개념 한 쪽
철근콘크리트 보는 휨모멘트와 전단력에 저항하도록 단면과 철근을 정한다. 처짐을 매번 계산하지 않아도 되도록 최소 두께를 정하고, 오래 지속되는 하중에는 시간 경과에 따른 처짐 증가를 반영한다. 철근 사이 간격과 강도감소계수도 부재의 안전성과 시공성을 좌우한다.
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출제기준 단원 「보의 휨해석 및 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 장기 처짐 계산 | 1 | 압축철근비와 시간 경과계수를 반영한 처짐량을 구하기 |
| 철근 순간격 판단 | 1 | 상하 다단 철근의 수직 순간격 기준을 가리기 |
| 강도감소계수 판단 | 1 | 포스트텐션 정착구역에 적용할 강도감소계수를 가리기 |
보의 휨해석과 설계에서는 처짐을 계산하지 않아도 되는 최소 두께 규정을 먼저 확인한다. 단순지지 보의 기본값은 경간을 16으로 나눈 값이며, 철근의 설계기준 항복강도와 콘크리트 중량 조건에 따라 보정한다. 철근 항복강도가 400MPa와 다를 때 최소 두께 산정 계수는 0.43 + fy/700으로 제시한다.
재료의 계산 예에서는 경간 8m와 fy 350MPa 조건에서 8000을 16으로 나눈 500mm를 기본값으로 두고 보정하여 465mm를 얻는다. 경간 16m와 보통중량 콘크리트, fy 350MPa 조건에서는 16000을 16으로 나눈 1000mm를 기본값으로 두고 보정하여 930mm를 얻는다. 최소 두께는 경간만으로 정하지 않고 재료 조건을 함께 반영한다.
지속하중을 받는 보에서는 시간이 지나면서 처짐이 커지는 장기 처짐을 고려한다. 복철근 단면의 압축철근비와 시간 경과계수를 반영하며, 재료의 예에서는 압축철근비 0.015와 시간 경과계수 1.4, 순간처짐 30mm 조건에서 장기 처짐 54mm를 산정한다. 압축철근은 크리프의 영향을 줄이는 방향으로 작용하지만 주어진 계수와 결합한 전체 처짐은 별도로 계산한다.
철근 배치에서는 콘크리트가 철근 사이로 잘 채워지도록 순간격을 확보한다. 상하 다단 철근의 수직 순간격은 25mm 이상이어야 한다. 균열 제어를 위해서는 철근을 단면 주변에 분산시키고 지름과 간격을 작게 하는 원칙을 적용한다.
강도설계에서는 부재와 연결부의 설계강도를 공칭강도에 강도감소계수를 곱하여 정한다. 전단력과 비틀림모멘트에는 0.75를 적용하고, 무근콘크리트에는 0.55를 적용한다. 스트럿-타이 모델의 스트럿과 절점부에도 0.75를 적용하며, 포스트텐션 정착구역의 강도감소계수는 0.65가 아니라 0.75이다.
휨해석의 기본가정에서는 콘크리트의 인장강도를 휨 계산에서 무시한다. 철근의 응력은 변형률에 비례하고, 콘크리트의 극한 변형률은 0.0033으로 두며, 변형률은 선형으로 분포한다. 최소전단철근 배치 예외에는 슬래브와 기초판, 전체 깊이 250mm 이하인 보, 일정 조건의 T형보, 휨이 주거동인 반부재가 포함된다.
단순지지 보의 경간이 8m이고 fy가 350MPa이면 8000을 16으로 나눈 500mm가 기본 두께가 된다. 여기에 재료 조건을 반영한 보정을 적용하면 최소 두께는 465mm가 된다. 경간이 16m이고 보통중량 콘크리트를 쓰는 경우에는 16000을 16으로 나눈 1000mm를 기본값으로 두고 보정하여 930mm를 얻는다.
복철근 단면에서 순간처짐이 30mm이고 압축철근비가 0.015이며 시간 경과계수가 1.4이면 장기 처짐은 54mm로 산정한다. 철근 배치에서는 상하 다단 철근의 수직 순간격을 25mm 이상으로 두어야 한다. 포스트텐션 정착구역의 강도감소계수를 0.65로 쓰면 틀리고 0.75로 써야 한다.
복철근 콘크리트 단면에 압축철근비 ρ'=0.015가 배근된 경우 순간처짐이 30mm일 때 1년이 지난 후의 처짐량은? (단, 작용하중은 지속하중이며 시간 경과계수 ξ=1.4임)
정답 ④ · 철근콘크리트 부재의 장기 처짐량은 콘크리트의 크리프와 건조수축의 영향을 고려하여 산정합니다. 압축철근이 배근된 경우 크리프 계수 등을 보정하게 되며, 계산 공식은 '최종 장기 처짐량 = 순간 처짐 × (시간경과계수 ξ × (1 + 50ρ'))' 형태 등을 취합니다.
장기 처짐은 순간 처짐에 시간경과계수와 압축철근 보정계수를 곱해 산정하며, 계산 결과 54mm가 나온다.
콘크리트구조설계기준에서 규정하고 있는 철근의 간격에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ② · 콘크리트구조설계기준에 따르면, 보통 동일 평면에서 평행한 철근 또는 다단 철근의 부직(상하) 순간격은 철근 공칭지름 이상, 25mm 이상이어야 합니다. 보기 2번은 상하 철근의 수직 순간격을 25mm 이상으로 규정한 내용으로 옳은 설명입니다.
콘크리트구조설계기준에 따르면 상하 다단 철근의 수직 순간격은 25mm 이상이어야 하므로 ②가 옳다.
구조물의 부재, 부재간의 연결부 및 각 부재 단면의 휨모멘트, 축력, 전단력, 비틀림모멘트에 대한 설계강도는 공칭강도에 강도감소계수를 곱한 값으로 하여야 한다. 이러한 강도감소계수의 규정으로 틀린 것은?
정답 ② · 콘크리트 구조설계 기준에 따르면 강도감소계수(Φ)는 부재의 파괴 형태에 따라 다르게 적용됩니다. 전단력과 비틀림의 경우 0.75, 무근콘크리트는 0.55, 스트럿-타이 모델 요소 등은 0.75를 적용합니다.
콘크리트 구조설계 기준에서 포스트텐션 정착구역의 강도감소계수는 0.65가 아닌 0.75를 적용한다.
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