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

트러스는 단위 부재를 이용하여 삼각형을 어떻게 구성하는가에 따라 형태가 달라집니다. 여기서는 트러스의 대표적인 형태인 프랫 트러스와 하우 트러스를 살펴보겠습니다.
 

트러스의 종류

우선 트러스 부재에 대한 기본적은 설명을 다음 블로그를 참고하시기 바랍니다.
■ 트러스구조
 
트러스의 장점은 크기가 작은 막대 모양의 부재를 삼각형 형태로 엮어 규모가 큰 지붕을 만들 수 있는 점인데, 이 삼각형을 어떻게 구성하느냐에 따라 다양한 모양으로 만들 수 있습니다.

 
프랫 트러스(Pratt truss)
프랫 트러스(Pratt truss)는 경사재를 배치할 때 한 가운데에 위치한 수직재를 중심으로 역삼각형 모양의  배치한 트러스를 말합니다.
 

트러스는 각각의 부재에 축력, 즉 인장응력과 압축응력만 발생합니다. 프랫 트러스와 같이 경사재를 배치하면 각각의 부재에는 어떤 응력이 발생할까요?
 
구조역학의 절단법으로 해석하는 방법은 다음 블로그를 참고하시기 바랍니다.
■ 트러스 부재의 응력 해석/ 절단법/ 프랫 트러스(Pratt truss)
 
프랫 트러스에서는 상현재와 수직재에 압축응력이 생기고, 하현재와 경사재에 인장응력이 발생합니다. 왜 그런지 여기서는 각 부재에 발생하는 응력을 직관적으로 설명해보겠습니다.
 
우선 맨 중앙에서 시작해보겠습니다.
 

 
 
중앙부 절점에 작용하는 하중 p1은 절점 L1에 결합된 부재들을 당기게 됩니다. 따라서 경사재인 L1-U2와 L1-U3는 인장력을 받게 되고 이 부재들이 아래로 당겨지게 됩니다.
 
경사재인 L1-U2와 L1-U3이 당겨지면 U2에서 U3구간까지는 오무라드는 힘을 받겠죠? 이런 힘을 추력(한자로 밀 추(推)를 씁니다; 옆으로 미는 힘의 의미)이라고 하는데, 이 추력을 상현재인 U2-U3부재가 부담하게 됩니다. 따라서 상현재인 U2-U3부재에는 압축응력이 발생하게 됩니다.
 

 
이렇게 해서 P1 하중은 경사재를 따라 절반씩 절점 U2, U3로 옮겨갑니다.   
이제 한 칸씩 옆에 작용하는 P2, P3를 살펴보겠습니다. 지금 U2와 U3에는 P1의 절반(1/2)씩 각각 하중이 실려 있습니다. 이 때 수직재인 U2-L2와 U3-L3는 삼각형을 구성하는 나머지 두 부재가 인장력을 받기 때문에 앞에서 설명한 추력과 마찬가지로 압축응력이 발생합니다. 이 압축응력에 의해 U2와 U3에서 실려 있던 수직반력 P의 1/2은 절점 L2와 L3로 전달됩니다. 
 

다시 경사재인 U4-L2는 절점 L2에 작용하는 하중 때문에 발생하는 인장응력을 부담하면서 L2에 전달된 하중(수직반력 P의 1/2과 추가하중 P2)을 U4로 전달하고, 최종적으로 수직재인 U4-L4과 U5-L5는 압축응력을 부담하면서 전체 하중을 지지점인 L4과 L5로 전달하게 됩니다.
 

하우 트러스

하우 트러스(Howe truss)는 경사재의 배치가 프랫 트러스와 다르게 배치한 것입니다. 프랫 트러스의 가운데 부분이 역삼각형의 형태라면 하우 트러스트 똑바로 놓인 삼각형처럼 되어 있습니다.
 

 
 
하우 트러스에서 경사재와 수직재에는 어떤 응력이 발생할까요? 프랫 트러스에서는 상현재와 수직재에 압축응력이 생기고, 하현재와 경사재에 인장응력이 발생했는데, 하우 트러스도 그럴가요?
 

이번에도 역시 중앙에서 시작해보겠습니다. 중앙부 절점에 작용하는 하중 p1은 절점에 결합된 부재 3개 아래로 당기고 이 부재에는 인장응력이 발생하겠죠? 따라서 하중은 P1 인장력에 의해 L1에서 U1으로 전달됩니다.
 

 
삼각형을 구성하는 나머지 두 부재에 인장력이 작용하기 때문에 그 사이에 낀 경사재에는 압축력이 발생합니다. 그래서 U1에 연결된 경사재 U1-L2와 U1-L3에는 압축력이 발생합니다. 이 압축력에 의해 U1에 실린 하중 P1이 절반씩 나누어져서 절점 L2와 L3에 전달됩니다.
 

절점 L2와 L3에는 전달된 P의 절반뿐 아니라 하중 P2와 P3도 작용하고 있습니다. 이 힘은 절점에 연결된 수직재를 당기게 되고 수직재의 인장력에 의해 L2와 L3에 실린 하중은 U2와 U3로 전달됩니다. U2와 U3에 실린 하중은 다시 압축력을 받는 경사재에 의해 아래쪽 절점 L4와 L5로 전달됩니다.
 
이 과정을 거치면서 수직재와 경사재 아래쪽에 삼각형을 구성하는 하현재들은 모두 인장력을 부담하는 타이로드처럼 작동하게 됩니다. 결국 하우 트러스는 수직재가 인장력을 받고 경사재가 압축력을 받으면서 트러스 절점에 작용하는 전체 하중을 지지점인 L4과 L5으로 전달합니다. 
  
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