연동플라스틱온실의 부재조합별 구조안전성 비교 = Comparison of Structural Safety of the Multi-Span Plastic Greenhouse by Members Combination

국문 초록 (Abstract)

2010년말 기준으로 국내 원예시설 면적은 52,103ha이며 이중 연동플라스틱온실의 면적은 7,569ha(채소 5,179ha, 화훼(추정) 2,390ha)로 전체 시설면적의 14.5%를 차지하고 있다. 이러한 연동비닐하우스의 대표적인 규격은 1991년 농촌진흥청에서 개발된 이후 현재까지 꾸준히 보완이 이루어지고 있는 농가보급형 자동화 하우스 1-2W형과 2007년에 개발된 벤로형 연동비닐하우스인 자동화-08-1형이 있다. 이러한 연동플라스틱온실의 주요 구조부재는 방풍벽, 1중서까래, 기둥 및 중방으로 구분할 수 있으며 부재별 규격은 방풍벽과 1중서까래는 ø25.4×1.5(1.7)t, ø31.8×1.5(1.7)t, ø48.1×2.1t, 기둥은 ø48.1×2.1(2.3)t, ㅁ60×60×2.3t, 보형식의 중방은 ø48.1×2.1t, ㅁ60×60×1.6t, 트러스 중방구조는 상·하현재 □50×30×2.3t, 사재 ø22×1.5t가 사용되고 있다. 이러한 부재조합에 따른 연동플라스틱온실의 구조안전성을 분석한 결과는 다음과 같다.
첫째. 1-2W형 연동온실의 부재조합에 따른 부재별 최대휨모멘트는 적설하중의 경우 방풍벽은 -45%~151%, 1중서까래는 -2%~3%, 기둥은 -33%~14%, 중방은 -57%~14% 범위에서 증감하였으며, 풍하중의 경우 방풍벽은 -6%~17%, 1중서까래는 -15%~4%, 기둥은 -2%~25%, 중방은 -42%~38% 범위에서 증감하는 것으로 나타났다. 그리고 08-자동화-1형(벤로형) 연동온실의 부재조합에 따른 부재별 최대휨모멘트는 적설하중의 경우 방풍벽은 -67%~387% 범위에서 증감하였으나, 서까래와 기둥은 거의 변화가 없는 것으로 나타났고, 풍하중의 경우 방풍벽은 -7%~100%, 서까래는 -22%~5%, 기둥은 -48%~29% 범위에서 증감하였다.
둘째, 부재 조합별 최대휨모멘트는 풍하중보다는 적설하중 재하시 큰 폭으로 증감하는 것으로 나타났으며, 동일한 하중에 대해서 플라스틱연동온실의 부재조합별에 따른 부재에 발생되는 최대휨모멘트는 많은 차이가 있음을 알 수 있었다.
셋째, 부재조합별 최대수평변위는 기본부재(CASE1)조합에 비해 적설하중 재하시 최대 110%~250%, 풍하중 재하시 220%~250% 범위에서 높게 나타났다. 그리고 최대수직변위도 적설하중 재하시 부재 조합별로 최대 160%~270%, 풍하중 작용시에는 부재 조합별로 160%~240% 범위에서 높게 나타났다.
넷째, 부재조합에 따른 연동플라스틱온실의 재료비는 풍하중의 경우 최고 52%, 적설하중의 경우 최고 43%의 차이가 발생하는 것으로 나타났다.
부재조합별로 최대휨모멘트가 상이하게 나타나는 것은 연동온실은 부정정구조물로서 부재력 [F*]＝F^o＋[SB] [X]에서 [F]＝[K][X], 강성매트릭스 [K]＝12EI/L³으로 표시할 수 있다. 여기서 단면2차모멘트 I가 변화함에 따라 변위 X가 변하기 때문에 최대휨모멘트의 차이가 발생하는 것으로 판단된다.
이러한 결과로 볼 때 부재 조합별로 최대휨모멘트, 최대수평·수직변위의 차이가 많이 발생하므로 설계하중(적설심, 풍속)에 따른 최적의 조합을 결정하여 경제적인 부재 조합을 결정할 수 있을 것으로 판단되며, 부재 조합별 최대수평·수직변위의 변화폭이 커 기존의 응력위주의 구조안전성 판별에서 처짐을 고려한 구조안전성 판별도 동시에 이루어져야 함을 알 수 있다.