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철근콘크리트 구조Ⅱ
이은진 교수
한양대학교 대학원 건축공학과 석사과정
한양대학교 대학원 건축공학과 박사졸업
한양대학교 대학원 건축공학과 석사과정
한양대학교 대학원 건축공학과 박사졸업
홍익대학교
경희대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 6장. 전단 및 비틀림 | ||
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[1강] 전단 및 비틀림의 개요
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철근콘크리트 부재의 전단 및 비틀림 개요 정리
• 철근콘크리트 부재력 기본 개념: 휨모멘트·전단력·축력 상호관계와 휨-전단 복합작용, 순수 전단 상태에서의 사인장응력·사인장균열 및 등분포하중 단순보에서 휨균열·전단균열·휨전단균열 발생 특성 정리 • 전단거동 및 전단보강 개념: 전단보강이 없는 부재의 콘크리트 전단저항 한계와 취성적 전단파괴 메커니즘, 스터럽에 의한 전단저항 분담·균열 구속·연성 확보 및 전단력 분포에 따른 배근 전략 정리 • 전단·비틀림 응력과 설계기준: 비틀림 응력의 전단응력과의 유사한 분포와 해석 틀, 전단응력 이론식과 실험 전단강도의 괴리로 인한 설계기준의 경험식(실험식) 채택 배경과 전단 설계 시 이론 개념·기준식 적용범위 이해 중심 학습 정리 |
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[2강] 전단응력 및 휨전단의 주응력
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전단응력 및 휨전단 주응력 개념과 응력궤적 요약
• 보 휨·전단 기본식: 휨응력 f = My/I, 전단응력 v = VĀȳ/(Ib)로 정의하며, 단면2차모멘트 I·단면계수 Z·부분단면적 Ā·그 도심거리 ȳ·폭 b를 통해 직사각형 보의 휨·전단응력 분포 특성을 규정함 • 복합응력과 주응력: 휨응력 f와 전단응력 v의 조합으로 최대·최소 주응력 f₁, f₂ = f/2 ± √(f²/4 + v²)를 산정하고, 주응력 방향은 tan 2θ = 2v/f로 결정되며 전단지배 구간·중립축 부근에서 약 45° 경사 특성을 가짐 • 단순보 응력상태와 응력궤적: 단순보의 위치별 휨모멘트·전단력 분포에 따라 압축측·중립축·인장측의 주응력 크기·방향을 연결해 인장·압축 주응력 궤적을 도출하고, 전단이 큰 구간의 45° 사인장균열 가능성과 철근 배치 방향 해석에 활용함 |
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[3강] 전단에 대한 보의 거동 (1)
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전단에 대한 보의 실제 거동과 파괴형태 요약
• 전단경간비와 파괴형태: 전단경간비 a_v/d에 따라 사인장파괴(>2.5), 전단압축파괴(1.0~2.5), 압축·쪼갬파괴(<1.0)로 구분되며, a_v/d와 인장철근비 변화가 전단강도와 균열 형상에 결정적 영향 • 전단저항 메커니즘: 전단보강되지 않은 보의 전단력은 압축콘크리트 V_c, 골재 맞물림 V_ay, 인장철근 장부작용 V_d의 합 V = V_c + V_ay + V_d로 분담되며, 전단균열 발생 전후로 각 성분 비중이 크게 변함 • 평균전단응력과 설계식: 휨-전단 평형으로부터 평균전단응력식 v = V/(b_w j d) → 설계용 v = V/(b_w d)로 단순화하여 사용하며, 전단력이 복부폭 b_w와 유효깊이 d로 정의된 유효전단단면에 균등분포한다고 가정해 전단 설계와 전단보강 요구량 산정에 적용 |
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[4강] 전단에 의한 보의 거동 (2)
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전단보강이 없는 보의 전단저항, 보작용과 아치작용 핵심정리
