강구조
강구조 기둥-보 접합 — 해석 모델의 힌지와 강접은 접합부 상세가 만듭니다
해석 모델에서 절점을 힌지로 놓을지 강접으로 놓을지는 클릭 한 번입니다. 실물에서는 접합부 상세가 그 클릭을 실현해야 합니다.
모멘트분배법에서 “단부 조건 하나가 분배를 바꾼다”고 했습니다. 이 글은 그 단부 조건을 실제로 만드는 쪽 — 강구조 기둥-보 접합부입니다.
힘의 분업 — 웨브는 전단, 플랜지는 모멘트
H형강 보의 단면 역할 분담은 명확합니다.
┏━━━━━━━━━┓ ← 플랜지: 휨(모멘트)의 우력을 받음
┃ ← 웨브: 전단을 받음
┗━━━━━━━━━┛접합도 같은 분업을 따릅니다.
[전단접합] 웨브만 연결 (클립앵글·핀플레이트)
→ 전단 V만 전달, 회전은 자유 = 힌지
[모멘트접합] 플랜지 + 웨브 모두 연결
→ V와 M 모두 전달 = 강접모멘트가 얼마나 큰 힘인지 계산해 봅니다
모멘트접합에서 플랜지가 받는 힘을 우력으로 환산하면:
H-400×200×8×13 보, 단부 모멘트 M = 300 kN·m
우력 팔 ≈ d − tf = 400 − 13 = 387 mm
플랜지 힘 F = M / 0.387 = 775 kN (한쪽 인장, 한쪽 압축)775 kN. 고장력볼트 F10T M22 마찰접합(2면 200 kN/본)으로 받으면 4본, 1면 마찰이면 8본이 플랜지 한 쪽에만 필요합니다. 용접이라면 모살용접 계산으로 상당한 용접량이거나, 아예 완전용입 홈용접으로 갑니다.
전단접합과 비교하면 규모 차이가 보입니다.
같은 보의 단부 전단 V = 200 kN이라면
웨브 볼트 (1면 마찰 100 kN/본) → 2~3본이면 끝
모멘트접합 = 전단접합 + 플랜지 양쪽 775 kN 전달 장치모멘트접합이 비싼 이유가 이 숫자입니다. 그래서 실무 골조는 이렇게 갈립니다 — 횡력(지진·바람)을 받는 골조선만 모멘트접합, 중력만 받는 작은보·중간보는 전부 전단접합. 라멘 방향과 가새 방향이 나뉘는 이유이기도 합니다.
해석 가정과 상세가 어긋나면
이 글에서 가장 실무적인 부분입니다.
사고 유형 ① 해석은 강접, 상세는 전단접합
→ 해석이 기대한 단부 모멘트를 접합부가 못 받음
→ 실제로는 힌지처럼 거동 → 경간 중앙 모멘트가 해석보다 커짐
→ 보 중앙부 과소설계 + 접합부는 억지로 회전하며 손상
사고 유형 ② 해석은 힌지, 상세는 사실상 강접
→ 없다고 가정한 단부 모멘트가 실제로 발생
→ 접합부(용접·볼트)에 설계에 없던 힘 → 접합부 균열
→ 기둥도 설계에 없던 모멘트를 받음②가 은근히 흔합니다. 클립앵글을 두껍게 하거나 볼트를 넉넉히 박으면 “튼튼하라고 한 일”이 회전 구속을 만들어 힌지 가정을 깹니다. 전단접합의 미덕은 강함이 아니라 유연함입니다 — 회전을 순순히 허용해야 힌지입니다.
부정정의 언어로 말하면: 경계조건이 부정정 해석의 절반인데, 강구조에서 그 경계조건은 도면의 접합 상세 그 자체입니다.
패널존 — 접합부 안의 기둥 웨브
모멘트접합에서 자주 잊히는 검토가 있습니다. 보 플랜지의 775 kN은 기둥으로 들어가서 어디로 갈까요.
↓ 775 (압축)
━━━━┓┃┏━━━━
┃┃┃ ← 기둥 웨브의 이 구역(패널존)이
━━━━┛┃┗━━━━ 위아래 우력을 전단으로 소화
↑ 775 (인장)기둥 웨브의 접합부 구간(패널존)은 보 양쪽에서 들어온 우력 때문에 강한 전단을 받습니다. 지진 시 양쪽 보가 반대 부호 모멘트를 걸면 최악이 됩니다.
검토 항목
· 패널존 전단 → 부족하면 웨브 보강판(더블러 플레이트)
· 플랜지 힘이 닿는 위치의 기둥 웨브 국부 압괴·좌굴
→ 수평 스티프너(컨티뉴이티 플레이트)RC의 접합부 검토와 같은 지위입니다 — 부재는 멀쩡한데 절점에서 무너지는 경로를 막는 검토이고, 그래서 접합부 설계는 부재 설계의 부록이 아니라 별개의 장입니다.
내진 모멘트접합 — 용접부에서 끊어지면 안 된다
지진 시 모멘트접합의 목표는 강기둥 약보와 같습니다 — 보 단부에 소성힌지, 접합부는 그보다 강하게. 문제는 보 플랜지 완전용입 용접부가 정확히 최대 모멘트 위치에 있다는 것입니다.
