• 반강성 접합부의 거동을 고려한 온실용 비선형 FEM 모델을 개발하였다. • 반강성 접합부에서 응력 재분배가 발생함에 따라, 처마 서까래 파이프(side rafter pipes)를 가장 취약한 부재로 확인하였다. • 비선형 FEM은 적설하중에서 안전율이 7.8 % 감소하고, 풍하중에서 4.7 % 감소함을 보여주었다. • 서까래 파이프의 직경은 온실의 안정성에 가장 큰 영향을 미치며, 하중 수용능력을 유의하게 향상시켰다. • 보강재(퍼린, purlins) 개수는 비선형 FEM 해석에서 구조적 안전에 미치는 영향이 미미하였다. 본 연구는 비선형 유한요소법(FEM) 모델을 이용하여 극한 기상 하중 조건에서 9종의 온실의 구조 안전성을 평가하였다. 해당 모델은 클램프 접합부(clamp joint)의 재료 비선형성을 고려하며, 클램프 접합부는 탄소성 거동을 대표하는 인터페이스 요소(interface elements)로 모델링하였다. 접합부의 강성 및 한계강도는 하중 시험을 통해 추정하였다. FEM 모델은 복합응력을 포함하는 허용응력 설계 기준(allowable stress design criteria)에 근거하여 온실의 구조 안전성을 평가하였다. 두 종류의 클램프 접합부에 대한 하중 시험 결과, SP(Steel-plate) 접합부가 SW(Steel-wire) 접합부의 한계강도보다 2배 이상 높은 것으로 나타났다. 이 결과는 SW 접합부만으로 제작된 저가형 온실의 잠재적 구조적 취약성을 시사한다. 비선형 FEM 결과는 반강성 접합부로부터 과도하게 재분배된 응력으로 인해 처마 서까래 파이프가 가장 취약한 부재임을 확인한 반면, 기둥(columns)은 구조 성능에 대한 기여가 미미한 것으로 나타났다. 안전율(FS)은 풍하중보다 적설하중에서 일관되게 더 낮았으며, 비선형 FEM은 선형 FEM에 비해 평균 FS 감소가 각각 7.8 % 및 4.7 %로 나타났다. 설계 변수 중에서는 서까래 파이프 직경이 FS에 가장 큰 영향을 미친 반면, 보강재(purlin) 개수는 영향이 미미하였다. 이러한 결과는 극한 기상 조건에서 구조적 안전성을 확보하기 위해 온실 설계 시 반강성 접합부의 거동을 고려할 필요가 있음을 강조한다. 본 연구에서 개발된 신뢰할 수 있는 비선형 FEM 프레임워크는 더 안전한 온실을 설계하고 기존 온실을 평가하는 데 유용한 통찰을 제공한다.

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