 스틸 프레임 산업 건물의 구성 요소 및 구조 세부 사항을 쉽게 이해하세요
포털 철골 산업 건물의 주요 구조 부재에서 기둥과 지붕 보는 솔리드 웹(Solid Web) H형 또는 격자형 부재로 설계될 수 있습니다. 강재 소비량을 줄이기 위해 이러한 부재는 굽힘 모멘트 선도 분포에 따라 가변 단면을 채택할 수도 있습니다. 솔리드 웹 부재는 강재 사용량이 약간 더 많지만, 제작이 용이하고 포털 철골 산업 건물의 실제 프로젝트에 널리 적용됩니다.
포털 철골 산업 건물의 2차 구조의 경우, 지붕 퍼린과 벽체 거트에는 냉간 성형 박벽 강재가 선호됩니다. 공장의 기둥 간격이 12m를 초과하는 경우에는 트러스형 퍼린이 더 경제적입니다. 휨 부재로서, 2차 구조는 볼트를 통해 주 강체 프레임에 연결됩니다. 즉, 외함 시스템의 하중을 지지하고 주 구조물로 전달하며, 포털 철골 산업 건물에서 주 구조물의 전반적인 안정성을 향상시키는 횡방향 지지력을 제공합니다.
포털 철골 산업 건물 외벽 시스템의 핵심은 클래딩 패널로, 일반적으로 롤 성형된 얇은 금속판이나 기타 경량 복합 재료로 제작됩니다. 이 패널들은 바람, 눈, 시공 하중과 같은 외부 하중을 견딜 수 있도록 특수한 방법을 통해 2차 구조물과 연결됩니다. 클래딩 패널은 2차 구조물에 의해 지지될 뿐만 아니라 2차 구조물의 측면 지지력도 제공하여 2차 구조물의 안정성을 어느 정도 향상시킨다는 점에 유의해야 합니다.
더욱이, 클래딩 패널이 2차 구조물에 접합된 후에는 자체 평면에서 강한 전단 강성을 형성하는데, 이는 흔히 "다이어프램 효과"로 알려진 현상입니다. 이 효과 덕분에 평면 하중을 받는 포털 철골 산업 건물은 일정한 공간적 구조적 성능을 가질 수 있습니다.
또한, 포털 철골 산업 건물의 지붕 브레이싱과 기둥 사이 브레이싱은 일반적으로 인장재로 설계되며, 조여진 크로스 라운드 강철 브레이싱이 선호됩니다. 구조물에 5톤 이상의 크레인이 있는 경우, 기둥 사이 브레이싱을 앵글 강철 또는 기타 형강 브레이싱으로 교체해야 합니다. 포털 철골 산업 건물의 중이층 구조 부분의 기둥 사이 브레이싱에도 앵글 강철 또는 기타 형강 브레이싱을 선택해야 합니다.
실제 건축 요건에 따라 다양한 크기의 포털 철골 프레임 요소를 배치하고 조합하여 다양한 구조 형태를 형성할 수 있으며, 이는 다양한 단층 건물의 용도에 부합합니다. 일반적인 형태에는 부분 메자닌, 환풍구 또는 난간, 린투, 처마 돌출부 등이 있습니다. 또한 단일 경사, 단일 용마루와 이중 경사를 가진 다중 경간, 다중 용마루와 다중 경사를 가진 다중 경간, 그리고 고경간과 저경간을 결합한 형태로 설계될 수 있습니다. 또한, 프레임형 포털 철골 프레임도 일부 시나리오에서 사용됩니다.
▪ 기본 형태 포털 철골 건물â € <
▪ 로컬 2층 조인트는 다층 프레임 시스템을 의미합니다.
포털 강철 프레임의 파생 구조 형태에서도 크레인 장비는 실제 필요에 따라 유연하게 배치할 수 있으며, 동시에 일부 2층 공간을 추가할 수도 있습니다.
기본적으로 박공형 포털 프레임도 다중 경간 포털 프레임 범주에 속합니다. 주요 차이점은 중간 기둥에 있는데, 이 기둥의 단면 방향은 기존 포털 프레임 기둥과 비교해 90도 회전되어 있습니다.
