포털 철골 건물이란?
포털 철골 건물은 거꾸로 된 "U" 또는 포털과 같은 모양의 견고한 강철 프레임 주위에 지어진 단층 또는 저층 구조입니다. 각 프레임은 두 개의 수직 기둥과 수평 또는 경사진 서까래로 구성되며, 무릎 연결이라고 하는 모멘트 저항 조인트로 모서리에 연결됩니다. 처마와 꼭대기의 견고한 연결을 통해 프레임은 내부 하중 지지 벽에 의존하지 않고도 수직 하중과 측면 바람 또는 지진 하중을 모두 전달할 수 있습니다. 프레임 자체가 구조 작업을 수행하기 때문에 포털 프레임 건물은 기둥 없이 20~100미터에 걸쳐 있을 수 있으며, 이것이 창고, 작업장, 항공기 격납고, 농업 창고 및 스포츠 경기장을 지배하는 이유입니다.
포털 프레임을 단순한 포스트 앤 빔 강철 구조와 분리하는 정의 기능은 견고한 헌치 연결입니다. 표준 보-기둥 시스템에서 조인트는 힌지처럼 동작하며 굽힘 모멘트는 보와 기둥 사이에 공유되지 않습니다. 포털 프레임에서 헌치 브래킷은 모서리를 통해 연속적으로 굽힘 모멘트를 전달하므로 기둥과 서까래는 하나의 연속적인 구조 요소로 작동합니다. 이것이 포털 프레임 건물에 긴 간격과 상대적으로 가벼운 평방 미터당 강철 톤수를 제공하는 것입니다.
포털 프레임의 핵심 구성 요소 강철 구조물
모든 포털 철골 건물은 크기나 용도에 관계없이 일관된 부품 세트로 조립됩니다. 각 구성 요소를 이해하면 구매자가 구조 도면을 읽고 서로 다른 제작업체의 견적을 동일한 조건으로 비교할 수 있습니다.
메인 프레임
열간 압연 H빔이나 용접 I형 단면으로 제작된 기둥과 서까래. 서까래는 일반적으로 강철 무게를 줄이기 위해 처마의 깊은 헌치에서 중앙 경간의 더 얕은 부분까지 가늘어지는 가변 깊이를 가지고 있습니다.
도리와 거트
1.2~1.8m 간격으로 냉간 성형된 C 또는 Z 섹션은 지붕 시트와 벽 클래딩을 지지하여 하중을 메인 프레임으로 다시 전달합니다.
브레이싱 시스템
세로 방향 풍하중을 저항하고 프레임 길이를 따라 안정적으로 유지하는 지붕 평면과 끝벽의 교차 버팀대 또는 포털 버팀대입니다.
베이스 플레이트 및 앵커 볼트
강판을 기둥 베이스에 용접하고 앵커 볼트로 콘크리트 기초에 고정하여 기둥 반력을 기초에 전달합니다.
지붕 및 벽 클래딩
건물 외피를 둘러싸기 위해 도리와 둘레에 고정된 프로파일 강판, 샌드위치 패널 또는 단열 복합 패널.
크레인 빔
산업 및 제조 건물의 천정 주행 크레인을 지지하기 위한 기둥의 선택적 코벨 또는 브래킷입니다.
포털 철골 건물이 다른 구조물보다 선택되는 이유
철근 콘크리트 프레임이나 전통적인 석조 건축과 비교할 때 포털 강철 프레임은 대형 단층 인클로저에 비해 어려운 속도, 범위 및 비용 효율성의 조합을 제공합니다.
- 내부 기둥이 없는 길고 깨끗한 스팬 이는 선반, 기계 또는 차량 이동을 위해 방해받지 않는 바닥 공간이 필요한 창고, 체육관 및 생산 라인에 매우 중요합니다.
- 부재가 공장에서 제작 및 드릴링되고 현장에서 간단히 볼트로 체결되기 때문에 시공 시간이 단축되어 현장 타설 콘크리트에 비해 일정이 몇 주 단축됩니다.
- 잘 설계된 포털 프레임은 동등한 콘크리트 프레임보다 훨씬 가벼우므로 기초 하중이 낮아져 기초 크기와 굴착 비용이 줄어듭니다.
- 기존 강철 구조를 방해하지 않고 볼트 연결 확장을 위해 엔드 베이를 열어 둘 수 있으므로 향후 확장을 위한 설계 유연성이 있습니다.
- 구조용 강철 부재는 원래 가치보다 높은 비율로 분해, 재배치 또는 재활용될 수 있으므로 재료 회수 가치가 높습니다.
- 현장 타설 콘크리트와 비교하여 현장 재작업 및 품질 차이를 줄이는 예측 가능하고 공장에서 제어되는 제작 공차입니다.
