강구조는 철근콘크리트구조와 더불어 현대의 대표적인 현대의 대표적인 건축구조입니다. 국내에서 강구조 고층건물은 1969년 H형강을 사용한 남대문로의 한진빌딩을 효시로 하여 1984년 여의도 63층 대한생명빌딩을 기점으로 초고층 강구조 건축물이 건립되어지고 있습니다. 최근의 강구조의 이론적인 연구들은 소성설계, 하중저항계수설계 등 재료의 이용을 극대화하는 방법과 더불어 수평하중에 대한 골조의 강성을 높이는 구조계획이 집중적으로 연구되고 있습니다.
1. 강(Steeel)구조의 일반적인 특성
| 장점 | 고강도 자중경감 용이연성 |
| 소성변형능력(=연성, Ductitlity, 인성 Touglness) 우수 | |
| 인장이응력, 압축응력이 거의 같아서 세장한 구조부재가 가능 | |
| 재료으 균일성, 시공 편이성, 환경친화적 하이테크 재료 | |
| 단점 | 내화성, 열에 의한 강도저하가 크므로 질적 Spray, 콘크리트 또는 내화 Paint와 같은 내화피복이 필요 |
| 좌굴:단면에 비해 부재가 세장하므로 좌굴 발생이 우려됨 | |
| 피로:응력반복에 의한 강도 저하가 큼 | |
| 관리비:정기적 도장에으힌 관리비 즈대 |
2. 강재의 제법 및 종류
1) 강재의 생산과정
| 제선 | 세부내용 | |
| 제강 | 고로에서 선철의 성질을 변화시켜 강재를 만들거나 또는 고철을 전기로에서 용융시켜서 강재를 만드는 것 | |
| 킬드강(Killed Steel) | 림드강(Rimmed Steel) | |
| 탈산제(Si, Al, Am)를 충분히 사용하여 기포발생을 방지한 강재 | 탈산이 충분하지 못하여 생긴 기포에 의해 강재의 질이 떠러지는 강재 | |
| 성형 | 제강과정을 통해서 얻은 강재를 일정한 형태와 단면성능을 갖는 부재로 만드는 과정으로 구조용 강재 제조에는 압연이 많이 이용됩니다. | |
2) 화학적 성질에 따른 구조용 강재의 분류
| 탄소강, 연강(Carbon Stell, Mild Steel) | 가격이 싸고 성질이 비교적 유수해 가장 널리 이용하는 강재 탄소향이 증가하면 강도는 증가하지만 인성은 감소 탄소강의 성분 중에 인성과 용접성에 나쁜 영향을 미치는 황(S)과 인(P)분을 억제해야 합니다. 저탄소강(탄소함유 0.15% 미만), 연탄소강(탄소함유 0.15%~0.29%, 주로 구조용 강재로 쓰임), 중탄소강(탄소함유 0.3~0.59%), 고탄소강(탄소함유 -.6~1.7%) |
| 구용용 합금강 | 탄소강의 단점을 보완하기 위해서 합금원소를 첨가시킨 강재 구조용 합금강은 망간(Mn)과 탄소(C) 대산 합금원소(Cr, Mn, V)를 사용하여 탄소강에 비해 고강도를 얻으면서 인성의 감소를 억제시키는 특성이 있음. |
| 열처리강 | 담금질(Quenching) 뜨임(Tempering)의 열처리를 통해 얻어낸 고강도강(High-Strength Quended and Tenpered Alloy Steel) 담금질:가열한 후 급냉하여 조직을 변화시켜 강재의 강도와 정도를 향상시키는 작업 뜨임:담금질에 의해 생긴 강재의 조직을 변화시켜 안정된 조직에 근접시키는 동시에 잔류응력을 감소시키는 것을 목적으로 적당한 온도롤 가열, 냉각시키는 작업으로 강재의 인성을 증가시키기 위해 실시 |
| TMCP(Thermo Mechanichal Control Process Steel) | 구조물의 고층화, 대형화에 따라 용접성과 내진성이 뛰어난 극후관의 고강도 강재가 필요하게 되어 개발된 강재 TMCP강은 적은 탄소량을 함유하고 있기 때문에 우수한 용접성을 나타내며 판두께 40mm 이상의 후판도 항복강도의 정하가 없음. |
3. 주요 구조용 강재의 적용
1) SS 일반구조용 압연강재
건축물, 교량, 선박, 차량 등의 구조물에 사용되는 일반구조용 열간압연강재 규격
SS490 및 SS540 강종은 탄소함유량이 높아 용접사용을 금하고 있습니다.
