합성보(Composite Beam)란?

합성보란 철골보와 콘크리트 슬래브를 전단연결재(Shear Connector)로 연결하여 구조체를 일체화시킴으로써 내력과 강성을 향상시킨 보를 말합니다. 합성보는 철골보와 콘크리트 슬래브가 서로 보완적인 역할을 하여 구조적인 효율성을 높일 수 있습니다. 아래에서 합성보의 정의, 종류, 특징 및 합성보가 모멘트와 전단력에 어떻게 저항하는지에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 합성보의 정의

1. 합성보의 기본 개념:
   • 합성보는 콘크리트 슬래브와 철골보를 전단연결재로 연결하여 일체화된 구조체를 형성함으로써 내력 및 강성을 증대시킵니다.
   • 콘크리트 슬래브는 압축력을, 철골보는 인장응력을 받아 단면 성능과 재료의 경제성을 높일 수 있습니다.

2. 합성보의 종류

1. 직접 타설 방식:
   • 철골보에 전단연결재를 용접한 후 콘크리트 슬래브를 직접 타설합니다.
2. 데크플레이트 적용 방식:
   • 철골보에 데크플레이트를 얹고 전단연결재를 용접한 뒤, 그 위에 콘크리트 슬래브를 타설합니다.
3. 일체 시공 방식:
   • 철골보와 콘크리트 슬래브, 그리고 콘크리트 보를 일체로 시공하는 방식으로, 시공이 복잡하여 자주 사용되지 않습니다.

3. 합성보의 특징

1. 재료 절약:
   • 철골 부재와 콘크리트 구조의 장점을 합성하여 약 15~30%의 주요 구조 재료를 절약할 수 있습니다.
2. 휨강성 증가:
   • 부재의 휨강성이 증가하여 적재하중에 의한 처짐을 감소시킵니다.
3. 진동 및 충격 저항성:
   • 진동이나 충격 하중을 받는 구조물에 유리합니다.
4. 시공 효율성:
   • 데크플레이트를 적용하면 시공 효율성이 향상됩니다.
5. 내화피복:
   • 데크플레이트 적용 시 별도의 내화피복 시공이 필요합니다.

4. 합성보의 모멘트와 전단력 저항

1. 모멘트 저항:
   • 합성보는 철골보와 콘크리트 슬래브가 함께 작용하여 모멘트에 저항합니다. 콘크리트 슬래브는 압축력을 받아 상부 플랜지 역할을 하고, 철골보는 인장력을 받아 하부 플랜지 역할을 합니다. 이로 인해 부재 전체의 휨강성이 증가하여 큰 모멘트 하중에 효율적으로 저항할 수 있습니다.
2. 전단력 저항:
   • 전단연결재는 콘크리트 슬래브와 철골보 사이의 전단력을 전달하여 두 재료가 일체로 작용하게 합니다. 이로 인해 합성보는 전단력에 대해 강한 저항성을 가지며, 하중이 작용할 때 발생하는 수평 전단력에 의해 두 재료가 분리되는 것을 방지합니다.

5. 합성보와 전단연결재(Shear Connector)

1. 역할:
   • 전단연결재는 콘크리트의 수평전단력을 철골보에 전달하여 일체화된 구조체를 유지합니다.
2. 처짐 방지:
   • 적재 하중에 의한 처짐 발생 시 철골보와 콘크리트 슬래브의 격리를 방지합니다.
3. 종류:
   • 전단연결재의 종류에는 스터드 볼트, ㄷ형강, 나선근 등이 있습니다.

6. 완성합성보와 불완전합성보

1. 완성합성보 (Full Composite Beam):
   • 전단연결재가 충분히 설치되어 철골보와 콘크리트 슬래브가 완전히 일체화된 상태의 합성보를 말합니다. 완성합성보는 최대의 강성과 내력을 발휘할 수 있습니다.
2. 불완전합성보 (Partial Composite Beam):
   • 전단연결재가 충분하지 않아 철골보와 콘크리트 슬래브가 완전히 일체화되지 않은 상태의 합성보를 말합니다. 불완전합성보는 완성합성보에 비해 강성과 내력이 낮지만, 필요에 따라 경제적으로 설계할 수 있습니다.