뉴스 - 철골 구조: 현대 엔지니어링의 핵심 구조 시스템

현대 건축, 교통, 산업 및 에너지 공학 분야에서철골 구조는 재료와 구조 모두에서 두 가지 장점을 지닌 엔지니어링 기술 혁신의 핵심 동력으로 자리 잡았습니다. 강철을 핵심 하중 지지 재료로 사용하는 는 산업화된 생산과 모듈형 설치를 통해 기존 구조물의 한계를 뛰어넘어 다양하고 복잡한 프로젝트에 효율적인 솔루션을 제공합니다.

강구조의 정의와 특성
강구조는 다음과 같이 구성된 하중 지지 구조 시스템을 말합니다.강판, 강철 섹션 (H 빔, U 채널, 각형강철등) 및 강관을 용접, 고강도 볼트 또는 리벳으로 고정합니다. 이 기술의 핵심은 강철의 높은 강도와 인성을 활용하여 건물이나 프로젝트에서 발생하는 수직 하중(자중 및 장비 중량)과 수평 하중(풍력 및 지진)을 기초로 균등하게 전달하여 구조적 안정성을 확보하는 것입니다. 콘크리트 구조물과 비교했을 때, 강철 구조물의 핵심적인 장점은 기계적 특성에 있습니다. 인장 강도는 일반 콘크리트의 10배가 넘는 345MPa 이상에 달할 수 있으며, 뛰어난 가소성 덕분에 하중을 받아도 파손되지 않고 변형되어 구조적 안전성을 이중으로 보장합니다. 이러한 특성은 대경간, 고층, 고하중 환경에서 강철 구조물을 대체할 수 있는 최고의 선택입니다.

주요 철구조물 유형

(I) 구조적 형태에 따른 분류
게이트웨이 프레임 구조: 기둥과 보로 구성된 이 구조물은 지지 시스템과 결합된 "게이트웨이" 모양의 골조를 형성합니다. 산업 플랜트, 물류 창고, 슈퍼마켓 및 기타 구조물에 적합합니다. 일반적인 경간은 15~30m이며, 일부는 40m를 넘습니다. 구성 요소는 공장에서 사전 제작이 가능하여 15~30일 만에 현장 설치가 가능합니다. 예를 들어, JD.com의 아시아 1위 물류단지 창고는 주로 이러한 유형의 구조를 사용합니다.
트러스 구조: 이 구조는 직선 막대들이 마디로 연결되어 삼각형 또는 사다리꼴 형태를 이룹니다. 막대는 축력만 받으며, 강철의 강도를 최대한 활용합니다. 트러스 구조는 경기장 지붕과 교량 주요 경간에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 베이징 노동자 경기장의 리노베이션은 트러스 구조를 사용하여 120m의 기둥 없는 경간을 확보했습니다.
프레임 구조: 보와 기둥을 단단히 연결하여 형성된 공간 시스템은 유연한 평면도를 제공하며 고층 사무실 건물과 호텔에 주로 사용되는 선택입니다.
격자 구조: 규칙적인 삼각형과 사각형 노드를 포함하는 여러 부재로 구성된 공간 격자 구조는 강력한 무결성과 뛰어난 내진성을 제공합니다. 공항 터미널과 컨벤션 센터에 널리 사용됩니다.

(II) 부하 특성에 따른 분류
휨 부재: 보로 대표되는 이 부재는 굽힘 모멘트를 견디며, 상단은 압축, 하단은 인장력을 받습니다. 휨 부재는 주로 H형 단면이나 용접 박스형 단면을 사용하는데, 산업 플랜트의 크레인 보와 같은 형태가 그 예입니다. 또한 강도 및 피로 저항 요건을 모두 충족해야 합니다.
축방향 하중을 받는 부재: 트러스 타이로드나 그리드 부재처럼 축방향 인장/압축만 받는 부재입니다. 타이로드는 강도를 고려하여 설계되는 반면, 압축봉은 안정성을 필요로 합니다. 일반적으로 원형 튜브나 앵글 강재가 사용됩니다. 편심 하중을 받는 부재: 프레임 기둥처럼 축방향 하중과 휨 모멘트를 모두 받는 부재입니다. 보 끝단의 하중이 편심되어 있기 때문에, 힘과 변형의 균형을 맞추기 위해 대칭적인 단면(예: 박스형 기둥)이 필요합니다.