• 보 내부 전단력-모멘트 관계식: 전단력 V= dM/dx = d(T·jd)/dx = jd·dT/dx + T·d(jd)/dx로 정의되며, 첫 항은 부착에 의한 보작용, 두 번째 항은 응력중심거리 변화에 의한 아치작용 메커니즘을 나타냄 • 전단저항 메커니즘: 보작용은 철근-콘크리트 완전 부착 조건에서 전단흐름·골재 맞물림·다월작용·압축영역 전단강도로 전단을 분담하고, 아치작용은 부착 손상 및 짧은 전단경간에서 경사압축대와 지점 수평반력·정착 성능에 의해 전단을 전달함 • 전단스팬비와 파괴형태: 전단스팬비 a_v/d(또는 Vd/M)에 따라 보작용 지배(슬렌더 보), 전단-압축파괴(a_v/d≈3~7), 휨인장파괴(a_v/d≈2~3), 경사압축분쇄·쪼갬파괴(a_v/d<2.5, 깊은 보·아치거동 지배)로 거동과 지배 메커니즘이 구분됨 |
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[5강] 전단에 의한 보의 거동 (3)
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전단보강된 보의 거동과 스터럽 역할 정리
• 전단보강 개념 및 필요성: 사인장균열로 인한 전단강도 저하를 보완하기 위해 보 복부(web)에 수직·경사 스터럽 및 벤트업 철근을 배근하여 전단 인장 방향을 보강하는 개념 정리 • 전단보강근 종류와 거동: 수직·경사 스터럽, 벤트업 철근의 형식·유효 배근 조건 및 균열 전·후 역할, 스터럽 인장저항·균열폭 억제·골재 맞물림·장부작용 증대 효과로 전단저항을 증진시키는 거동 체계 정리 • 전단저항 구성 및 평형관계: 콘크리트 전단력 Vc, 골재 맞물림 Vay, 인장철근 장부작용 Vd, 스터럽 전단력 Vs로 전단저항을 분해하고 V = Vc + Vay + Vd + Vs, Vs = nAvfv, 설계 시 V = Vc + Vs와 전단력 증가에 따른 각 성분 분담 변화 및 최종 전단파괴 과정 정리 |
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[6강] 전단에 의한 보의 거동 (4)
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전단보강된 보의 트러스 이론과 스터럽 설계식 유도 개념 정리
• 전단보강 트러스 모델: 스터럽(복부 인장재)·사인장균열 콘크리트 압축대(복부 압축재)·상·하현재를 핀접합 트러스 시스템으로 이상화하여 전단거동과 내력 전달 메커니즘을 해석 • 기하관계와 평형식: 스터럽·균열 각도 α, β와 레버암 j d, 간격 s의 관계(s = j d(cotα+cotβ)) 및 전단력 평형식(V_s = C_d sinβ = T_s sinα)을 통해 단위길이당 스터럽 인장력과 압축대 응력 f_cd 식 유도 • 전단 설계식 유도: 스터럽 단면적 A_v·항복강도 f_y를 고려한 전단내력식 V_s = (A_v f_y / s) j d sinα(cotα+cotβ)와 특수조건(수직 스터럽·45° 균열)에서의 단순화식 V_s = (A_v f_y / s) j d, f_cd = 2V_s/(b_w j d)을 전단보강 설계 기본식으로 정리 |
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[7강] 보의 전단설계 (1)
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철근콘크리트 보의 전단 설계: 콘크리트 전단강도와 축력·모멘트 영향
• 보 전단 설계 기본식과 공칭 전단강도: 설계전단력·강도감소계수·공칭전단강도 관계(Vu ≤ φVn, Vn = Vc + Vs) 및 콘크리트·전단보강근 분담 구조 정리 • 무전단보강 보와 Zsutty 식 전단강도: 콘크리트 전단강도 구성요소, fck·인장철근비 ρw·전단경간비(av/d) 반영 ACI·KCI 설계식(6.22, 6.23)과 Zsutty 제안식(6.24) 비교·적용 • 축력·모멘트 동시 작용 시 전단강도: 축압축·축인장이 전단강도에 미치는 영향(식 6.25, 6.26)과 편심축력·저항모멘트 Mn 개념을 이용한 전단강도 산정 및 상한식(6.27, 6.28) 적용 구조 이해 |
