Assign Floor Loads

임의의 평면 폐구간에 바닥판하중을 보요소 또는 벽요소의 상단에 선분포 보하중, 보 중간집중하중 형태로 입력합니다.

특히 건물과 같이 바닥판의 크기와 형상이 층별로 동일한 경우에 바닥판 하중의 동시 복제기능을 이용하면 편리합니다.

임의의 평면상에 작용하는 고정하중, 활하중, 지붕하중 또는 설하중 등의 분포성 압력하중을 각 구조부재(보 또는 벽체)가 받는 유효하중(집중하중 또는 분포하중)으로 치환하는 작업은 대단히 복잡합니다. 이 명령어는 이와 같은 압력하중을 보 또는 벽체가 받는 유효하중(집중하중 또는 분포하중)으로 자동 치환하는데 사용됩니다.

바닥판하중이 재하되는 면적의 범위는 재하면의 경계선에 위치한 절점들에 의해 형성되는 폐구간으로 정해지며, 재하면은 반드시 평면이어야 하고, 전체좌표계의 축과 평행하지 않더라도 무관합니다.

벽식아파트 평면과 같이 벽체선에 의해 생성되는 바닥판하중 재하영역이 폐구간이 아닌 경우에는 임의의 가상보를 생성하여 패구간을 형성한 후 바닥판하중을 재하합니다.

Exclude Inner Elem. Of Area : 하중영역내의 요소에 하중을 재하하지 않을 경우에 이용되며. 이 기능은 x-brace 등의 요소를 하중 재하 요소로 고려하지 않을 때 사용하면 편리합니다

Allow Polygon Type Unit Area : 내각이 180도 이상인 오목다각형에 바닥하중을 재하할 경우에 이용됩니다. Distibution을 Two way로 선택하고 ‘Allow Polygon Type Unit Area’를 체크하면 오목다각형인 경우에도 바닥하중을 재하할 수 있습니다.

Note
1. Display의 Load >Floor Load Name을 지정할 경우 분할된 영역선이 표시된다.
2. Display Option의 Color >Load >Floor Load Area에서 분할된 영역에 대한 색상 지정이 가능하다.

Load Angle(A1) :하중을 분포시키고자 하는 방향을 지정하는 각도

One Way Distribution의 경우만 유효하며, 하중의 재하영역을 지정할 때 첫 번째 절점에서 두번째 절점을 향하는 축과 하중분포방향이 이루는 각도를 의미합니다. 그리고, 각도의 부호체계는 오른손법칙을 따르며 재하영역을 지정할 때 사용된 모서리 절점의 지정순서에 의해 정해지는 회전 방향이 양(+)의 방향이 됩니다. (그림 2,3 참조)

일반적으로 Flooring System에서 바닥판상에 재하되는 하중은 대부분 바닥판재(슬래브 또는 Checkered Plate 등)를 통해서 1차적으로 보부재에 전달된 다음, 2차적으로 거더부재(기둥과 직접 연결되는 수평부재)로 전달됩니다.

보부재(여기서 보부재는 거더와 거더사이를 연결하는 보를 의미)의 경우는 대부분 양단이 힌지 조건으로 접합되기 때문에 보부재에 재하 된 하중은 거더로 전달하는 역할만 수행할 뿐이고, 거더의 거동에 영향을 미치거나 역으로 거더의 강성이 보부재의 거동에 영향을 주지 않습니다. 따라서 실무 설계에서는 보부재를 모델에 포함하지 않고 보부재로부터 전달되는 수직하중만 거더에 고려하는 방법을 주로 사용하게 됩니다.

이와 유사한 개념으로 Gen은 주어진 영역내(아래 설명 참고)에 보부재의 개수와 배치방향만을 입력함으로써 보부재를 모델에 포함하지 않더라도 보부재가 가상적으로 있는 것으로 가정하여 보부재로부터 거더 또는 벽체의 상단에 전달되는 하중을 자동으로 연산합니다.

