삼각형 트러스의 비틀림 저항은 얼마입니까?
안녕하세요. 이벤트 무대를 준비하거나, 무역 박람회 디스플레이를 설치하거나, 무거운 조명이나 표지판을 지탱하는 뼈대에 대해 생각하는 데 시간을 보낸 적이 있다면 아마도 어느 시점에서 우연히 삼각형 트러스를 발견했을 것입니다. 수년 동안 이 나쁜 소년들, 특히 알루미늄 삼각 트러스를 공급해 온 사람으로서 제가 받는 질문 중 하나는 다음과 같습니다.항상"삼각형 트러스의 비틀림 저항은 무엇입니까?" 그건 그렇고, 이것은 단지 임의의 기술 용어가 아닙니다. 바람이 불거나 한쪽에 추가 장비를 쌓아 두는 경우에도 트러스가 젖은 수건처럼 비틀리지 않고 버틸 수 있다고 믿을 때 이 사항이 중요합니다. 지루한 교과서 전문 용어 없이 커피를 마시면서 이야기를 나누는 것처럼 이것을 분석해 보겠습니다.일부전문 용어이지만 설명하겠습니다).
우선, 우리가 같은 입장인지 확인합시다. 비틀림 저항은 구조물이 비틀림 힘에 얼마나 저항할 수 있는지를 나타냅니다. 문손잡이를 돌릴 때를 생각해 보십시오. 손이 손잡이에 토크(비틀림)를 가하면 문 걸쇠가 그 비틀림에 저항하여 열리게 됩니다. 트러스의 경우 토크는 고르지 않은 무게, 한쪽으로 부는 바람, 심지어 트러스에 부착된 플랫폼에서 튀어오르는 사람으로부터 발생합니다. 이제 삼각형 트러스는 횡단면에 따라 이름이 지정됩니다. 다른 트러스 유형처럼 정사각형이나 원형이 아니며 실제로 그 삼각형 모양은 비틀림 저항이 (보통) 매우 견고한 이유 중 큰 부분을 차지하지만 일률적으로 적용되는 것은 아닙니다.
트러스가 구조적으로 어떻게 작동하는지에 대한 기본부터 시작해 보겠습니다. 트러스는 조인트에 연결된 더 작은 부재(보, 줄, 웹)로 만들어지며 삼각형은 반대쪽 모서리 두 개를 밀면 다이아몬드 모양으로 "눌러질" 수 있는 정사각형과 달리 변형되지 않기 때문에 가장 강력한 기본 모양입니다. 비틀린 트러스는 기본적으로 삼각형이 구부러지거나 모양이 벗어나는 것이기 때문에 이러한 강성은 비틀림 저항의 핵심입니다. 하지만 잠깐, 모든 삼각형 트러스가 동일한 것은 아닙니다. 재료는 매우 중요합니다. 이것이 제가 알루미늄 삼각 트러스를 그토록 많이 사용하는 이유입니다. 알루미늄은 가볍지만 인장 강도(얼마나 잘 찢어지는지)와 비틀림 강성이 뛰어나 비틀림을 악화시킬 수 있는 추가 중량을 추가하지 않기 때문에 특정 작업에서는 강철보다 훨씬 좋습니다.
이제 비틀림 저항에 영향을 미치는 실제 숫자와 요소입니다. 나는 기술적인 부분이 "상황에 따라"만 결정되는 것을 싫어하지만, 사실은 다음과 같습니다.하다여러 가지에 의존합니다. 첫째, 단면 크기(예: 12인치 삼각형 트러스는 6인치 트러스보다 비틀림에 더 잘 저항합니다. 트러스의 바깥쪽 가장자리 사이의 거리가 멀수록 트러스가 더 많이 비틀어져야 하고 내장된 강성이 더 높기 때문입니다. 그런 다음 알루미늄 튜빙의 게이지(두께)가 있습니다. 더 두꺼운 튜빙 = 비틀림 저항이 더 높지만 트러스도 더 무거워집니다. 이식성이 중요한 임시 이벤트를 준비하고 있습니다.
다음으로 삼각트러스의 구성이다. 잠깐, 삼각형 단면은 다양한 레이아웃을 가질 수 있습니다. 일부는 단일 삼각형(세 면만)이고 일부는 내부 버팀대가 있어 이중 삼각형이나 피라미드 모양과 비슷합니다. 내부 버팀대는 비틀림에 맞서기 위해 추가 지지대를 추가하는 것과 같습니다. 이를 비틀림 힘을 위한 트러스의 "근육"으로 생각하십시오. 내부 교차 버팀대가 없이 편평한 세 면만 있는 트러스가 있는 경우 삼각형의 모서리를 연결하는 웹이 있는 트러스보다 뒤틀릴 가능성이 훨씬 높아서 더 작은 내부 삼각형을 형성합니다. 나는 고객이 물을 때마다 항상 이렇게 설명합니다. 바람이 많이 부는 야외 무대에 무거운 무대 조명을 걸어야 한다면, 3면만 있는 것이 아니라 내부 버팀대가 완전히 갖춰진 삼각형 트러스를 선택하세요.
