트러스구조

트러스의 장점은 크기가 작은 막대 모양의 부재를 삼각형 형태로 엮어 규모가 큰 지붕을 만들 수 있는 점입니다. 삼각형으로 짜인 막대는 어떻게 안정적인 구조가 될 수 있을지 트러스구조에 대해 살펴보겠습니다.

트러스구조의 원리

트러스가 안정적으로 작동하려면 몇 가지 전제를 따라야 합니다. 우선 부재가 삼각형 모양으로 결합되어야 하고, 절점은 회전단(Hinge ; Pin)으로 지지되어야 합니다. 부재를 삼각형 형태로 짜면 부재의 절점을 회전단으로 만들어도 안정된 형태를 유지할 수 있습니다.

 

라멘구조처럼 사각형 형태로 부재를 짜면 절점을 회전단으로 할 수 없습니다. 라멘구조는 고정단(Fixed)으로 해야만 형태가 안정적으로 유지됩니다.

트러스 부재의 절점을 회전단으로 만들었을 때 이 절점에 외력이 작용하면 트러스 부재에는 압축, 인장 같은 축력만이 발생하고 모멘트는 생기지 않습니다. 실제로는 어느 정도 휨모멘트가 발생할 수 있지만 크기가 작아 무시할 수 있습니다.

일반적으로 구조재료는 휨보다는 압축이나 인장 같은 축 방향 응력에 강합니다. 따라서 압축을 받는 부재의 좌굴만 조심한다면 비교적 작은 부재로 트러스를 구성하는 것이 가능합니다.

 

트러스 해석을 위한 가정

그래스 트러스를 해석할 때는 다음과 같이 가정합니다.

 

1. 절점을 연결하는 부재는 직선으로 구성되고, 트러스 형상은 트러스 부재의 축과 일치한다.

2. 절점은 회전단(Hinge ; Pin)으로 구성된다(휨모멘트가 작용하지 않는다.)

3. 외력은 모두 절점에 작용한다.

 

트러스 부재에 작용하는 힘

트러스는 삼각형으로 짜야 하기 때문에 경사 부재인 사재(Diagonal member)가 있습니다. 트러스 윗부분을 구성하면서 수평으로 평행하게 가로지르는 부재를 상현재(Upper chord member), 아래쪽 부재를 하현재(Lower chord member) 라고 합니다.

트러스구조에서 각 부재의 명칭

다음 그림과 같이 트러스를 만들었을 때 정중앙 하단에 있는 절점에 하중 P가 작용한다고 가정해보겠습니다.

이 절점에 연결된 부재 네 개는 아래쪽으로 당겨지면서 늘어나는 힘(빨간색 부재)을 받게 됩니다. 그리고 삼각형을 구성하는 부재 두 개가 아래쪽으로 늘어나게 되면 나머지 부재 한 개에는 압축력이 작용하게 됩니다. 결국 늘어나는 부재 네 개 사이에 끼어있는 부재 세 개에는 압축응력(초록색 부재)이 발생합니다. 트러스는 이렇게 트러스를 구성하는 개별 부재가 압축력 또는 인장력을 부담하면서 넓은 공간을 지지할 수 있습니다.

 

트러스의 형태

 

트러스와 관련된 내용은 다음을 참고하세요.

▶트러스의 종류/ 프랫 트러스(Pratt truss)와 하우(Howe) 트러스

▶ 절점법/ 트러스 부재의 응력 해석

▶ 절단법/ 트러스 부재의 응력 해석/ 프랫 트러스(Pratt truss)

 

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▶ [구조디자인] - 구조시스템의 분류

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