원형 파이프 VS 각 파이프

하중과 응력을 받는 구조물 설계시 원형 파이프를 사용할 것인지 각 파이프를 사용할 것인지 고민을 하게 된다. 장단점이 있다.

​- 작업성 : 각 파이프가 제관 및 용접 작업성이 좋다고 볼 수 있다. 단 밴딩을 해야 하는 경우 밴딩성은 원형이 유리하다.

​- 단위 중량당 강도 : 인장/압축 하중만 받아야 하는 트러스 구조물의 부재인 경우 하용 하중이 단면적에만 비례하므로 각 파이프가 유리하다고 할 수 있다. 하지만 실 설계 및 응력 해석을 해 보면 알 수 있지만 순수하게 인장 및 압축 응력만 받지는 않는다. 즉, 적설량 (Snow Load) 및 풍량 (Wind Pressure) 을 고려해서 설계해야 하는 외부 구조물의 경우, 측면에서 하중을 받는 경우는 굼힘 응력이나 비트림 응력이 걸린다. 역시나 품을 팔아야 한다. 조건에 따라 구조물을 모델화 시켜 응력 계산을 해 봐야 한다. 굽힘 하중이나 비틀림 하중을 받는 경우는 원형이 유리하다고 할 수 있다. 경기용 자동차의 롤 케이지 (Roll Cage) 는 모두 원형을 사용하는 것을 알 수 있다.

​단위 길이당 중량이 가장 근접한 두 부재를 비교해 보면 쉽게 알 수 있다. 단면 이차 모멘트 ( Second Moment of Intertia ) 와 비틀림 상수 (Torsioning Constant) 를 비교한다. 예들 들어 20X20X2.5mm (두께) 치수의 각환봉은 1미터당 무게가 1.25 kg 이고 26.9X2mm (외경X두께) 치수의 원형은 단위 무게가 1.23 kg/m 이다. 따라서 이 두 부재의 값들을 비교해 보면 쉽게 설명이 된다. 단면적 차이는 거의 없는 반면 단면 이차 모멘트 및 비틀림 상수의 차이는 크다. 단연코 원형을 사용하는 것이 유리하다.

규격	단위 중량 [kg/m]	단면 [cm^2]	단면 이차 모멘트 [cm^4]	비틀림 상수 J [cm^4]
SQ20X20X2.5	1.25	1.75	0.766	1.39
Ø26.9X2	1.23	1.57	1.22	2.44