표준 및 일반 등급을 기반으로 한 포털 강철 프레임 산업 건물용 강철 선택
포털 프레임 산업 건물에 대한 강철 선택은 중국 국가 표준을 기반으로 해야 합니다. 강구조 설계기준 (GB 50017) 및 경량 포털 프레임 건물의 철골 구조에 대한 기술 사양 (GB 51022). 일반적으로 사용되는 강종과 그 적용 사례는 다음과 같습니다.
가장 널리 사용되고 경제적인 Q235 강재는 항복 강도가 235N/mm²이며, 강도, 연성, 용접성이 우수합니다. 크레인이 없거나 소형 크레인을 사용하는 대부분의 포털 골조 건물의 요건을 충족합니다. 또한, 주요 골조(보, 기둥)뿐만 아니라 보조 구조물(퍼린, 벽체 거트)에도 일반적으로 사용되는 강재입니다.
Q355 강재(이전 명칭: Q345)는 항복 강도가 355N/mm²로, 더욱 중요한 구성 요소에 적합합니다. 이 강재의 강도는 Q235 강재보다 약 36% 높습니다. 구조물의 스팬이 크거나, 하중이 크거나(대형 크레인 등), 기둥 간격이 넓은 경우, Q355 강재를 사용하면 구성 요소의 단면 크기를 효과적으로 줄이고 강재 소비량을 절감할 수 있습니다. 단가는 다소 높지만, 전반적인 경제성이 우수하여 큰 하중을 받는 주요 프레임(보, 기둥)에 자주 사용됩니다.
Q390, Q420, Q460과 같은 고강도 강재는 포털 프레임에 거의 사용되지 않으며, 특수 대형 크레인이나 극한 하중 조건을 가진 초대형 프로젝트에만 고려됩니다. 전반적으로 Q235B 또는 Q355B는 주요 프레임(보, 기둥)에 일반적으로 사용되는 반면, Q235 강재는 보조 구조물(퍼린, 벽체 거트)에 주로 사용됩니다.
포털 강철 프레임 산업 건물을 위한 실용적인 레이아웃 원칙
포털 철골 산업 건물의 배치는 횡방향 강성 골조, 종방향 버팀대, 외벽 시스템, 그리고 보조 구조물에 중점을 둔 체계적인 계획 논리를 따릅니다. 세부 사항은 다음과 같습니다.
- 측면 강성 프레임 레이아웃(주요 측면 힘 저항 시스템): 포털 철골 산업 건물의 "골격"인 횡방향 강성 골조는 모든 수직 하중과 횡방향 하중을 지지합니다. 경간의 경우, 생산 라인 폭, 장비 배치, 물류 통로와 같은 공정 요건을 기반으로 결정해야 합니다. 일반적인 경제적 경간은 18m에서 36m 사이입니다. 더 긴 경간(예: 45m 이상)도 기술적으로 가능하지만, 경제성 비교가 필요합니다. 경우에 따라 트러스나 브래킷을 사용하는 것이 비용 효율적일 수 있습니다. 횡방향 강성 골조는 단일 경간, 이중 경간 또는 다중 경간으로 배치될 수 있습니다. 다중 경간 배치에서 중간 기둥은 일반적으로 핀 엔드 기둥 형태를 채택하며, 이 기둥은 보에 힌지로 연결되어 시공을 간소화하고 자재를 절약합니다. 기둥 간격(즉, 강성 골조 사이의 거리)은 강재 소비와 경제성에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 일반적인 경제적 기둥 간격은 6m에서 9m이며, 크레인이 없거나 소톤수 크레인을 사용하는 경우에는 7.5m 또는 8m가 널리 사용됩니다. 기둥 간격을 늘리면(예: 12m) 강체 프레임 보와 크레인 보의 철근 소비량이 크게 증가하지만, 강체 프레임과 기초의 개수는 감소합니다. 따라서 종합적인 균형이 필요하며, 퍼린과 벽체 거트의 철근 소비량 또한 그에 따라 증가합니다. 처마 높이는 서비스 여유 공간, 크레인 레일 상단 높이, 그리고 지붕 구조물 높이에 따라 결정됩니다. 지붕 경사는 일반적으로 5%에서 10%(약 1/20에서 1/10)입니다. 경사가 너무 작으면 배수에 불리하고, 경사가 너무 크면 건물 용적과 철근 소비량이 증가합니다.