2) SM 용접구조용 압연강재
건축물, 교량, 선박, 차량, 석유저장조, 용기, 그 밖의 구조물에 사용하는 열간압연강재로서 SS강재에 비해 용접성이 우수한 강재
저온인성의 판단기준이 되는 샤르패(Sharpy) 흡수에너지에 따라 3종류의 규격이 있습니다.
건축 강구조에 적용되는 TMC강재는 80mm로 제한되어 있으며 KS에 규정된 판두께 100mm까지 사용하고자 할 경우에는 사전에 안전성을 검토하여야 합니다.
SM490Y와 Sm520은 인장강도만 차이가 있고 항복점, 진장률, 기타 기계적 성질은 거의 같습니다.
3) SMA 용접구조용 내후성 열간압연강재
통상적으로 무도장으로 사용되는 W종류와 도장을 실시하여 사용 하는 P 종류로 규정
내후성 확보에 효과적인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등이 함유되어 있어 대기에 노출되면 시간의 경과에 따라 강재 표면에 치밀한 보호성 녹층이 형성되고, 이것이 강재 표면을 보호함으로써 이후의 녹 진행이 억제되어 부식속도가 보통강에 비해 매우 낮아지므로 도장을 하지 않고 사용할 수 있는 강재
4) SN 건축구조용 압연강재
건축물의 설계/제작 측면에서 건축물의 규모에 상관없이 구조물의 안전성을 재료적 측면에서 보증하는 강재
SN강재의 A종은 현재 폭넓게 사용되고 있는 SS400강재를 근간으로 제조기술의 실태 및 국제규격 등을 고려하여 탄소(C) 상한지(0.24%)만을 규정한 강재
SN재의 B종은 용접성을 평가하는 중요한 인자인 탄소당량(Ceq)과 용접균열감수성(Pcm)을 규정하고 있으며, 기계적 성질은 원칙적으로 항복강도의 상하한치(항복점 범위 120MPa), 항복비(80%), 샤르피흡수에너지(시험온도 0℃에서 27J 이상)의 규정이 새롭게 추가되어 용접성과 내진성능을 만족시키는 강재이며 기둥, 큰보 등의 내진요소에 사용하도록 권하고 있습니다.
SN강재의 C종은 B종을 근간으로 판두께 방향의 특성이 추가된 강재로 Z방향 인장시험에 의한 단면축소율 하한치를 규정하고 있으며, 용접조립 각형강관, 접합부 다이아프램 부분 등의 제작 및 가공시의 판두께방향으로 인장응력이 작용하는 부분에 사용할 것을 권장하고 있습니다.
5) SPSR 일반구조용 각형강관
판두께 1.2~22mm, 치수 20 x 20 ~ 500 x 500mm의 2차부재로 사용
6) STKN 건축구조용 탄소강관
STKN은 대공간 구조의 지상구조물에 사용하는 제품입니다.
건축구조용 탄소강관(STKN), 일반구조용 탄소강관(STK), 철탑용 고장력강관(STKT)은 이음에 없이 제조하거나 전기저항 용접, 단점 또는 아크용접에 의해 제조하며, 탄소강관은 제조한 그대로 사용하고 원칙적으로 열처리를 하지 않습니다.