과거 지진들의 교훈: 용접부·열영향부의 취성 파단
→ 소성힌지가 형성되기 전에 접합부가 끊어짐
대책의 두 방향
① 접합부를 키운다: 헌치·커버플레이트 보강
→ 소성힌지를 접합부 밖(보강 끝)으로 밀어냄
② 보를 약하게 한다: RBS(보 플랜지를 개 뼈 모양으로 절취)
→ 힌지 위치를 절취부로 지정②의 발상이 통쾌합니다 — 접합부를 강하게 만드는 대신 부러질 자리를 잘라서 지정하는 것. 시공이음의 “이음 위치를 우리가 고른다”, 매스콘크리트의 균열유발줄눈과 같은 철학의 강구조판입니다. 어느 쪽이든 용접 디테일(스캘럽 형상, 뒷댐재 처리, 용접재 인성)이 성능을 좌우하며, 검증된 표준 상세를 따르는 것이 원칙입니다.
실무에서 자주 틀리는 지점
해석 모델과 접합 일람표를 대조하지 않는 경우
강접으로 해석한 절점이 접합 일람에서 전단접합으로 나가는(또는 그 반대) 불일치가 실제로 발생합니다. 해석 경계조건 ↔ 접합 일람 대조는 도면 검토의 필수 항목입니다.
전단접합을 “보강”하는 경우
볼트 추가·앵글 증타는 회전 강성을 올려 힌지 가정을 깹니다. 전단접합의 성능은 회전 수용 능력까지 포함합니다.
패널존·스티프너 검토를 생략하는 경우
보와 볼트만 검토하면 기둥 웨브가 최약부로 남습니다. 특히 기둥이 세폭 계열(웨브 얇음)일 때 더블러·스티프너가 지배하는 경우가 많습니다.
현장용접 모멘트접합을 남발하는 경우
위보기 자세 완전용입은 품질 관리가 가장 어려운 용접입니다. 공장용접+현장볼트로 분절 위치를 계획하는 것이 강구조 상세 설계의 기본기입니다. 모살용접에서 다룬 현장/공장 차이가 접합 계획의 근거가 됩니다.
볼트와 용접에 하중을 분담시키는 경우
강성이 달라 용접이 먼저 다 받습니다. 고장력볼트에서 다룬 원칙 그대로 — 한쪽이 전부를 받도록 설계합니다.
접합부 편심을 무시하는 경우
전단접합에도 볼트군 도심과 반력 작용선의 편심이 있어 볼트에 추가 모멘트가 걸립니다. 클립앵글 볼트 배치가 규격화되어 있는 이유입니다.
자주 묻는 질문
반강접은 실무에서 쓰나요?
이론은 정립되어 있지만(회전 강성을 스프링으로 모델링), 강성 값의 신뢰도와 해석·상세의 관리 부담 때문에 국내 일반 설계는 강접/힌지 이분법이 지배적입니다. 엔드플레이트 접합 등은 사실상 반강접으로 거동하므로, 힌지로 가정했다면 그 가정이 안전측인지 확인이 필요합니다.
기둥 이음(스플라이스)은 어디에 두나요?
모멘트가 작은 위치 — 층 중간 높이(대략 바닥 위 1m 안팎)가 표준입니다. 시공이음 위치와 같은 논리이고, 시공(볼트 체결 자세) 편의도 겹칩니다.
가새 접합부는 무엇이 다른가요?
축력 전달이 주라서 거셋플레이트 설계가 중심이 됩니다. 인장 가새는 순단면·블록전단(고장력볼트의 그 검토), 압축 가새는 거셋의 좌굴이 관건입니다. 내진 가새는 가새 좌굴 후 거동까지 고려한 별도 상세가 있습니다.
스캘럽은 왜 문제가 되나요?
웨브 용접과 플랜지 용접이 만나는 자리를 피하려고 웨브에 파는 반원 홈인데, 이 홈 자체가 응력집중부가 되어 취성 파단의 출발점이 된 사례가 많습니다. 개선형(논스캘럽 포함) 표준 상세가 정립된 배경입니다.
볼트 접합과 용접 접합 중 뭐가 나은가요?
일률 답은 없습니다 — 공장은 용접(품질 관리 가능), 현장은 볼트(전천후·검사 용이)가 기본 배치입니다. 접합 계획이란 이 분절선을 어디에 긋느냐의 문제입니다.
정리
- 분업이 원리입니다 — 웨브는 전단, 플랜지는 모멘트. 전단접합은 웨브만, 모멘트접합은 전부 잇습니다.
- M = 300 kN·m가 플랜지 힘 775 kN — 모멘트접합이 비싼 이유이고, 골조가 라멘선/중력선으로 나뉘는 이유입니다.
- 해석의 힌지·강접은 접합 상세가 실현합니다. 어긋나면 어느 쪽으로든 사고입니다. 전단접합의 미덕은 강함이 아니라 유연함입니다.
- 패널존은 접합부 안의 최약부 후보 — 더블러·스티프너 검토를 빼먹지 마세요.
- 내진 모멘트접합의 답은 둘: 접합부를 키우거나(헌치), 부러질 자리를 지정하거나(RBS).
- 접합 계획 = 공장용접과 현장볼트의 분절선 긋기입니다.
볼트 계산은 고장력볼트 접합, 용접 계산은 모살용접 설계, 강접/힌지가 해석에 미치는 영향은 모멘트분배법과 부정정 구조, 소성힌지 유도는 내진상세와 강기둥 약보에 정리해 두었습니다. 다음 글은 기둥의 발 — 베이스플레이트입니다.