03 최적단면 선정 및 보조재 설계

부재 최적화

단면력이 크게 발생하는 부분의 부재를 교체할 필요가 있는 것으로 확인되므로, 부재 단면 교체를 진행합니다.

KEPCO> One-time Optimisation…

지정한 Loadcase 목록에 대해 지정한 조건에 부합하는 최소 사이즈의 부재로 교체합니다.

단, 각 부재별 단면의 크기가 달라지면, 풍하중의 크기가 단면의 크기에 따라 하중의 크기도 달라지므로 해석결과도 달라지게 됩니다. 따라서 One-time Optimisation에 따라 부재의 크기가 변경되면, 변경된 모델에 대해 해석을 다시 수행하여 설계검토를 다시 수행해야 합니다.

‘Max UtilPM’ 값은 1 로 지정하면 설계기준을 만족하는 가장 작은 부재를 선택하게 될 것이나, 부재변경으로 인한 풍하중과 응력재분배의 영향으로 해석을 다시 수행하면 NG 가 발행할 수도 있으므로, 0.9 이하의 값으로 최적화를 수행하는 것이 좋습니다.

본 예제에서는 향후 볼트추가에 따른 유효 단면 감소, 상부구조는 동일하게 유지한 상태에서 계각에 따른 수정 등의 향후 변동성을 고려하여, 0.8 로 설정하기로 합니다. 재해석 후 최종 Utilisation 이 0.9 수준이 되도록 하고, 계각으로 인한 변화를 포함할 때에도 1.0 이하 수준이 되도록 하는 것을 목표로 합니다.

부재교체를 수행할 때 세장비는 고려하지 않도록 지정하였습니다.

부재 교체 후 단면력에 대한 설계검토 결과는 아래 그림과 같이 최대 UtilPM 값이 0.8 이하가 되는 것을 확인할 수 있습니다. 배경화면에 Modification Mode 라고 표시되는 것은, 모델에 변경사항이 발생하였으므로, 재해석이 필요함을 의미합니다.

부재 단면이 변경된 상태인 모델을 대상으로 해석을 다시 수행하면, 풍하중과 단면변화에 따른 응력재분배가 반영된 최종 검토 결과를 확인할 수 있으며, 아래 그림과 같이 UtilPM = 0.89 으로 확인됩니다.

세장부재 보완

이제 세장비를 만족하지 못하는 부재를 확인하여 설계를 보완합니다.

KEPCO> Find Slender Members …

세장비 기준은 압축부재와 인장부재에 따라 달라지며, 압축부재 여부는 하중의 종류에 따라 달라질 수 있으므로, 세장비를 검토할 하중케이스 혹은 하중조합을 선택합니다. 모든 하중조합을 선택하여 세장비 조건을 만족하지 못하는 부재를 확인하기로 합니다.

UtilPM limit 에 값을 입력하면, 단면력 검토결과를 지정한 수준으로 만족하면서 세장비만을 만족하지 못하는 부재를 선택할 수 있으나, 이미 UtilPM 은 0.9 이하 수준으로 만족된 상태이므로, 0 을 입력하여 무시하는 것으로 합니다.

세장비 기준을 만족하지 못하는 부재가 선택되어 SLENDER MEMBERS 라는 그룹에 저장됩니다.

주주재 연결 보조재 추가

KEPCO> Add Extra Members (Vertical) …

보조재를 추가한 후 세장부재를 다시 확인합니다.

보조재 추가로 일부 부재는 세장비를 만족하게 되었으나, 외곽선을 구성하는 수평부재는 여전히 세장비 기준을 초과하므로 단면 개선이 필요함을 알 수 있습니다.

전체적으로 내측을 구성하는 수평부재는 세장비 기준을 만족하지 못하므로, 수평 보조재를 추가해 보기로 합니다.

내측 수평부재 보조재 추가

KEPCO> Add Extra Members (Horizontal) …

보조재를 추가한 후 세장부재를 다시 확인합니다.

보조재 추가로 내측 수평부재는 세장비를 만족하게 되었으나, 나머지는 여전히 만족하지 못합니다.

수평 보조재 추가

KEPCO> Add Extra Members (Horizontal) …

보조재를 추가한 후 세장부재를 다시 확인합니다.

보조재가 추가되어, 내측 수평부재의 유효길이가 짧아졌지만, 여전히 기준을 만족하지 못하는 상태이므로, 단면 개선이 필요함을 알 수 있습니다.

UtilSL 콘타를 그려보면, 세장비 기준 대비 최고 3.3 배의 값이 계산되는 것으로 확인됩니다.

부재 최적화 2차

KEPCO> One-time Optimisation…

최적 부재를 배정하되, 이번에는 ‘ignore slenderness’ 옵션을 꺼서 세장비 기준도 충족하는 조건으로 부재단면을 선택하기로 한다. 앞서 단면력에 대해서는 설계기준을 만족하는 수준의 부재설계가 된 상태이므로, 세장비 조건을 만족하지 못하였던 부재 만을 대상으로 단면을 결정하도록 합니다.

세장비 Utilisation 값은 향후 볼트설계 등에 따라 달라지지 않으므로 여유를 두지 않고 1.0 을 사용한다. UtilSL 과 UtilPM 콘타를 그려보면, 세장비 기준과 단면설계기준을 모두 만족하게 됨을 확인할 수 있습니다.

최종 결과 확인

부재 단면 종류에 변경이 발생하였으므로, 변경된 단면을 대상으로 해석을 다시 수행한 후 설계검토를 다시 수행합니다. 단면력 변화에 따라, UtilPM 도 달라졌으나, 여전히 1.0 미만으로 설계기준을 만족합니다.

보조재 설계

보조재는 보조재 추가에 따른 구조해석의 대상으로 보지 않고, 모 부재에서 발생하는 단면력의 1~2% 을 지지할 수 있는 단면으로 결정합니다. 보조재를 생성할 때, 선택 가능한 단면 데이터베이스 중 가장 작은 단면을 배치한 상태이므로, 이 기준을 충족하기 위해 One-time Optimisation 을 보조재를 대상으로 실행합니다.

KEPCO> One-time Optimisation…