- 종방향 보강 시스템 레이아웃(전반적인 안정성 보장): 종방향 브레이싱 시스템은 포털형 강철 프레임 산업 건물의 "인대" 역할을 하며, 개별 횡방향 강체 프레임을 안정적인 공간 전체로 연결하여 종방향 하중(종방향 풍하중, 지진력, 종방향 크레인 제동력 등)을 지지하고 설치 중 안정성을 보장합니다. 배치 위치와 관련하여, 지붕 수평 브레이싱은 일반적으로 온도 구간의 끝 베이(첫 번째 또는 두 번째)와 중간 베이에 일정 간격(예: 60m 이하)으로 배치됩니다. 긴 작업장의 경우, 온도 신축 이음매를 설치하고 이음매 양쪽에 브레이싱을 설치해야 합니다. 기둥 간 브레이싱은 지붕 수평 브레이싱과 동일한 베이에 배치하여 횡력에 강한 트러스 시스템을 형성하고 하중을 기초로 전달해야 합니다. 배치 거푸집에는 일반적으로 턴버클을 사용하여 조이는 크로스 원형 강철 또는 앵글 강철 크로스 거푸집이 사용됩니다. 원형 강철 브레이싱은 가볍고 경제적이며, 인장재로 설계된 인장력만 지지하기 때문에 가장 일반적인 거푸집입니다. 큰 문이나 통로가 있는 곳에 교차 브레이싱을 설치할 수 없는 경우, 포털 브레이싱을 대신 사용할 수 있습니다. 포털 브레이싱의 핵심 기능은 강체 프레임 기둥의 유효 길이를 줄이기 위해 면외 지지점을 제공하고, 종방향 수평력을 전달하고 저항하며, 설치 중 구조물의 전반적인 안정성을 보장하는 것입니다.
- 인클로저 시스템 및 보조 구조 레이아웃: 포털 철골 건물에서 퍼린과 벽체 거트의 배치 간격은 주로 지붕 패널과 벽체 패널의 강도와 강성에 따라 결정되며, 일반적으로 1.5m 간격을 유지합니다. 퍼린과 벽체 거트의 면외 유효 길이를 줄이고 하중 지지력을 향상시키기 위해, 일반적으로 원형 강재로 제작된 타이로드와 스트럿 시스템을 설치하여 안정적인 하중 지지 시스템을 구성해야 합니다. 풍주(wind column)는 박공벽 패널에서 전달되는 풍하중을 지지하기 위해 박공에 배치되며, 상단은 단판을 통해 강체 프레임 보에 힌지로 연결되어 수평 및 수직력을 모두 전달합니다.
- 요약 핵심 레이아웃 프로세스: 포털 철골 건물의 핵심 레이아웃 프로세스는 "수요 중심 → 사전 계획 → 체계적인 레이아웃 → 계산 및 최적화"의 논리를 따릅니다. 먼저, 공정 요건을 기반으로 경간, 높이, 크레인 톤수, 도어 위치를 결정합니다. 이후 경제적으로 합리적인 기둥 간격(예: 7.5m)과 지붕 경사(예: 1/10)를 확인합니다. 다음으로, 측면 강체 프레임을 배치하여 주요 하중 지지 시스템을 형성합니다. 이후 종방향 가새를 설치하고, 지붕 가새와 기둥 간 가새를 끝 베이와 온도 구간 중간에 설치하여 안정적인 공간 구조를 구축합니다. 이후, 퍼린, 벽 거트 및 타이로드 시스템과 같은 보조 구조물을 합리적으로 배치합니다. 마지막으로, 박공 시스템을 설정하고 풍주를 배치합니다. 궁극적으로 모든 레이아웃은 모든 레이아웃 원칙이 충족되도록 구조 계산 소프트웨어(예: PKPM, YJK)를 사용하여 모델링, 계산 및 최적화해야 합니다.
포털 강철 프레임 산업 건물의 설계 포인트: 내진성 및 방화
내진성을 갖춘 포털 철골 산업 건물을 설계할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항은 전체 레이아웃의 합리성입니다. 작업장 구조의 질량과 강성은 균등하게 분포되어야 합니다. 이를 통해 작업장이 지진 작용 시 균일하게 힘을 받고 동시에 변형되어 국부적인 과적 및 불균일한 강성으로 인한 구조적 손상 위험을 최소화할 수 있습니다. 횡방향 구조 설계의 경우, 강성 프레임이나 지붕 트러스와 기둥이 일정 수준의 압밀을 형성하는 프레임이 더 적합합니다. 이러한 설계는 강구조의 하중 지지 성능을 최대한 활용하고, 횡방향 구조 변형을 줄이며, 내진 성능을 더욱 향상시킵니다.