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[8강] 보의 전단설계 (2)
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전단보강근과 스터럽 전단강도 및 간격 설계 개념 정리
• 전단보강근 개념·역할: 전단강도 구성(φ(Vc+Vs)≥Vu)과 전단보강근 종류(수직·경사 스터럽, 용접철망, 굽힘철근, 나선·띠철근) 및 배근각·정착조건 정의 • 최소 전단보강근 설계: Vu>½φVc 시 최소 전단보강근 의무, 예외 부재(슬래브·기초판·장선·얕은 T·I보·휨지배 벽체)와 최소 단면적 식(Av,min=0.0625√fck/fyt·bw·s, fyt 제한) 정리 • 스터럽 전단강도·간격 설계: 트러스 이론 기반 Vs식(Vs=Avfyt d/s, 경사 시 Vs=Avfyt d/s( sinα+cosα))과 Vs 상한, 소요 Vs로부터 s 산정식, d·600 mm·d/4·300 mm 등을 이용한 최대 간격 제한 규정 정리 |
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[9강] 보의 전단설계 (3)
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보의 전단설계 최대 전단력과 위험단면, 예제 6-2 정리
• 위험단면과 설계 전단력 Vu: 받침부 내면에서 유효깊이 d만큼 떨어진 단면을 위험단면으로 정의하고, 이 단면의 전단력 Vu를 기준으로 φVn ≥ Vu를 만족하도록 전단설계를 수행 • 콘크리트 전단강도와 전단보강 설계: 설계등분포하중에서 Vmax와 위험단면 Vu를 산정한 뒤 φVc를 계산하여 부족분 φVs로 스터럽 필요량과 간격 s(D10 @ 180 mm)를 결정하고, 최대 간격·최소 전단보강근 규정을 동시에 검토 • 전단력 분포와 보강 구간 구분: 전단도에서 Vu, φVc, ½φVc의 관계로 보를 필수 전단보강구간(Vu > φVc), 최소 전단보강구간(½φVc < Vu ≤ φVc), 무보강구간(Vu ≤ ½φVc)으로 구분해 지지조건별 위험단면 적용 여부와 경제적 전단보강 전략을 정립 |
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[10강] 전단마찰설계 (1)
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철근콘크리트 전단 마찰 설계 개념 및 예제 정리
• 전단 마찰 설계 개념: 접합면·이음면·강재-콘크리트 접촉면의 직접 전단 균열을 가정하고, 전단면을 관통하는 전단마찰 보강근 인장력과 콘크리트 마찰로 전단력을 저항하는 설계 원리 정리 • 전단 마찰 강도·보강근 산정: 전단 마찰 공칭전단강도 식(직각·경사 배근), 마찰계수 μ 및 경량콘크리트 계수 λ, 강도감소계수 φ 적용을 통한 전단마찰 보강근 소요단면적과 직각 인장력 작용 시 추가 인장철근 단면적 산정 절차 정리 • 전단 마찰 설계 예제 적용: 복합하중(반력·수평력)을 전단면 기준 좌표계로 분해해 Vu·Nu를 구하고, 이를 이용해 A_vf·A_n 계산 후 철근 직경과 개수를 결정하는 전단 마찰 설계 예제 풀이 과정 정리 |
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[11강] 전단마찰설계 (2)
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철근콘크리트 보의 전단설계 6단계 정리와 예제 해석 개요
• 전단설계 기본 개념과 위험단면: 극한강도설계식(ϕVn ≥ Vu)과 전단력도(SFD)를 이용해 계수하중에 의한 위험단면의 Vu를 정의하고, 콘크리트 전단강도 Vc 산정 및 무보강·최소보강·필요보강 구간(½ϕVc, ϕVc 기준) 판정 절차를 정리함 • 전단보강 설계와 보단면 검토: 전단보강 필요 시 ϕVs = Vu − ϕVc로 철근 부담 전단강도 산정, ϕVs ≤ ϕ·(2/3)√fck·bw d(즉 Vs ≤ 4Vc)로 보단면 적정성 평가 후 fck 상향·단면 확대 등 대책을 구조적으로 제시함 • 스터럽 간격 설계와 전단 해석 예제: Vs = Av fyt d / s로 요구 스터럽 간격 s 산정 후, Vs 크기에 따른 간격 제한(ϕVs ≤ 2ϕVc 구간: d/2·600mm 기준, ϕVs > 2ϕVc 구간: d/4·300mm 기준)을 적용하고, 단면·배근이 주어진 보에서 Vc, Vs, Vn, ϕVn(전단 내력) 계산 절차를 예제로 정리함 |
