Question :
수업시간에 복합구조시스템으로 콘크리트 충전강관(CFT)에 대한 간단한 설명을 들었는데,
정리가 잘 되지않아요. ^^
이 구조시스템의 장점과 단점에 대해 간략한 정리 부탁드립니다. ^^
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Answer :
C.F.T 란 Concrete Filled Steel Tube의 약어로 우리말로 콘크리트충전 강관이라고 합니다.
C.F.T는 복합구조시스템에서 주로 기둥부재로 일본과 미국을 중심으로 많이 사용하고 있으며, 우리나라는 초기단계로 앞으로 많은 건물에 적용될 것으로 예상되어집니다.
콘크리트충전 강관기둥이란 폐단면 강관(원형강관 또는 각형강관)에 콘크리트를 채워 넣어 강관과 콘크리트를 일체화시킴으로써 부재내력 및 강성을 증가시킨 합성기둥입니다.
일본에서는 C.F.T가 중,저층건물의 기둥으로 많이 적용되는데, 기둥이 비교적 작은 관계로 강관기둥속에는 철근을 배근하지 않고 사용하는 것이 일반적입니다.
이에 비하여 미국의 C.F.T 적용사례들을 살펴보면 주로 초고층건물의 기둥에 적용되는 관계로, 큰 직경의 강관기둥속에는 철근을 배근하여 사용하고 있습니다.
콘크리트충전 강관기둥에서 기둥외피를 구성하는 폐단면인 강관은 일반 철근콘크리트 기둥의 Tie Bar(Hoop)와 같은 역할을 담당하여 강관속의 콘크리트를 구속(Confinement)하는 효과를 가져와 콘크리트의 내력상승을 유도합니다.
한편, 강관 내부에 충전된 콘크리트는 강관기둥의 국부좌굴 및 횡비틀림에 대한 보강효과를 가져다줌으로써 강관의 구조적 성능을 상승시킵니다.
이와 같이 강관과 내부에 충전된 콘크리트는 서로에게 상호보완 및 상승효과를 가져다줌으로써 효율적인 합성기둥이 되는 것입니다.
즉, 콘크리트충전 강관기둥은 강관과 콘크리트의 상호 합성작용으로 인하여 각 부재의 강도를 단순히 누가한 것 이상으로 내력을 발휘합니다. 이는 콘크리트충전 강관기둥의 외부강관이 콘크리트를 구속하는 효과에 의하여 강관내부에 콘크리트의 압축강도가 상승하며, 충전된 내부 콘크리트에 의하여 강관의 국부좌굴이 방지되므로 뛰어난 변형능력을 발휘하기 때문입니다.
콘크리트 구속효과(Confinement Effect)는 원형강관이 각형강관에 비하여 우수한데, 이는 원주방향의 압력이 콘크리트를 효율적으로 구속함으로써 콘크리트의 체적팽창을 억제시켜주기 때문입니다.
이와같은 C.F.T 기둥의 부재내력상승은 기둥단면을 적게, 기둥간격은 크게 할 수 있어 건축계획적인 면에서 유효공간확보에 유리할 뿐만 아니라 높은 강성으로 좌굴하중이 증가되고, 태풍 및 지진시 횡변위가 감소되어 사용성(Serviveability)을 향상시킵니다.
한편, 구조재료면에서 강관속에 충전하는 콘크리트로 고강도콘크리트를 사용하는 것이 보다 효율적입니다.
강관 내부에 콘크리트를 충전한 기둥은 구미에서 비교적 오래 전부터 가끔 사용된 경우가 있으나, 건축구조분야에서 본격적으로 사용하기 시작한 것은 1950년 경 부터입니다.
콘크리트를 강관에 채워 넣은 기록은 Sewell(1902)에 의해 시작되었는데, Sewell은 Box Column에 콘크리트를 채워서 강관 표면의 녹을 방지하려고 하였다고 합니다.