특히 포털 철골 산업 작업장의 손상은 대부분 부재 강도 부족보다는 부재 불안정성으로 인해 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 브레이싱 시스템의 합리적인 배치가 매우 중요합니다. 기둥 간 브레이싱 및 지붕 트러스 수평 브레이싱과 같은 구성 요소의 과학적 배치는 작업장 구조의 전반적인 안정성을 효과적으로 보장하고 지진 작용 시 부재 불안정성을 방지할 수 있습니다. 또한, 구조 연결 노드의 설계는 엄격하게 관리되어야 합니다. 구조 부재의 전체 단면이 파괴되기 전에 노드가 파괴되지 않도록 하여 부재가 소성 가공 상태에 진입하고 지진 에너지를 완전히 흡수하도록 하고, 이를 통해 건물의 내진성을 극대화하는 것이 필수적입니다.
포털 강철 프레임 산업 건물의 핵심 장점: 효율성, 자중 및 공간 적응성
산업 분야에서 포털 철골 산업 건물이 인기를 끄는 이유는 여러 측면에서 실용적인 이점을 제공하기 때문입니다. 시공 효율성 외에도, 이러한 건물의 철골 구조 부재는 공장에서 대량 생산이 가능하여 복잡한 현장 타설 작업이 필요 없습니다. 시공 현장으로 운반된 후 부재 조립만으로 건물을 완성할 수 있습니다. 전체 공정이 간단하고 효율적이어서 프로젝트 시공 주기를 크게 단축하고 기업의 생산 개시를 앞당길 수 있습니다.
건물 자중 측면에서 포털 철골 산업 건물의 장점은 더욱 두드러집니다. 건물의 구조적 질량을 약 30%까지 줄일 수 있습니다. 이러한 특징은 두 가지 경우에 특히 중요합니다. 하나는 기초 지지력이 낮은 지역에서 자중이 가벼워 기초에 가해지는 압력을 줄이고 기초 보강 비용을 절감할 수 있습니다. 다른 하나는 내진 보강 강도가 높은 지역에서 가벼운 구조물이 지진 작용 시 관성력을 줄여 기존 철근 콘크리트 구조 시스템에 비해 종합적인 경제성이 훨씬 뛰어납니다.
포털형 철골 산업 건물은 공간 활용도와 기능적 적응성 측면에서도 우수한 성능을 발휘합니다. 경제적인 경간은 일반적으로 24~30m로, 충분한 작업 공간을 제공하고 기계 가공 및 물류 보관과 같은 다양한 산업 활동의 넓은 공간 요구를 충족합니다. 동시에 구조 설계는 높은 유연성을 제공합니다. 기업은 실제 생산 요구에 따라 구조물을 다층 또는 다경간 구조로 조정할 수 있으며, 크레인과 같은 특수 산업 장비를 설치하여 다양한 산업의 생산 시나리오에 완벽하게 대응할 수 있습니다.
방화 설계: 강철의 내열성 단점을 해결하고 붕괴 위험을 방지합니다.
포털 철골 산업 건물은 눈에 띄는 약점을 가지고 있습니다. 바로 철골 구조의 내화성이 낮다는 것입니다. 철골 온도가 100℃를 초과하면 온도가 상승함에 따라 성능이 점진적으로 저하됩니다. 인장 강도는 지속적으로 감소하고 가소성은 증가합니다. 온도가 500℃에 도달하면 철골 강도가 극도로 낮아져 건물의 무게를 지탱하지 못하고 결국 철골 구조가 붕괴될 수 있습니다.
따라서 설계 기준은 철골 구조물의 표면 온도가 150℃를 초과하는 환경에 노출될 가능성이 있는 경우 단열 및 방화 조치를 취해야 한다고 명시하고 있습니다. 현재 업계에서 가장 널리 사용되는 해결책은 철골 구조물 표면에 내열 코팅을 적용하는 것입니다. 내열 코팅은 고온 환경에서 단열층을 형성하여 철골 온도 상승 속도를 늦추고, 화재 진압 시간을 벌며, 철골의 급격한 성능 저하를 방지하여 건물 붕괴 위험을 효과적으로 방지합니다.
저자 정보 : K-HOME
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