철구조의 핵심 장점
(I) 우수한 기계적 성질
높은 강도와 낮은 중량은 철골 구조물의 가장 큰 장점입니다. 특정 경간에서 철골 보의 자중은 콘크리트 보의 3분의 1에서 5분의 1에 불과합니다. 예를 들어, 30m 경간의 철골 트러스는 약 50kg/m인 반면, 콘크리트 보는 200kg/m가 넘습니다. 이는 기초 비용을 20~30% 절감할 뿐만 아니라 지진 영향을 완화하여 구조물의 내진 안전성을 향상시킵니다.
(II) 높은 시공 효율성
철골 구조물 부품의 90% 이상이 공장에서 밀리미터 단위의 정밀도로 사전 제작됩니다. 현장 설치는 호이스트와 연결 작업만 필요합니다. 예를 들어, 10층 철골 오피스 빌딩은 부품 생산부터 완공까지 6~8개월밖에 걸리지 않아 콘크리트 구조물 대비 시공 기간이 40% 단축됩니다. 예를 들어, 선전의 한 조립식 철골 주택 프로젝트는 "7일마다 한 층씩" 시공 속도를 달성하여 현장 인건비를 크게 절감했습니다.
(III) 강력한 내진성과 내구성
강철의 높은 인성 덕분에 강철 구조물은 지진 발생 시 변형을 통해 에너지를 분산시킬 수 있습니다. 예를 들어, 2008년 원촨 지진 당시 청두의 한 강철 구조물 공장은 경미한 변형만 입었고 붕괴 위험은 없었습니다. 더욱이, 부식 방지 처리(아연 도금 및 코팅) 후 강철은 50~100년의 사용 수명을 가질 수 있으며, 콘크리트 구조물보다 유지 보수 비용이 훨씬 저렴합니다.
(IV) 환경 보호 및 지속 가능성
강철 재활용률은 90%를 넘어 철거 후 재용해 및 가공이 가능하여 건설 폐기물 오염을 방지합니다. 또한, 강철 구조물은 거푸집이나 유지 보수가 필요 없어 현장 습식 작업이 최소화되고 콘크리트 구조물 대비 먼지 배출량이 60% 이상 감소하여 친환경 건축 원칙에 부합합니다. 예를 들어, 2022년 베이징 동계 올림픽을 위해 아이스 큐브 경기장을 해체한 후 일부 부품을 다른 프로젝트에 재사용하여 자원 재활용을 달성했습니다.

철구조물의 광범위한 적용
(I) 건설
공공 건물: 경기장, 공항, 컨벤션 및 전시 센터 등은 넓은 범위와 넓은 디자인을 구현하기 위해 강철 구조물을 사용합니다.
주거용 건물: 조립식 강철 구조 주택은 점점 더 인기를 얻고 있으며, 개인화된 주거 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
상업용 건물: 강철 구조를 활용하여 복잡한 설계와 효율적인 시공을 실현한 초고층 사무실 건물 및 쇼핑몰입니다.
(II) 운송
교량 공학: 해상 교량 및 철도 교량. 강교량은 경간이 넓고 풍속 및 지진에 대한 저항성이 뛰어납니다.
철도 교통: 지하철역 캐노피와 경전철 선로 빔.
(III) 산업
산업 플랜트: 중장비 플랜트 및 야금 플랜트. 철골 구조물은 대형 장비의 하중을 견딜 수 있으며, 이후 장비 개조가 용이합니다.
창고 시설: 콜드체인 창고 및 물류 센터. 포털 프레임 구조는 대규모 보관 요건을 충족하며, 시공 및 시운전이 빠릅니다.
(IV) 에너지
전력 시설: 화력 발전소 본관 및 송전탑. 철골 구조물은 고하중 및 혹독한 옥외 환경에 적합합니다. 신에너지: 풍력 터빈 타워와 태양광 설치 시스템은 경량 철골 구조물을 사용하여 운반 및 설치가 용이하며, 청정 에너지 개발을 지원합니다.