먼저, 철골 구조물의 특징은 무엇일까요?
1. 높은 재료 강도와 경량성. 강철은 높은 강도와 탄성 계수를 가지고 있습니다. 콘크리트나 목재에 비해 밀도 대비 항복 강도 비율이 상대적으로 낮습니다. 따라서 동일한 응력 조건에서 강철 구조물은 단면적이 작고 가벼우며 운반 및 설치가 용이하여 넓은 경간, 높은 높이, 무거운 하중을 견뎌야 하는 구조물에 적합합니다.
2. 강철은 우수한 인성, 소성, 균일한 재질, 높은 구조적 신뢰성을 가지고 있습니다. 충격 및 동적 하중을 견디는 데 적합하며 내진 성능도 뛰어납니다. 강철의 내부 구조는 균일하고 등방성 균질체에 가깝습니다. 따라서 강철 구조물의 실제 작동 성능은 계산 이론과 더욱 잘 일치합니다. 그러므로 강철 구조물은 높은 신뢰성을 지닙니다.
3. 철골 구조물의 제조 및 설치는 기계화 수준이 매우 높습니다. 철골 구조 부재는 공장에서 쉽게 제조하고 현장에서 조립할 수 있습니다. 공장에서 기계화된 철골 구조 부재로 제조된 완제품은 정밀도가 높고 생산 효율이 높으며 현장 조립 속도가 빠르고 공사 기간이 짧습니다. 철골 구조물은 산업화 수준이 가장 높은 구조물입니다.
4. 강철 구조물은 밀폐 성능이 우수합니다. 용접 구조는 완벽하게 밀폐될 수 있으므로 기밀성 및 방수성이 뛰어난 고압 용기, 대형 유정, 압력관 등으로 제작할 수 있습니다.
5. 철골 구조물은 내열성은 뛰어나지만 내화성은 없습니다. 온도가 150°C 이하일 때는 철의 물성 변화가 미미합니다. 따라서 철골 구조물은 고온 작업장에 적합하지만, 구조물 표면이 약 150°C 정도의 열복사에 노출될 경우 단열판으로 보호해야 합니다. 온도가 300°C~400°C에 도달하면 철의 강도와 탄성 계수가 모두 크게 감소합니다. 약 600°C에 이르면 철의 강도는 거의 0에 가까워집니다. 특별한 방화 기준이 요구되는 건물에서는 내화성을 높이기 위해 철골 구조물을 내화재로 보호해야 합니다.
6. 철골 구조물은 특히 습하고 부식성이 강한 환경에서 내식성이 약하고 녹이 슬기 쉽습니다. 일반적으로 철골 구조물은 방청 처리, 아연 도금 또는 도색을 하고 정기적으로 유지 보수해야 합니다. 해수에 설치되는 해양 플랫폼 구조물의 경우 부식을 방지하기 위해 "아연 블록 양극 보호"와 같은 특별한 조치가 필요합니다.
7. 저탄소, 에너지 절약, 친환경적이며 재사용이 가능합니다. 철골 구조 건물의 철거 시 건설 폐기물이 거의 발생하지 않으며, 철은 재활용 및 재사용이 가능합니다.
둘째, 철골 구조물에 필요한 자재:
1. 강도: 강재의 강도 지표는 탄성 한계 σe, 항복 한계 σy, 인장 한계 σu로 구성됩니다. 설계는 강재의 항복 강도를 기준으로 합니다. 항복 강도가 높으면 구조물의 무게를 줄이고, 강재 사용량을 절감하며, 시공 비용을 낮출 수 있습니다. 인장 강도 σu는 강재가 손상되기 전에 견딜 수 있는 최대 응력입니다. 이 경우 구조물은 큰 소성 변형으로 인해 사용성을 잃지만, 붕괴되지 않고 크게 변형될 수 있으며, 드문 지진에도 견딜 수 있는 구조물의 요구 사항을 충족해야 합니다.
2. 소성: 강철의 소성은 일반적으로 항복점을 초과하는 응력에도 파괴 없이 상당한 소성 변형을 나타내는 특성을 말합니다. 강철의 소성 변형 능력을 측정하는 주요 지표는 연신율 δ와 단면 수축률 ψ입니다.
3. 냉간 굽힘 성능: 강재의 냉간 굽힘 성능은 상온에서 굽힘 가공으로 인해 소성 변형이 발생할 때 강재의 균열 저항성을 측정하는 것입니다. 강재의 냉간 굽힘 성능은 특정 굽힘 각도에서 강재의 굽힘 변형 성능을 시험하기 위해 냉간 굽힘 시험을 사용하는 것입니다.
4. 충격 인성: 강철의 충격 인성은 충격 하중 하에서 파괴 과정 동안 기계적 운동 에너지를 흡수하는 능력을 말합니다. 이는 강철이 충격 하중에 저항하는 정도를 측정하는 기계적 특성으로, 저온 및 응력 집중으로 인한 취성 파괴에 대한 저항성을 나타냅니다. 강철의 충격 인성 지수는 일반적으로 표준 시편에 대한 충격 시험을 통해 얻습니다.
5. 용접 성능: 강재의 용접 성능은 특정 용접 공정 조건에서 우수한 성능을 갖는 용접부를 얻을 수 있는 능력을 의미합니다. 용접 성능은 용접 중 성능과 사용성 측면에서의 용접 성능으로 나눌 수 있습니다. 용접 중 성능은 용접 시 열 균열이나 냉각 수축 균열이 발생하지 않도록 용접부와 용접부 주변 금속의 민감도를 나타냅니다. 우수한 용접 성능이란 특정 용접 공정 조건에서 용접 금속과 주변 모재에 균열이 발생하지 않는 것을 의미합니다. 사용성 측면에서의 용접 성능은 용접부의 충격 인성과 열영향부의 연성을 나타냅니다. 용접부와 열영향부의 강재의 기계적 특성이 모재의 특성보다 낮아서는 안 됩니다. 우리나라는 용접 공정 중 용접 성능 시험법과 사용성 측면에서의 용접 성능 시험법을 모두 채택하고 있습니다.
6. 내구성: 강철의 내구성에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있습니다. 우선, 강철은 내식성이 약하므로 부식 및 녹 발생을 방지하기 위한 보호 조치가 필수적입니다. 이러한 보호 조치에는 강철 페인트의 정기적인 유지 보수, 아연 도금 강판 사용, 산, 알칼리, 염과 같은 강부식성 환경에서의 특수 보호 조치 등이 포함됩니다. 예를 들어, 해양 플랫폼 구조물은 외피 부식 방지를 위해 "양극 보호" 방식을 채택합니다. 외피에 아연괴를 고정하면 해수 전해액이 아연괴를 먼저 부식시켜 외피를 보호하는 역할을 합니다. 둘째, 강철의 파괴 강도는 고온 및 장기 하중 조건에서의 단기 강도보다 훨씬 낮기 때문에 장기간 고온 조건에서의 내구성을 측정해야 합니다. 강철은 시간이 지남에 따라 경화되고 취성이 커지는 "노화" 현상이 발생하므로 저온 하중 조건에서의 충격 인성을 시험해야 합니다.
게시 시간: 2025년 1월 22일