형강이란 자른 면이 일정한 모양으로 된 압연 강철재를 의미합니다. 각각의 형강은 특정한 하중 조건과 설계 요구에 맞춰 선택되어 사용되며, 그에 따라 건축물의 안정성과 내구성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 즉, 용도에 따라 다양한 모양을 가진 형강이 있다는 의미인데요. 따라서, 오늘은 기본 철강재의 다양한 형상과 용도에 대해 알아보고, 이를 특수한 목적에 맞게 한 번 더 변형한 특수철강재에 대해 알아보겠습니다.
목차
형강이란 단면의 형태가 일정하도록 압연해 만든 구조용 압연강재를 총칭해 일컫는 말로 주로 철골 구조용으로 사용됩니다. 형강은 근대적 압연공정이 발전한 18세기 후반 건물의 고층화, 교량의 장대화 등을 위해 개발되었습니다. 형강은 특성에 따라 보통강과 특수강으로 구분되며 제강작업을 통해 제조된 반제품을 가열하고,특정한 단면 형태(ㄱ, ㄷ, I, H)로 열간압연해 만들어집니다.
여기서 플랜지란 형강의 상단과 하단에 위치한 평평한 부분입니다. 주로 압축과 인장 하중을 견디며, 구조물의 전체적인 강도를 높이는 역할을 합니다. 반면 웨브란, 형강의 중앙에 위치한 수직 부분입니다. 플랜지 사이를 연결하는 역할을 하며 주로 전단 하중을 견디며, 플랜지 간의 거리를 유지하고 전체적인 구조를 지탱하는 역할을 합니다.
(1) H형강
H형강은 건물의 뼈대를 이루는 철강의 대표적인 제품입니다. H형강은 이름 그대로 H 형태의 단면을 가지며, 기둥과 빔으로 주로 사용됩니다. 넓은 플랜지와 두꺼운 웹을 가지고 있어 높은 강도와 안정성을 가지고 있고 높은 하중을 지탱해야 하는 교량, 고층 건물, 대형 구조믈에 사용됩니다.
이러한 구조의 단면은 성능이 우수하고 조합 및 접합이 용이하여 구조용 강재로 널리 쓰입니다. 이때, 플랜지가 300mm이하인 것을 주니어 사이즈, 이상인 것을 시니어 사이즈로 구분합니다.
(2) I형강
I형강은 H형강처럼 플랜지와 웨브로 구성돼 있으나 플랜지 내부면이 경사져 있습니다. 따라서, H형강에 비해 단면 효율이 적어 일부 교량, 차량용으로 사용됩니다. 플랜지의 두께가 얇아 경제적이며, 강도와 무게의 균형이 좋습니다. 주로 굽힘 모멘트를 견디는 데 유리해 중간 정도의 하중을 지탱하는 바닥 빔, 교량 빔, 건물의 뼈대 등에 많이 사용됩니다.
(3) ㄱ형강
´ㄱ형강´은 두 변이 직각으로 된 압연형강으로 비교적 가볍고 다양한 크기로 제공되어 유연성이 높습니다. 보강재로 사용되며, 접합부의 보강이나 트러스 구조에 유리합니다. 예를 들어, 트러스 부재로 사용되어 교량, 건물의 지붕 및 천장 구조에 사용되거나, 조선, 중도리(목조건축에서 지붕의 하중을 기둥으로 전달하는 수평 부재), 띠장(건축물의 벽체나 기둥을 수평으로 연결하여 구조적 안정성을 증가시키는 부재), 철탑 부재 등으로 많이 사용됩니다.
(4) ㄷ형강
´ㄷ형강´은 채널이라고도 하며 웨브에서 한 쪽 방향으로만 두개의 플랜지를 갖는 단면형상을 의미합니다. 조립 및 접합이 쉬워 트러스, 가새, 샛기둥, 경미한 휨재 등에 이용됩니다. 비틀림 강도가 낮지만, 수평 하중을 잘 견디며 건축물의 보강재, 문틀, 바닥 및 천장 구조물의 보강에 사용됩니다. 기계 및 차량의 프레임, 철도 차량, 선박의 보강재로 사용되기도 합니다.
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이외에도 기본 철강재를 특수한 목적을 갖고 변형한 특수철강재가 여럿 있습니다.
대표적으로 경량H형강, 블랙C형강, 비대칭H형강, 아연도C형강 등이 있는데요. 이들에 대해 한번 알아보겠습니다.
(1) 경량H형강
경량H형강은 이름에서 알 수 있다시피, 기존 H형강보다 무게가 가벼운 형태의 형강입니다. 같은 강도와 강성을 유지하면서도 무게를 줄인 제품으로, 주로 건축 구조물의 보, 기둥 등에서 사용되어 구조물의 전체 무게를 줄이고, 자재 비용을 절감할 수 있습니다.
(2) 블랙C형강
블랙C형강은 표면 처리가 되어 있지 않은, 철 본연의 색깔을 가진 C형강입니다. 표면 처리를 하지 않기 때문에 추가 비용이 발생하지 않는 것은 물론, 폐기물 처리 과정에서도 비용이 절감됩니다. 주로 외부 환경에 노출되지 않는 실내 구조물에 많이 사용됩니다. 요즘에는 인위적으로 색을 입히는 것보다 철 본연의 색깔을 가진 건축물을 추구하는 경우도 많아 블랙 C형강의 수요가 증가하고 있습니다.
(3) 비대칭H형강
비대칭H형강은 양쪽 플랜지의 크기가 서로 다른 H형강으로, 특수한 경우에 제작되어 사용됩니다. 예를 들어, 한쪽은 고속도로가 지나가고 다른 쪽은 보행자 도로가 있는 교량을 건설할 때 많이 사용됩니다. 양쪽의 무게 균형이 안 맞을 때, 비대칭H형강을 사용하여 비균일한 하중을 효과적으로 분산시키고 지지할 수 있습니다.
(4) 아연도C형강
아연도C형강은 표면에 아연 도금 처리가 되어 있는 C형강입니다. 아연은 철보다 반응성이 높아, 철이 부식되기 전에 먼저 산화되는 특성이 있는데요. 이로 인해 철강재가 부식되는 것을 막아줍니다. 따라서, 아연 도금 처리를 통해 철강재의 수명을 크게 연장될 수 있는거죠. 비와 눈을 견뎌야 하는 외부 구조물이나, 습기가 많은 환경에서 사용되며, 주로 건축물의 외부 프레임, 지지대, 울타리 등의 부재로 사용됩니다.
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