다음은 트러스의 길이입니다. 생각해 보면 이해가 됩니다. 10피트 삼각형 트러스는 50피트 트러스보다 비틀림에 더 강합니다. 그렇죠? 스팬이 길수록 해당 길이에 걸쳐 토크가 "작동"할 가능성이 높아집니다. 따라서 넓은 무대에 걸쳐 있는 경우 중간 지지대를 더 추가하거나 해당 길이를 보완하기 위해 비틀림 저항이 더 높은 트러스를 선택해야 할 수도 있습니다.
이제 실제 사용 사례를 살펴보겠습니다. 이것이 실제로 중요한 부분이기 때문입니다. 작년에 저는 주말에 바람이 많이 불고 트러스 스탠드 사이의 간격이 20피트인 들판에 축제 무대를 설치하고 있던 콘서트 프로모터와 함께 일했습니다. 그들은 처음에는 예산이 저렴한 삼각형 트러스를 원했지만 비틀림 저항을 계산했을 때(표준 구조 공식을 사용하여, 공상적인 것은 아님) 그 베어본은 바람이 없는 실내 이벤트에 대해서만 충분한 저항력을 가졌습니다. 버팀대가 강화된 알루미늄 삼각형 트러스로 교체하시겠습니까? 사양에 따르면 비틀림 저항이 40% 증가했으며 주말 내내 비틀림 문제가 한 번도 발생하지 않았습니다. 몇 달러를 더 투자할 가치가 있으니, 저를 믿으십시오. 트러스가 비틀어지기 때문에 무대 조명이 진자처럼 흔들리는 것을 보고 싶어하는 사람은 아무도 없습니다.
잠깐, 비틀림 저항을 측정하는 방법을 간단한 용어로 살펴보겠습니다. 구조 엔지니어는 일반적으로 이를 계산하기 위해 "비틀림 상수"(때때로 J 값이라고도 함)라는 값을 사용합니다. 삼각형 트러스의 J 값은 관성 모멘트, 즉 재료가 단면 중심 주위에 어떻게 분포되어 있는지에 따라 달라집니다. 삼각형 중공 트러스(가장 일반적인 유형, 특히 알루미늄)의 경우 트러스의 벽이 더 두껍고 외부 치수가 더 크며 내부 버팀대가 적절하면 J 값이 올라갑니다. J 값이 높을수록 비틀림 저항이 향상됩니다. 단순하고 단순합니다. 저는 항상 구조 계산을 수행하는 고객과 알루미늄 삼각형 트러스의 J 값을 공유합니다. 왜냐하면 트러스가 지탱되도록 하기 위해 고객이 자신의 공식에 이 값을 연결해야 하기 때문입니다.
사람들이 흔히 놓치는 또 다른 사실은 연결이 중요하다는 것입니다. 트러스의 비틀림 저항이 높더라도 미끄러지는 얇은 핀이나 볼트로 트러스 섹션을 연결하면 그 저항이 창 밖으로 바로 사라집니다. 삼각형 트러스를 공급할 때 특정 트러스 크기와 재질에 맞게 설계된 연결 하드웨어를 사용하는 것이 좋습니다. 알루미늄 트러스에는 알루미늄 커넥터(또는 부식 방지 강철)가 필요합니다. 서로 다른 금속이 부식을 유발하여 시간이 지남에 따라 연결이 약해질 수 있기 때문입니다. 나는 많은 고객이 여기에서 모퉁이를 돌다가 이벤트에서 트러스가 뒤틀린 채 끝나는 것을 보았습니다. 이는 총체적인 재앙입니다.
“삼각형 트러스는 사각 트러스와 동일한 비틀림 저항을 갖는다.”라는 일반적인 통념을 다루겠습니다. 안 돼요. 정사각형 트러스(예: 12x12인치)는 단면 모양이 다르므로 J 값이 다르게 계산됩니다. 동일한 외부 치수와 재료에 대해 삼각형 트러스는 실제로더 나은정사각형보다 비틀림 저항이 있습니까? 잠깐만요. 잠깐만요. 삼각형 트러스가 편평한 삼각형 프레임이 아니라 속이 빈 삼각형인 경우에만 해당됩니다. 명확히 하자면, 평평한 3면의 삼각형 프레임(모서리에 세 개의 파이프를 연결하여 만든 삼각형과 같은)은 실제로 같은 크기의 사각형 프레임보다 비틀림 저항이 더 나쁩니다. 왜냐하면 삼각형의 "개방형" 측면이 더 많이 비틀릴 수 있기 때문입니다. 그러나 속이 빈 삼각형 트러스(삼각형이 닫혀 있고 내부 버팀대가 있어 견고한 상자 모양의 삼각형 모양)하다동일한 크기의 정사각형 중공 트러스보다 비틀림 저항이 더 높습니다. 이것이 바로 이벤트 리거가 머리 위 조명 하중을 위해 삼각형 트러스를 좋아하는 이유입니다. 2차원 비틀림에 대해 더 가볍고 더 단단합니다.