그러나 그 기둥이 우연히 과하중을 받게 되었을 때 축방향내력이 25% 정도 증가한다는 사실을 알게 되었고, 그 후 Considere(1906)는 구속된 상태의 콘크리트의 내력증가에 대한 연구를 시작하였다고 합니다.
그 후 많은 학자들에 의하여 본격적인 연구가 진행되었고, 국외의 경우 많은 실험적 결과에 의한 실험식이 발표되었습니다. 외국에서의 실제 시공사례도 점차 많아지고 있는 추세입니다.
가까운 일본의 경우만 해도 1967년 강관콘크리트설계기준 동 해설이 제정된 이후 이미 많은 시공사례를 기록하고 있습니다. 그리고 중국 또한 최근의 경제적인 발전과 함께 신규로 건설되는 고층건물에 이 합성구조의 적용을 점점 증가시키고 있는 추세입니다.
국내에서도 최근에는 충전형 강관콘크리트 구조시스템에 관한 연구가 활발히 진행된 결과로, 많은 연구 자료들이 발표되고 있으며, 앞으로 실무에서도 많은 활용될 것으로 예상됩니다.
콘크리트 충전강관기둥의 장점과 단점을 정리해 보면 다음과 같습니다.
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1. 장 점
① 콘크리트충전 강관기둥은 중공강관기둥에 비해 강관의 부담응력을 콘크리트가 분담하고, 강관의 국부변형에 대한 구속작용을 함으로써 강관의 단면적, 두께 등 단면치수를 줄일 수 있으며 좌굴후의 내력저감도 작다.
② 충전된 콘크리트는 강관의 구속을 받아서 압축강도가 증가하며 콘크리트는 압괴후의 박리에 의한 단면결손이 없어서 갑작스러운 내력저하의 발생이 거의 없다.
③ 기둥-보 접합부에서 기둥으로부터의 힘에 대하여 충전콘크리트에 의하여 강관의 국부변형이 구속되고 콘크리트 자체도 전단력을 분담하기 때문에 중공강관에 비하여 다이어프램(보강재)의 치수를 줄이는 것이 가능하며, 또한 콘크리트에 의하여 패널존의 전단내력이 증대된다.
④ 강관이 외측에 있으므로 고강도의 강재를 유용하게 이용 가능하고, 고강도 콘크리트와 조합하여 기둥단면을 줄여서 건물의 유효공간을 늘리는 것이 가능하다.
⑤ 충전된 콘크리트의 열용량에 의하여 내화성능이 향상된다.
⑥ 거푸집이 불필요하기 때문에 노동력의 감소가 가능하다.
2. 단 점
① 강관내의 충전된 콘크리트의 적정한 조합설계법이 확립되지 않고 있다.
② 구조재로서의 우수성에도 불구하고 보와의 접합방법이 다소 복잡하고, 시공법에 대한 불확실성으로 인하여 고층건물의 기둥부재형식으로 택하는데에는 어려움이 따르고 있다.
③ 충전된 콘크리트의 충전도와 품질의 간편하고 확실한 확인법이 없다는 것, 특히 접합부에서 내다이어프램 또는 관통형 다이어프램 하면에 공극이 생길 가능성이 있는 콘크리트충전의 신뢰성 확보가 문제다.
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콘크리트충전 강관구조의 구조재로서의 우수성에도 불구하고 이러한 문제점들은 학계와 각 기업의 부설연구소에서 시공법의 개발연구에 의하여 개선되어 가고 있으며, 최근에는 충전성이 좋은 고 유동화 콘크리트의 사용이 일반화되면서 관심이 점점 높아지고 있습니다.
한편 콘크리트충전 강관구조가 기둥부재로서 실용화되기 위해서는 충전콘크리트의 품질향상 및 시공법의 개발과 함께 효율적인 보-기둥 접합부 보강방법에 대한 연구개발이 함께 이루어져야 합니다.
조금 정리가 되었나요?
