수직구 하부슬래브 경계조건에 Comp-Only??

수직구 구조해석 모델링 샘플들을 보다보면

경계조건과 하중조합에 대한 이해가 너무 떨어지는 경우를 자주 보게 된다.

 

특히 압축전담 스프링을 남용하는 경우가 자주 보이는데 보통 토질분야 실무자들이 Midas Civil에 대한 이론적 이해가 부족한 채로 억지로 업무를 수행하다가 생기는 일이 아닌가 싶다. (GTS NX로도 본체 모델링 잘되는데 ㅎㅎ)

 

기본적으로 Midas Civil 등의 구조해석 프로그램에는 압축전담 비선형 요소를 구현할 수 있는 기능이 있다.

지반을 모델링할 때 '토질 분야에서 생각하는' 스프링 요소라면 압축전담 비선형 요소일 것이다.

 

하지만 구조분야에서 실무를 하면서 지반을 모델링할 때 압축전담 스프링요소를 쓰지 않는 이유는 그 기능을 몰라서가 아니다.

굳이 지반에 압축전담 비선형 요소를 사용하는 것은 득보다 실이 더 많다는 것을 구조 실무자들은 지긋지긋할 정도로 잘 알고 있기 때문이다.

https://www.midasuser.com/ko/support/faq_view.asp?idx=1489&sk=&so=&sort=&bid=8&nCat2=&field=2&prog=Civil&pg=3 

마이다스 기술지원사이트

 

압축전담 요소를 사용해 지반을 모델링할 경우 생기는 문제점은 

① 하중조합(Load Combinations)기능을 사용할 수 없고

② 그래서 Create Load Cases Using Load Combinations를 사용해서 "하중조합을 하중케이스"로 억지구현을 시켜야 하는데 문제는 그렇게 생성된 하중은 수정이 극도로 어렵게 되고

③ 대칭구조물에서 편토압을 적용하지 않는 '수직구'등에서는 사실상 상시 해석에서는 바닥슬래브 절점에서 인장이 생기지 않고

④ 정작 필요한 내진해석에서는 단면력이 과다하게 나와서 결국 슬그머니 압축전담 스프링을 일반 선형스프링으로 수정해 놓는 경우도 생기...

기 때문이다.

 

여기서 수직구 상시 해석파일 샘플을 하나를 열어서 연직방향 반력을 검토해 봤다.

상시에는 정작 압축전담 스프링이 필요도 없다. 하중을 대칭으로 재하하니까.

따라서 상시해석에서는 더더욱 압축전담 Comp-Only 스프링이 필요없는 것을 알 수 있다. 즉, 일반 스프링으로 모델링하고 하중조합 기능 편하게 쓰면 되겠다.

내진해석에서는 수평력이 주 하중이다 보니 압축전담 스프링을 구현하는 것이 합리적일 것이다. 

하지만 그 하부슬래브 단면력은 일반 선형스프링으로 경계조건을 줬을 때보다 대략 20%~40% 커질 것이다. 이건 내가 타사에서 수행한 마이다스 샘플 몇개를 직접 돌려보고 테스트를 한 결과이다.

 

하지만!!

하부슬래브의 중앙부 단면력은 상시(일반스프링, 압축전담스프링 일때 값이 거의 비슷)때 값이 지진시(일반스프링)일 때보다 대략 40~50% 더 크게 나오기 때문에

 

지진시 하부슬래브 경계조건에 굳이 어렵게 압축전담스프링을 쓸 의미가 없어진다.

결국 상시에 지배된다.

 

요약하자면

하부슬래브 경계조건에 가장 영향을 받는 부재는 하부슬래브, 그리고 중앙부 단면력이 영향이 가장 큼.

상시 단면력이 지진시 단면력보다 40~50% 더 큼.

상시 모델링에는 압축전담 비선형 스프링을 달 필요가 없음. 재하되는 하중에 거의 대칭이므로 연직반력이 모두 고르게 정방향으로 나옴. 따라서 일반 스프링을 달아도 됨.

내진 모델링에는 압축전담 비선형 스프링을 다는 것이 일반 스프링을 달았을 때보다 단면력이 20~40% 커짐. 하지만 그렇게 커져도 상시 하부슬래브 중앙부 단면력보다는 작음.

따라서 상시나 지진시나 압축전담 스프링을 달지말고 일반스프링으로 달아 모델링하는 것이 구조설계실무자에게는 더 합리적이다.

 

이걸 만약에 심의위원이 압축전담 스프링 안썼다고 지적한다면 그 심의위원은 초짜다.

설계자가 압축전담스프링으로 바꿔서 값이 별 차이가 없게 나오는 것으로 답변 달아버리면

심의위원이 감독 보기가 조금 뻘쭘해질 것이기 때문이다.

(대단한 오류인 것처럼 뭐라하더니 철근 직경도 안바뀌고 똑같네 뭐!! 라고 감독은 생각할 지도)

 

 

※ 비정형 구조물의 경우 또는 비대칭 하중이 재하되는 경우(편토압)

수직구가 아닌 '비정형 수처리 구조물'의 경우 또는 편토압등 비대칭 하중이 재하되는 경우는, 상시에서 압축전담스프링을 적용하는 것이 보통이다.