일반적인 경간, 베이 간격 및 처마 높이 범위
스팬, 베이 간격 및 처마 높이는 강철 톤수와 그에 따른 프로젝트 비용을 결정하는 세 가지 차원입니다. 아래 표에는 창고, 작업장, 농업 포털 프레임 프로젝트 전반에 걸쳐 일반적으로 사용되는 범위가 요약되어 있습니다.
건물 유형별 포털 철골 건물의 일반적인 치수 범위 | 건물 유형 | 스팬 지우기 | 베이 간격 | 처마 높이 |
| 보관창고 | 20~40m | 6~9m | 6~9m |
| 제조 워크샵 | 24~36m | 6~8m | 7~12m |
| 항공기 격납고 | 40~100m | 7.5~9m | 9~18m |
| 농업 창고 | 12~24m | 5~6m | 4~6m |
| 실내 스포츠 경기장 | 30~60m | 6~9m | 8~15m |
구조 엔지니어가 사용하는 일반적인 경험 법칙에 따르면, 포털 프레임이 약 36미터를 통과하면 강철 소비는 대략 스팬의 제곱에 비례하여 증가합니다. 왜냐하면 처짐을 제어하려면 서까래와 기둥 부분이 더 깊어져야 하기 때문입니다. 매우 넓은 경간 건물을 계획하는 구매자는 중간 기둥이 있는 다중 경간 프레임이 단일 거대 투명 경간보다 더 경제적인지 평가하는 경우가 많습니다.
철강 등급 및 재료 사양
포털 철골 건물의 성능은 메인 프레임, 보조 부재 및 연결부에 사용되는 강철 등급에 따라 크게 달라집니다. 제작자는 강도, 용접성 및 비용의 안정적이고 잘 문서화된 균형을 제공하기 때문에 일반적으로 확립된 구조용 강철 등급의 좁은 범위 내에서 작업합니다.
포털 프레임 제작에 사용되는 일반적인 구조용 강철 등급 | 강철 등급 | 항복 강도 | 일반적인 사용 |
| Q235B | 235MPa | 도리, 거트, 보조 버팀대 |
| Q345B | 345MPa | 메인 프레임 기둥과 서까래 |
| ASTM A572 Gr50 | 345MPa | 무거운 프레임 멤버, 크레인 칼럼 |
| S355JR | 355MPa | 유럽형 수출 프로젝트 |
Q345B 또는 S355JR과 같은 고강도 등급은 일반적으로 주 고정 프레임에 지정됩니다. 왜냐하면 더 가벼운 섹션이 동일한 굽힘 모멘트를 전달할 수 있게 하여 전체 톤수와 선적 중량을 줄일 수 있기 때문입니다. 큰 프레임 모멘트보다는 국부적인 굽힘에 주로 저항하는 도리와 거트는 비용 증가에 비해 업그레이드로 인한 무게 절감이 최소화되기 때문에 일반적으로 낮은 등급으로 유지됩니다.
지붕 및 벽 클래딩 옵션
포털 프레임 건물을 위해 선택한 클래딩 시스템은 열 성능, 음향 쾌적성, 화재 행동 및 장기 유지 관리 비용에 영향을 미칩니다. 오늘날 세 가지 클래딩 제품군이 시장을 지배하고 있습니다.
단일 스킨 프로파일 시트
골판지 또는 사다리꼴 아연도금 또는 갈바륨 강판이 도리에 직접 고정됩니다. 이는 가장 저렴한 옵션이며 엄격한 온도 제어가 필요하지 않은 농업 창고, 개방형 창고 및 건물에 일반적입니다.
절연 샌드위치 패널
일반적으로 두께가 50~150mm인 폴리우레탄, 폴리스티렌 또는 암면 코어에 접착된 두 개의 강철 스킨. 샌드위치 패널은 한 번에 설치되는 단일 구성 요소에 구조용 클래딩과 단열재를 결합하기 때문에 냉장 보관, 식품 가공 및 기후 제어 작업장을 위한 표준 선택입니다.
빌트업 이중 스킨 루프 시스템
내부 라이너 시트, 담요 단열재 층, 스페이서 바 및 외부 내후성 시트가 현장에서 조립됩니다. 이 시스템은 부드러운 내부 천장 마감과 적당한 단열이 모두 필요한 대규모 상업 및 소매 건물에 적합합니다.
설계부터 인도까지의 구축 순서
일반적인 포털 철골 건물 프로젝트는 예측 가능한 일련의 단계를 거쳐 진행됩니다. 이 순서를 알면 구매자가 현실적인 배송 일정을 계획하고 토목 공사와 철강 배송을 조율하는 데 도움이 됩니다.