여기서 주어진 영역이란 주어진 하중재하영역(아래 'Nodes Defining Loading Area'에서 입력될 모서리 절점에 의해 형성되는 폐구간)내에 포함되어 있는 거더나 벽체 또는 보부재(모델링된 요소)에 의해 형성된 최소 단위의 삼각형 또는 사각형 영역을 의미합니다.

Number of Sub-Beams : 소영역에 배치될 가상 보부재의 개수 (Note 및 그림 4, 5 참조)

Sub-Beam Angle(A2) : 가상 보부재의 배치각도(그림 4, 5 참조)

Unit Self Weight : 가상 보부재의 단위길이당 자중(하중/길이)

Note
Sub-Beam의 자중은 하중의 방향과 관계없이 무조건 GZ로 작용된다. 이때 Sub-Beam 자중방향이 하중의 방향과 일치할 경우 두 개가 합쳐져서 하중으로 생성되고 다른 경우에는 각각 하중으로 생성된다.

바닥판좌표계는 재하영역을 지정할 때, 첫번째 지정 모서리 절점에서 두번째 지정 절점으로 나가는 방향이 x축방향이 되며, 모서리 절점의 지정순서에 의해 결정되는 회전방향의 오른손법칙을 따른 축방향이 z축방향이 되고, 첫번째 절점에서 x축방향과 수직을 이루면서 x축과 z축방향에 수직인 방향이 y축방향이 됩니다. (그림 3 참조)

Local x : 바닥판좌표계(그림 3 참조) x축방향으로 바닥판하중 재하

Local y : 바닥판좌표계(그림 3 참조) y축방향으로 바닥판하중 재하

Local z : 바닥판좌표계(그림 3 참조) z축방향으로 바닥판하중 재하

<그림 1> 바닥판하중을 보요소상에 작용하는 분포하중 형태로 치환하는 방법(가상 보부재가 없는 경우)

<그림 2> One Way Distribution의 경우 'Load Angle(A1)'의 개념도

<그림 3> 바닥판좌표계와 모서리 절점의 지정방향과의 상관관계

<그림 4> 'No. of Sub-Beam'과 'Sub-Beam Angle(A2)'의 개념도

<그림 5> Sub-Beam Angle(A2)의 개념도 ('No. of Sub-Beam'=2인 경우)

바닥판하중을 전체좌표계 기준으로 재하할 때(Load Direction이 'Global X,Y 또는Z'일 경우) 하중작용방향의 수직투영면상에 재하할 것인지 하중재하영역 전체면에 재하할 것인지의 여부를 지정합니다.

Yes : 바닥판하중을 하중작용방향의 수직투영면상에 투영된 면적에 대해 재하할 경우

참고로 적설하중과 같이 투영면적에 재하되는 하중은 'Yes'를 선택하고, 지붕활하중의 경우는 'No'를 선택합니다.

재하영역의 각 모서리에 위치한 절점번호들을 임의의 회전방향으로 순차적으로 지정합니다. 재하영역을 지정할 때는 절점번호들을 직접 입력하는 방법과 입력란을 한번 클릭한 후, 모델 윈도우에서 Node Snap기능을 이용하여 마우스커서로 지정하는 방법이 있습니다. 모서리 절점의 지정순서에 따라 바닥판좌표계와 하중의 작용방향 및 부호가 정해집니다. (그림 3 참조)

모서리절점의 입력 순서는 <그림 6>과 같이 순차적으로 입력하면 됩니다. 또한 N9와 N11 절점과 같이 모서리 절점이 아니고 재하 경계면의 직선변상에 있는 절점은 별도로 지정할 필요가 없습니다.

경계면은 오목, 볼록 형상에 관계없이 가능하며 모서리절점은 동일 평면상에 존재하여야 합니다.

그리고 재하 경계내의 모든 보요소(또는 벽요소)는 삼각형 또는 사각형으로 구성되는 최소단위 폐구간(소구간)으로 분할될 수 있도록 배치되어 있어야 하며, 보요소(또는 벽요소)가 동일 선상에 이중으로 입력되어 있거나 서로 교차점이 분리되어 있지 않은 경우에는 오류처리됩니다.