좋은 하루되세요. ^^
수업시간에 복합구조시스템으로 콘크리트 충전강관(CFT)에 대한 간단한 설명을 들었는데,
정리가 잘 되지않아요. ^^
이 구조시스템의 장점과 단점에 대해 간략한 정리 부탁드립니다. ^^
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Answer :
C.F.T 란 Concrete Filled Steel Tube의 약어로 우리말로 콘크리트충전 강관이라고 합니다.
C.F.T는 복합구조시스템에서 주로 기둥부재로 일본과 미국을 중심으로 많이 사용하고 있으며, 우리나라는 초기단계로 앞으로 많은 건물에 적용될 것으로 예상되어집니다.
콘크리트충전 강관기둥이란 폐단면 강관(원형강관 또는 각형강관)에 콘크리트를 채워 넣어 강관과 콘크리트를 일체화시킴으로써 부재내력 및 강성을 증가시킨 합성기둥입니다.
일본에서는 C.F.T가 중,저층건물의 기둥으로 많이 적용되는데, 기둥이 비교적 작은 관계로 강관기둥속에는 철근을 배근하지 않고 사용하는 것이 일반적입니다.
이에 비하여 미국의 C.F.T 적용사례들을 살펴보면 주로 초고층건물의 기둥에 적용되는 관계로, 큰 직경의 강관기둥속에는 철근을 배근하여 사용하고 있습니다.
콘크리트충전 강관기둥에서 기둥외피를 구성하는 폐단면인 강관은 일반 철근콘크리트 기둥의 Tie Bar(Hoop)와 같은 역할을 담당하여 강관속의 콘크리트를 구속(Confinement)하는 효과를 가져와 콘크리트의 내력상승을 유도합니다.
한편, 강관 내부에 충전된 콘크리트는 강관기둥의 국부좌굴 및 횡비틀림에 대한 보강효과를 가져다줌으로써 강관의 구조적 성능을 상승시킵니다.
이와 같이 강관과 내부에 충전된 콘크리트는 서로에게 상호보완 및 상승효과를 가져다줌으로써 효율적인 합성기둥이 되는 것입니다.
즉, 콘크리트충전 강관기둥은 강관과 콘크리트의 상호 합성작용으로 인하여 각 부재의 강도를 단순히 누가한 것 이상으로 내력을 발휘합니다. 이는 콘크리트충전 강관기둥의 외부강관이 콘크리트를 구속하는 효과에 의하여 강관내부에 콘크리트의 압축강도가 상승하며, 충전된 내부 콘크리트에 의하여 강관의 국부좌굴이 방지되므로 뛰어난 변형능력을 발휘하기 때문입니다.
콘크리트 구속효과(Confinement Effect)는 원형강관이 각형강관에 비하여 우수한데, 이는 원주방향의 압력이 콘크리트를 효율적으로 구속함으로써 콘크리트의 체적팽창을 억제시켜주기 때문입니다.
이와같은 C.F.T 기둥의 부재내력상승은 기둥단면을 적게, 기둥간격은 크게 할 수 있어 건축계획적인 면에서 유효공간확보에 유리할 뿐만 아니라 높은 강성으로 좌굴하중이 증가되고, 태풍 및 지진시 횡변위가 감소되어 사용성(Serviveability)을 향상시킵니다.
한편, 구조재료면에서 강관속에 충전하는 콘크리트로 고강도콘크리트를 사용하는 것이 보다 효율적입니다.
강관 내부에 콘크리트를 충전한 기둥은 구미에서 비교적 오래 전부터 가끔 사용된 경우가 있으나, 건축구조분야에서 본격적으로 사용하기 시작한 것은 1950년 경 부터입니다.
콘크리트를 강관에 채워 넣은 기록은 Sewell(1902)에 의해 시작되었는데, Sewell은 Box Column에 콘크리트를 채워서 강관 표면의 녹을 방지하려고 하였다고 합니다.