- 프로젝트 현장에 적용되는 지역 설계 규정에 따라 사하중, 활하중, 풍하중, 적설하중 및 지진하중을 포괄하는 구조 설계 및 하중 계산.
- 작업 도면 준비 및 자재 조달. 제작이 시작되기 전에 모든 구성원이 정확한 볼트 구멍 위치와 절단 길이를 자세히 설명합니다.
- 절단, 드릴링, 조립 부분의 용접, 쇼트 블라스팅, 페인팅 또는 용융 아연도금과 같은 표면 처리를 포함한 공장 제작.
- 기초 및 토목 작업은 제작과 병행하여 수행되므로 앵커 볼트 위치는 승인된 기초 배치 도면에 따라 정확하게 주조됩니다.
- 일반적으로 수출 프로젝트를 위한 표준 평상형 트레일러 또는 선적 컨테이너에 맞는 크기의 묶음으로 제작된 부재를 현장으로 운송합니다.
- 현장 설치는 일시적으로 고정된 처음 두 개의 끝 프레임부터 시작하여 각 프레임이 올라갈 때 도리, 거트 및 버팀 장치를 설치하여 베이별로 진행합니다.
- 클래딩 설치 후 후레싱, 홈통, 하향관 및 모든 문, 창문 또는 환기 루버를 설치합니다.
- 건물을 사용하기 위해 인계받기 전 볼트 토크, 용접 품질, 치수 공차 등을 최종 검사합니다.
메인 프레임은 현장에서 용접되지 않고 볼트로 체결되기 때문에 약 3,000평방미터 규모의 중간 크기 포털 프레임 창고는 일반적으로 기초가 준비되면 4~8주 안에 건립될 수 있습니다. 이는 동등한 콘크리트 프레임 건물에 필요한 시간의 일부에 불과합니다.
부식 방지 및 서비스 수명
강철은 강하지만 반응성이 있으므로 모든 포털 프레임 강철 구조에는 해당 환경에 맞는 보호 코팅 시스템이 필요합니다. 실제로는 서로 다른 노출 조건에 적합한 세 가지 보호 방법이 사용됩니다.
알키드 또는 에폭시 프라이머 페인트
적색 산화물 또는 아연이 풍부한 프라이머에 이어 중간 및 마감 코팅을 하여 대략 120~200 마이크론의 총 건조 도막 두께를 제공합니다. 8~12년마다 정기적으로 재도장을 하여 건조한 내륙 환경에 적합합니다.
용융 아연 도금
부재를 용융 아연에 담가서 일반적으로 두께가 65~100미크론인 야금학적으로 결합된 코팅을 형성하므로 습한 조건이나 해안 조건에서도 25년 이상 유지 관리가 필요 없는 보호 기능을 제공합니다.
이중코팅
아연 도금은 아연 층에 주의가 필요하기 전까지 페인트 층이 연장되는 공격적인 해양 또는 산업 환경에서 사용되며 종종 결합 보호 기간이 30년을 초과하는 페인트 상단 코팅과 결합됩니다.
포털 철골 건물의 비용을 높이는 요소
견적을 비교하는 구매자는 서류상으로는 유사해 보이는 건물의 가격 차이가 큰 경우가 많습니다. 격차는 거의 항상 소수의 변수로 귀결됩니다.
- 스팬, 베이 간격, 지붕 경사, 적설량 및 풍하중 구역에 따라 증가하는 평방 미터당 철강 톤수입니다.
- 크레인 적재: 단일 5톤 오버헤드 크레인이라도 크레인이 없는 구조에 비해 상당한 기둥 및 버팀 중량을 추가할 수 있기 때문입니다.
- 단열 샌드위치 패널이 단일 스킨 시트보다 평방 미터당 비용이 상당히 높지만 지속적인 에너지 비용을 줄이는 클래딩 사양입니다.
- 용융 아연 도금을 사용한 코팅 시스템은 페인팅보다 초기 비용이 높지만 수명 유지 비용은 낮습니다.
- 제조 공장이 현장에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 크레인과 진입로를 쉽게 설치할 수 있는지 여부를 포함한 현장 물류.
- 지진이나 강풍 지역은 위험성이 낮은 내륙 현장보다 더 무거운 버팀대와 연결 세부 사항이 필요하기 때문에 지역 설계 규정 요구 사항입니다.
실용적인 벤치마크로서 적당한 눈과 바람 하중을 받는 단순한 단일 경간 창고는 일반적으로 지붕이 있는 바닥 면적의 평방미터당 구조용 강철 범위가 25~45kg인 반면, 넓은 경간 또는 크레인이 장착된 건물은 평방미터당 60kg을 초과할 수 있습니다.