또한 건물의 지붕 트러스와 같은 영구 구조물의 경우 비틀림 저항이 임시 이벤트 트러스와 다르게 계산된다는 점을 언급하고 싶습니다. 영구 트러스는 수십 년 동안 유지되어야 하므로 재료 피로, 온도 변화, 장기 하중 등을 고려합니다. 하지만 제가 제공하는 이벤트 트러스, 무역 박람회 트러스, 임시 무대 트러스 등의 경우 우리는 비틀림을 유발하는 주요 요소인 돌풍, 움직이는 장비, 고르지 못한 무게와 같은 동적 하중에 중점을 둡니다. 당사의 알루미늄 삼각 트러스는 임시 사용 등급을 받았으며 비틀림, 굽힘 및 전단에 대한 명확한 하중 용량을 제공하므로 고객이 추측할 필요가 없습니다.
이제 비틀림 저항이 문제가 되지 않는 경우에 대해 이야기해 보겠습니다. 바람도 없고 무게도 없는 실내에 가벼운 간판을 걸고 있다면 어떤 삼각형 트러스도 괜찮습니다. 하지만 야외 행사를 하거나, 무거운 무대 장비를 걸거나, 장거리를 이동하거나, 트러스 한쪽에 장비를 쌓는 등의 작업을 한다면? 이때 비틀림 저항에 주의를 기울여야 합니다. 한때 저예산 트러스를 사용하여 30피트 삼각형 트러스(실내, 바람 없음)의 한쪽 끝에 500파운드 스피커를 걸기를 원하는 고객이 있었습니다. 토크를 계산했을 때 해당 단일 스피커는 트러스가 감당할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 비틀림을 적용하고 있었습니다. 우리는 더 무거운 알루미늄 삼각형 트러스로 교체했고 완벽하게 작동했습니다. 이는 트러스의 비틀림 저항을 특정 하중 및 조건에 맞추는 것입니다.
잠깐, 이 글을 읽는 모든 사람이 실행 가능한지 확인해 보겠습니다. 삼각형 트러스를 구매하고 비틀림 저항에 관심이 있는 경우 체크리스트는 다음과 같습니다.
- 속이 빈 보강 강화 삼각형 트러스(평평한 3면 프레임 아님)를 선택합니다.
- 가볍고 강하며 비틀림 강성이 뛰어난 임시 사용을 위한 알루미늄을 선택하세요.
- 단면적 크기와 튜브 게이지를 하중과 스팬에 맞추십시오.
- 비틀림 저항을 그대로 유지하려면 적절하고 일치하는 연결 하드웨어를 사용하십시오.
어떤 것이 필요한지 확실하지 않다면? 그게 내가 여기 있는 이유야. 나는 페스티벌 무대, 무역 박람회 부스, 뒷마당 이벤트 등 클라이언트의 프로젝트를 살펴보고 과도하게 지출하거나 준비가 부족하지 않은 상태에서 어떤 삼각형 트러스가 올바른 비틀림 저항을 갖는지 정확히 알려줄 만큼 오랫동안 이 게임에 참여해 왔습니다.
처음 질문으로 돌아가 보겠습니다. 삼각형 트러스의 비틀림 저항은 무엇입니까? 이는 고정된 숫자가 아닙니다. 디자인, 재료, 크기, 버팀대 및 연결부에 따라 달라지는 성능 지표입니다. 그러나 올바르게 적용하면 삼각형 트러스는 특히 임시 적용을 위한 다른 트러스 유형과 비교할 때 매우 견고한 비틀림 저항을 갖습니다. 제가 공급하는 알루미늄 삼각 트러스는 비틀림 강성에 대한 업계 표준을 충족하도록 테스트되었으므로 가장 필요할 때 비틀리지 않을 것이라고 믿을 수 있습니다.
이제 다가오는 이벤트, 건축 또는 진행 중인 프로젝트 등을 위한 삼각형 트러스 시장에 있다면 숫자에 대해 스트레스를 받지 말고 그냥 연락하세요. 옵션을 안내하고, 비틀림 저항 사양을 쉬운 영어로 설명하고, 프로젝트를 망치는 비틀림에 대해 걱정할 필요가 없도록 필요한 것을 정확히 선택하도록 도와드릴 수 있습니다.
참고자료
- 미국 철강 건설 협회. (2017).구조용 강철 건물 사양. AISC.
- 구조공학협회. (2020). 중공 금속 트러스의 비틀림 저항. 바다 저널.
- 알루미늄 협회. (2019).알루미늄 구조 설계 매뉴얼. 알루미늄 협회.
- 이벤트산업협의회. (2021). 트러스의 임시 리깅 표준. EIC 기술 보고서.