그러나 그 기둥이 우연히 과하중을 받게 되었을 때 축방향내력이 25% 정도 증가한다는 사실을 알게 되었고, 그 후 Considere(1906)는 구속된 상태의 콘크리트의 내력증가에 대한 연구를 시작하였다고 합니다.
그 후 많은 학자들에 의하여 본격적인 연구가 진행되었고, 국외의 경우 많은 실험적 결과에 의한 실험식이 발표되었습니다. 외국에서의 실제 시공사례도 점차 많아지고 있는 추세입니다.
가까운 일본의 경우만 해도 1967년 강관콘크리트설계기준 동 해설이 제정된 이후 이미 많은 시공사례를 기록하고 있습니다. 그리고 중국 또한 최근의 경제적인 발전과 함께 신규로 건설되는 고층건물에 이 합성구조의 적용을 점점 증가시키고 있는 추세입니다.
국내에서도 최근에는 충전형 강관콘크리트 구조시스템에 관한 연구가 활발히 진행된 결과로, 많은 연구 자료들이 발표되고 있으며, 앞으로 실무에서도 많은 활용될 것으로 예상됩니다.
콘크리트 충전강관기둥의 장점과 단점을 정리해 보면 다음과 같습니다.
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1. 장 점
① 콘크리트충전 강관기둥은 중공강관기둥에 비해 강관의 부담응력을 콘크리트가 분담하고, 강관의 국부변형에 대한 구속작용을 함으로써 강관의 단면적, 두께 등 단면치수를 줄일 수 있으며 좌굴후의 내력저감도 작다.
② 충전된 콘크리트는 강관의 구속을 받아서 압축강도가 증가하며 콘크리트는 압괴후의 박리에 의한 단면결손이 없어서 갑작스러운 내력저하의 발생이 거의 없다.
③ 기둥-보 접합부에서 기둥으로부터의 힘에 대하여 충전콘크리트에 의하여 강관의 국부변형이 구속되고 콘크리트 자체도 전단력을 분담하기 때문에 중공강관에 비하여 다이어프램(보강재)의 치수를 줄이는 것이 가능하며, 또한 콘크리트에 의하여 패널존의 전단내력이 증대된다.
④ 강관이 외측에 있으므로 고강도의 강재를 유용하게 이용 가능하고, 고강도 콘크리트와 조합하여 기둥단면을 줄여서 건물의 유효공간을 늘리는 것이 가능하다.
⑤ 충전된 콘크리트의 열용량에 의하여 내화성능이 향상된다.
⑥ 거푸집이 불필요하기 때문에 노동력의 감소가 가능하다.
2. 단 점
① 강관내의 충전된 콘크리트의 적정한 조합설계법이 확립되지 않고 있다.
② 구조재로서의 우수성에도 불구하고 보와의 접합방법이 다소 복잡하고, 시공법에 대한 불확실성으로 인하여 고층건물의 기둥부재형식으로 택하는데에는 어려움이 따르고 있다.
③ 충전된 콘크리트의 충전도와 품질의 간편하고 확실한 확인법이 없다는 것, 특히 접합부에서 내다이어프램 또는 관통형 다이어프램 하면에 공극이 생길 가능성이 있는 콘크리트충전의 신뢰성 확보가 문제다.
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콘크리트충전 강관구조의 구조재로서의 우수성에도 불구하고 이러한 문제점들은 학계와 각 기업의 부설연구소에서 시공법의 개발연구에 의하여 개선되어 가고 있으며, 최근에는 충전성이 좋은 고 유동화 콘크리트의 사용이 일반화되면서 관심이 점점 높아지고 있습니다.
한편 콘크리트충전 강관구조가 기둥부재로서 실용화되기 위해서는 충전콘크리트의 품질향상 및 시공법의 개발과 함께 효율적인 보-기둥 접합부 보강방법에 대한 연구개발이 함께 이루어져야 합니다.
조금 정리가 되었나요?
좋은 하루되세요. ^^