포털 강철 프레임 대 트러스 지붕 강철 구조
구매자는 때때로 포털 프레임을 트러스 및 기둥 건물과 혼동하지만 두 건물은 하중이 가해지면 매우 다르게 작동합니다.
견고한 포털 프레임과 핀 결합 트러스 지붕 구조 비교 | 특징 | 포털 프레임 | 트러스와 기둥 |
| 코너 연결 | 견고하고 순간 저항성 | 고정되어 순간 없이 |
| 중앙부재의 깊이 | 얕고 테이퍼진 서까래 | 깊은 오픈 웹 트러스 |
| 최고의 스팬 범위 | 최대 약 60~100m | 60m가 넘는 매우 긴 경간 |
| 제조 복잡성 | 더 낮고 더 적은 수의 회원 | 상위, 다수의 웹회원 |
| 실내 헤드룸 느낌 | 더욱 깨끗하고 중단 없이 | 웹 브레이싱으로 인해 시각적으로 혼잡함 |
포털 프레임에 의존하는 산업 및 건물 유형
포털 프레임 철골 구조는 광범위한 범위에서 효율적이기 때문에 틈새 솔루션이 아닌 여러 부문에서 기본 선택이 되었습니다.
- 랙킹 및 지게차 통로를 위한 장기간의 정리 작업이 필요한 물류 및 유통 창고.
- 생산 라인과 오버헤드 크레인이 있는 자동차, 전자, 일반 제조 작업장입니다.
- 온도 제어를 위해 단열 패널 클래딩을 사용하는 콜드 체인 및 식품 가공 시설.
- 축사, 곡물 창고, 농기구 창고 등 농업용 건물.
- 항공기 날개 길이를 수용하기 위해 매우 넓은 공간이 필요한 항공 격납고.
- 실내코트, 승마장, 전시장 등의 레크리에이션 및 스포츠 시설.
- 유연한 레이아웃을 위해 기둥이 없는 개방형 평면도의 이점을 누리는 소매점 및 쇼룸 건물입니다.
자주 묻는 질문
포털 철골 건물은 일반적으로 얼마나 오래 지속됩니까?
적절하게 설계된 코팅 시스템과 정기 검사를 통해 주요 철골 구조 프레임은 일반적으로 30~50년 이상 동안 우수한 성능을 발휘합니다. 클래딩 시트와 실런트는 일반적으로 기후 노출에 따라 15~25년 이내에 더 빨리 교체하거나 보수해야 합니다.
포털 프레임 건물을 건축한 후 확장할 수 있나요?
예. 하중은 일반 베이에 간격을 두고 있는 개별 프레임을 통해 이동하기 때문에 원래 기초와 프레임 설계가 향후 확장을 허용한다면 일반적으로 기존 구조를 방해하지 않고 새로운 베이를 개방형 끝 벽에 볼트로 고정할 수 있습니다.
포털 철골 건물에는 어떤 지붕 경사가 사용됩니까?
대부분의 포털 프레임은 5도에서 10도 사이의 지붕 경사를 사용합니다. 경사가 얕을수록 프레임 높이와 강철 무게가 줄어들고 경사가 약간 가파르면 폭설 지역의 빗물 배수 및 눈 쌓임이 향상됩니다.
포털 프레임 건물에는 넓은 범위를 위한 내부 기둥이 필요합니까?
반드시 그런 것은 아닙니다. 단일 투명 스팬 포털 프레임은 내부 기둥 없이 최대 약 60~100미터의 개구부를 덮을 수 있지만, 매우 넓은 스팬에는 더 깊은 헌치와 더 무거운 섹션이 필요하므로 강철 톤수와 비용이 증가합니다.
풍하중은 포털 프레임 디자인에 어떤 영향을 줍니까?
풍하중은 대부분의 저층 포털 프레임 건물에서 보강 시스템과 연결 크기를 결정하며 종종 중력 하중보다 더 큽니다. 바람이 많이 부는 해안 지역이나 사이클론이 발생하기 쉬운 지역의 건물에는 지붕의 융기에 저항하기 위해 추가적인 버팀대 베이와 더 강한 클래딩 고정 장치가 필요합니다.
추운 기후에 적합한 포털 철골 건물이 있습니까?
예, 프레임이 국지적 적설 하중에 맞게 설계되었고 클래딩 시스템에 적절한 단열재가 포함되어 있다면 가능합니다. 단열 샌드위치 패널 또는 내장형 이중 외피 지붕 시스템은 일반적으로 추운 기후의 포털 프레임 건물에 지정되어 열 손실을 제어하고 결로를 방지합니다.
