 전단응력에 관한 시스템

On shear stress 고층건물은 휨뿐만 아니라 전단도 지지할 수 있는 시스템을 가져야만 한다.
 건물은 허리부위가 뚝 끊어짐에 의해서 파괴되지 않아야 한다.
 전단에 의해 너무 많이 변형되어도 안된다.

Tall buildings must have a system to resist shear as well as bending.
 The building must not break by shearing off.
 And the building must not strain too much from shear.

//홈지기 註//수식이 제공되지 않아서 수식을 다음과 같이 표현하겠습니다.
* : 곱하기 기호, ** : 제곱 기호, / : 나누기 기호, SQR : 제곱근 기호

//comment//Algebraic symbols are not provided by my NAMO editor, so they are expressed as follows instead.
* : multiplication, ** : square, / : division, SQR : square root 전단변형도를 지지하는 유효성은 전단강성지수(shear rigidity index, SRI)에 의해서 측정된다. 어떤 시스템에 대해서도, 만약 전단력이 S, 높이가 H, 횡변위가 d, 재료의 부피가 V, 탄성계수가 E이면 전단강성지수는 다음과 같이 정의된다 :

전단강성지수 = 250*(S*H**2)/(EVd)

로 정의된다. 완전한 판이나 벽의 경우, 전단강성지수는 100이다.

The effectiveness to resist shearing strain is measured by its Shear Rigidity Index, or SRI. For any system, if Shear is S, Height is H, Deflection is d(Delta with subscript s : original symbol in the article), Volume of Material is V, and Modulus of Elasticity is E, the Shear Rigidity Index is defined as :

SRI = 250*(S*H**2)/(EVd)

For a pure plate or wall, the SRI is set at 100.

오른쪽의 그림에서 :

A. 이상적인 시스템은 개구부가 없는 완전한 판이나 벽이다.

In the drawings at the right :

A. The ideal system is a plate or wall without openings.

B. 다음 두 번째로 이상적인 전단시스템은 45도로 경사진 대각선 웨브재의 네트워크이다.:수직부재나 기둥은 휨 시스템에 속하므로 전단시스템의 재료부피계산에 포함되지 않는다.) 이런 시스템의 경우, 전단강성지수는 (5/8)*100=62.5이다. 이런 시스템은 다음 달의 글에 소개될 Erewhon Half-Mile Center에서 사용된다.

B. The second-best shear system is a web of diagonals at 45-deg angles.(The verticals or columns belong to the bending system and are not counted in the material volumn.) For this system, SRI=(5/8)*100=62.5. This system is used in the Erewhon Half-Mile Center to be shown next month.

C. 또다른 가새시스템은 대각선 가새와 수평재를 혼합한 것이다. 이 시스템은 더 많은 재료를 사용하지만, 시공하기에는 더 쉽다. 만약 대각선 가새의 경사가

제곱근(2/1)=1.414

이라면 전단강성지수는 100*(5/16)=31.3이다. 이 전단시스템은 시티콥 센터, 사우스웨스트 은행에서 사용되었다.

C. Another bracing system combines diagonals and horizontals. It uses more material but is easier to build. If the slope of the diagonals is

SQR(2/1)=1.414

the SRI=(5/16)*100=31.3. This system is used at Citicorp Center and the Bank of the Southwest.

가장 일반적인 전단시스템은 강절골조이다. 전단강성지수에 의해 측정된 골조의 유효성은 부재의 길이와 깊이의 比에 따라 다르다. 핵심적인 比는

P = ( H + L ) / D

이다.

D~G. D, E, F, G라 표시된 네 개의 골조들은 모두 같은 값 P=(H+L)/D=12를 갖는다. 따라서 같은 전단강성지수를 같는다. 철골, 와이드 플랜지 단면으로 지어진 골조의 경우, 전단강성지수는

SRI = 500/(P**2 + P + 4)

이므로 모든 네 개의 골조는 같은 전단강성지수를 갖는다.

SRI = 500/(144 + 12 + 4) = 3.1

The most common shear systems are rigidly joined frames. The efficiency of a frame as measured by its SRI depends on the proportions of members' lengths and depths. The key proportion is :

P = ( H + L ) / D

The set of four frame labeled D, E, F, G all have the same value of

P=(H+L)/D=12

They therefore have the same SRI. For frames built from steel, wide-flange sections :

SRI = 500/(P**2 + P + 4)

All four frames have the same as :

SRI = 500/(144 + 12 + 4) = 3.1

H~K. (H부터 K까지의) 골조들은 부재의 깊이가 같으며 P값은 서로 다른 값을 갖는다. 36-인치 형강의 경우, 네 개의 골조들은 재료의 총 무게는 같지만 네 번째 골조가 처음의 골조보다 네 배나 강성이 크다. 정사방형 건물 모든 네 개의 외벽에 사용된 네 번째 골조는 높은 전단강성을 갖고 또한 재료의 2/3를 기둥에 사용하는데, 이 기둥들은 훌륭한 휨시스템으로서 작용해 이중의 역할을 수행할 수 있다. 결과적으로 생기는 형상은 "튜브"라고 적절하게 불리며, 세계에서 가장 높은 두 개의 건물인 시어스 타워와 월드 트레이드 센터의 근간이 되었다.

Frames(H through K) have the same member depth D and varying values of P. With 36-in. steel sections, all four frames have essentially the identical total weight of material, but the fourth frame is more than four times as rigid as the first. A frame like the fourth used in all four exterior walls of a square building has high shear rigidity and also uses two-thirds of its material in columns, which are available to do double duty as a good bending system. The resulting configuration is properly called a "tube" and is the basis for the world's two tallest buildings : the Sears Tower and the World Trade Center.