STIFFENER(스티프너)란 무엇인가

 

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STIFFENER(스티프너)는 구조물의 국부적인 약화를 보강하고 전체 시스템의 강성을 높이기 위해 설치하는 보강재를 가리킨다. 철골 구조, 철근 콘크리트 등 다양한 건축 구조물에서 부재 면 내외에서 발생할 수 있는 압축·전단·굴곡 하중에 대비하여 좌굴(buckling) 또는 국부 변형(local deformation)을 방지하는 역할을 수행한다.

스티프너의 주요 역할과 필요성

1. 국부 좌굴 방지
     - 압축재나 슬림형 부재에 작용하는 압축력이 일정 임계값을 넘을 때 전체 부재가 좌굴되기 전에 국부적으로 변형이 발생한다. 스티프너를 설치하면 국부 좌굴 임계하중을 증가시켜 안정성을 확보할 수 있다.
2. 강성 및 강도 향상
     - 보강판, 보강각 등을 추가하면 부재의 단면2차모멘트(moment of inertia)가 커져 휨 저항력과 전단 강성이 증가한다.
3. 진동 억제 및 피로수명 연장
     - 얇은 플레이트나 박판 부재에 발생하는 진동을 감소시키고, 반복 하중에 의한 피로 균열(crack initiation) 발생을 지연시킨다.

스티프너의 종류

1. 플레이트 스티프너(Plate stiffener)
     - 평판 형태로 제작되어 플랜지나 웨브에 용접 혹은 볼트 체결 방식으로 부착한다.
2. 앵글 스티프너(Angle stiffener)
     - L자 단면의 각재로, 코너 부위나 접합부 보강에 주로 사용된다.
3. 채널 스티프너(Channel stiffener)
     - U자 채널 단면으로 제작되며, 높은 강성과 설치 편의성을 갖는다.
4. 박판 브레이싱(Thin-plate bracing)
     - 얇은 판재를 교차 보강하여 전단 거더나 벽체의 전단 저항을 강화한다.

 

STIFFENER(스티프너)란 무엇인가

설계 및 설치 기준

1. 설계하중 계산
     - 부재에 작용하는 축하중, 전단력, 휨모멘트를 고려한 하중 조합(load combination)을 산정한다.
2. 좌굴 임계하중 검토
     - 유럽(Eurocode) 또는 미국(AISC) 기준의 좌굴 이론(Euler, Plate Buckling)을 활용하여 좌굴계수(buckling coefficient)를 산출하고, 스티프너 설치 개수 및 위치를 결정한다.
3. 단면2차모멘트 증가량 산정
     - 스티프너 부재의 단면2차모멘트 기여분을 합산하여 전체 부재 단면 특성을 업데이트한다.
4. 연결부 설계
     - 스티프너와 주부재 간의 용접 길이, 볼트 간격, 볼트 크기 등을 상세히 지정하여 국부 응력 집중(stress concentration)이 발생하지 않도록 한다.

시공 시 유의사항

1. 용접 품질 확보
     - 스티프너와 주부재 간 용접부는 충진율과 열영향부(HAZ)를 철저히 관리하여 균열이나 박리(delamination)를 방지해야 한다.
2. 위치 정확성
     - 설계도에 명시된 스티프너 위치, 방향, 간격(spacing)을 현장에서 정확히 준수한다.
3. 표면 처리
     - 내후성·내식성을 확보하기 위해 용접 후 방청도장이나 아연도금(zinc plating) 등의 표면 처리를 실시한다.
4. 시공 후 검사
     - 비파괴검사(NDT)로 용접부의 결함 유무를 확인하고, 설치 후 구조물 전체의 변형 여부를 점검하여 설계 기준 내에 있는지 검토한다.

결론

스티프너는 구조물의 강도와 강성을 실질적으로 향상시키는 필수 보강 요소이다. 정확한 하중 계산과 좌굴 검토, 연결부 설계, 시공 품질 관리가 이루어질 때 비로소 설계 의도대로의 구조 안정성을 확보할 수 있다. 구조 엔지니어는 설계 단계에서 스티프너의 종류와 위치를 최적화하고, 시공 단계에서는 철저한 품질 관리를 통해 장기적인 거동 성능을 보장해야 한다.