브레이스 구조란 무엇인가?

구조 역학의 교과서를 보면, '라면 구조'나 '트러스 구조'의 풀리는 방법은 써 있는데, 브레이스 구조의 풀리는 방법은 쓰지 않습니다. 그렇게 간단하기 때문에 이유는 무엇입니까?

 

날카로운 사람은 트러스 구조와 브레이스 구조가 동일하다는 것을 알 수 있습니다. 하지만 제가 초학자였을 때와 같이 『전문용어』가 하나 다른 것만으로, 이것은 다른 구조라고 생각해 버리는 것입니다. 이번에는, 그런 브레이스 구조를 풀는 방법에 대해 소개합니다. 

 

브레이스 구조

브레이스 구조란, 라면 구조에 이어 채용되고 있는 구조 형식입니다. 라멘 구조가 기둥과 보를 강강하게 접합하여 지진이나 장기 하중에 견디는 구조에 대해, 브레이스 구조는 『브레이스』라고 불리는 대각 부재로 지진력을 부담시켜 합리적으로 부재 단면을 사용하는 것 수 있습니다.

 

왜, 브레이스 구조가 합리적인가 하면, 브레이스에는 축력밖에 작용하지 않기 때문입니다. 트러스 구조를 보면 잘 알 수 있듯이 기둥과 보, 브레이스에 의해 삼각형이 만들어지기 때문입니다. 굽힘 모멘트에서는 조금밖에 하중을 부담할 수 없는 부재에서도, 축력이라면 많은 하중을 부담할 수 있습니다. 

 

물리적 논리는 한 구석에서 생각합니다. 얇은 막대기는 손으로 쉽게 구부러지지만 인장하고 변형시키려고 해도 꽤 어렵습니다. 즉, 축력으로 힘을 전달하는 것은 작은 부재로 큰 힘을 전달할 수 있는 방법입니다.

 

브레이스 구조로 유의할 점

브레이스 구조로 유의하는 계산 항목은 3개 있습니다. 아래와 같습니다.

• 브레이스의 응력 계산
• 브레이스의 단면 산정
• 브레이스의 보유 내력 접합

상기의 3점에 대해서, 각각 설명합니다.

 

브레이스의 응력 계산

우선, 브레이스의 응력 산정에서 주의가 필요한 점은, 수평력이 벡터분, 할증되는 것입니다. 수평력의 방향은 X 또는 Y 방향입니다. 이 방향은 모두 수평 힘입니다. 그러나 대각선 브레이스는 비스듬한 부재이므로 α = 비스듬한 길이 / 수평 길이 만의 증가가 지진력에 걸립니다.

 

다음으로 브레이스의 단면 산정입니다. 일반적으로 브레이스는 인장력에만 적용됩니다. 무슨 일이라든지, 앞서 쓴 것처럼 브레이스는 가는 단면으로 큰 하중을 부담할 수 있습니다. 그러나, 지진력은 정음으로 작용하기 때문에, 반드시 인장, 압축력의 양쪽이 작용합니다. 그러나, 부재를 가늘게 하면, 「좌굴」해, 매우 하중을 부담할 수 있는 것은 아닙니다.

 

따라서, 브레이스는 보통 「타스키걸(배튼의 브레이스)」로 하는 것입니다. 이렇게 하면 양과 부의 지진력이 작용해도 인장력이 작용하는 브레이스를 설계하면 됩니다.

 

물론, 좌굴에 견딜 수 있는 브레이스로 하면, 한쪽만 브레이스를 배치해도 OK입니다. 예를 들어, 앵글재라든지 채널재라든지, 좌굴 내력이 있는 부재는 양부 방향으로 견딜 수 있습니다. 다만 이번에는 인장 브레이스만을 화제로 합시다.

 

또, 여기서 말하는 브레이스는, 어디까지나 지진력을 견디는 브레이스를 말합니다. 일반적으로 브레이스는 내진 요소입니다. 장기 하중은 부담시키지 않는 것이 보통입니다. 

 

브레이스의 단면 산정

그런데, 인장 브레이스의 단면 산정에도 주의점이 있습니다. 그것은 단면적과 유효 단면적을 틀리지 않습니다. 유효 단면적이란 단면적에서 볼트 구멍이나 편심 굽힘의 영향을 고려하여 단면적을 작게 추정하는 것입니다.

경우에 따라서는 단면적의 절반 정도까지 유효 단면적이 작아지는 경우도 있습니다.