모델 윈도우에서 마우스커서를 사용할 경우에는 모서리절점을 순서대로 지정한 후, 최초 지정한 모서리 절점을 재지정함으로써 입력이 완료됩니다.

<그림 6> 바닥판하중의 재하범위를 지정하는 모서리절점의 입력 예

입력된 바닥판하중을 일정거리에 있는 동일형상(크기)의 바닥판 상에 반복 복제 입력하는데 사용됩니다.

여러 개의 바닥판에 동시에 복제할 경우에는 복제거리를 개수만큼 상대거리로 반복 입력합니다.

바닥판하중이 재하될 영역이 <그림 7(a)>와 같이 모서리 절점들에 의해 정해지면 <그림 7(b)>와 같이 해당 경계내에 배치된 보요소(또는 벽요소)에 의해 삼각형 또는 사각형으로 구성되는 최소단위 폐영역(소영역)이 정해진다.

소영역내에 배치되는 가상보의 개수('No. of Sub-Beams')가 정해지면 <그림 7(c)>와 같이 소영역이 재분할된다. (<그림 7(c)>의 경우 가상보의 개수=1)

재분할된 소영역을 기준으로 <그림 7>의 분포개념에 따라 보요소(또는 벽요소)와 가상보상에 <그림7(d)>와 같이 분포하중이 배치된다. 가상보상에 배치된 분포하중을 이용하여 (양단 핀접합조건으로 가정) 가상보 양단에서의 반력을 구한다.

이와 같은 과정을 통해 가상보로부터 전달된 반력과 보요소(또는 벽요소)가 직접 받는 분포하중이 최종적으로 <그림 7(e)>와 같이 보요소(또는 벽요소)상에 재하된다.

'No. of Sub-Beams'는 <그림 7(b)>와 같이 보요소(또는 벽요소)에 의해 삼각형 또는 사각형으로 형성되는 최소 단위 폐구간에 배치하고자 하는 가상보의 개수를 의미한다.

가상보의 배치는 <그림 4(a)>와 같이 바닥판좌표계 x축에 대해 'A2' (바닥판좌표계 x축과 가상보를 배치하고자 하는 방향이 이루는 각도, 오른손법칙에 따라 'Nodes Definfing Loading Area'에서 입력될 모서리 절점의 회전입력 방향이 양(+)의 부호를 가진다.) 각도만큼의 기울기를 가지면서 최소 단위폐구간의 모서리를 지나는 직선들 중에 최외곽에 있는 2개의 직선 사이의 간격을 등분하는 'No. of Sub-Beams'개의 가상보가 배치된다.

여기서 가상보와 기존의 보요소(또는 벽요소)에 의해 형성되는 다각형의 모양은 삼각형과 사각형만이 허용되기 때문에 <그림 4>에서 빗금친 부분과 같이 5각형의 모양이 생기는 경우에는 프로그램에 의해 오류 처리가 된다.

바닥판하중을 보요소(또는 벽요소의 상단)에 작용하는 분포하중 형태로 치환하는 방법

바닥판하중을 재하영역에 입력한 후, 해당평면에 보 또는 벽요소가 추가로 입력되면 추가된 요소를 고려하여 하중을 자동으로 재배치하게 됩니다. 따라서 추가되는 요소에 대해서는 바닥판하중을 재하하지 않고자 하는 경우에는 이 기능을 이용하여 바닥판하중을 보하중으로 치환할 수 있습니다.

Note
적용할 하중을 변경하고자 하는 경우에는 Floor Load Type의 하중값만 수정하면 수정된 하중이 모델에 적용된다. 그러나 Convert to Beam Load Type을 선택하고 Floor Load를 입력한 경우에는 Floor Load Type을 수정하는 것은 아무 의미가 없고, 직접 해당 보요소에 입력된 하중을 변경하여야 한다.