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[12강] 전단마찰설계 (3)
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철근콘크리트 보 전단설계: 최소단면과 스터럽 설계
• 전단설계 기본 개념: 개수 전단력 Vu 산정 → 콘크리트 전단강도 φVc 계산 → Vu와 φVc 관계에 따른 무전단철근·최소 전단보강·일반 전단보강 구간 구분 및 보 단면 적정성(φVs ≤ 4φVc) 검토 • 최소 단면 및 전단보강 설계: Vc = (1/6)λ√fck·b d, 무전단철근 허용 조건(Vu ≤ 1/2 φVc)과 최소 전단보강 범위(1/2 φVc < Vu ≤ φVc)를 이용한 bd 범위 결정, 실무에서 b:d ≈ 1:1.5 비율과 전단철근 병행 설계를 통한 경제적 단면 선정 • 스터럽 간격 설계 및 제한: φVs = Vu − φVc, s = φVs /(φAv fyt d)로 요구 간격 산정 후, φVs와 2φVc 비교에 따른 간격 상한 규정(d/2 또는 d/4, 600mm 또는 300mm, 최소 전단보강근 식 기반 상한) 적용하여 최종 스터럽 배근 간격 결정 |
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[13강] 스트럿-타이모델 (1)
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스트럿-타이 모델 개념과 구성 정리(전단 설계, D/B영역, 트러스 모델)
• B영역·D영역 구분: 보이론이 유효한 균등응력 B영역과 응력 교란·평면 유지 가정이 깨지는 D영역을 구분하고, D영역에만 스트럿-타이 트러스 해석 적용 • 스트럿-타이 모델 구성: D영역 내 응력 흐름을 스트럿(압축요소)·타이(인장요소)·절점·절점영역으로 이상화하여 트러스 평형해석으로 축력 산정 및 폭·철근량 결정 • 깊은 보 트러스 모델: 전체를 D영역으로 보는 깊은 보에서 하중점–지점 간 경사 스트럿과 하부 인장 타이, C-C-C·C-C-T 등 절점 유형을 사용해 전단·아치 거동을 설계에 반영 |
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[14강] 스트럿-타이모델 (2). 깊은 보의 설계 (1)
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스트럿-타이 모델 설계 및 깊은 보 구조 설계 핵심 정리
• 스트럿-타이 설계 개념: B영역·D영역 구분 후 D영역을 정정 트러스 모델로 이상화하여 스트럿·타이·절점영역 각각에 대해 공칭강도·강도감소계수·계수하중을 적용해 ϕFₙ ≥ Fᵤ 조건으로 강도 검토 및 정착·상세·최소보강을 설계함 • 스트럿·타이·절점영역 설계: 스트럿은 유효압축강도 f_ce·유효폭 w_sm 및 횡보강 조건으로 압축강도 산정, 타이는 인장철근·프리스트레스 조합으로 인장강도와 필요 철근량·유효폭 w_t 및 정착 길이 검토, 절점영역은 구속상태별 계수 β_n을 반영한 f_ce와 면적 A_n으로 노드 파괴를 방지하도록 설계함 • 깊은 보 정의 및 설계: l_n ≤ 4h 또는 a_v/d ≤ 1 등 전단스팬비 기준으로 깊은 보와 압축대 아치작용을 판단하고, 평면 유지 가정이 성립하지 않는 비선형 거동을 고려해 사다리꼴 스트럿-타이 모델로 전 구간 D영역을 설계하며, 휨은 타이 강도와 최소 인장철근비, 전단은 Vₙ·수직·수평 전단철근 최소량·간격 기준으로 통합 검토함 |
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[15강] 깊은 보의 설계 (2)
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철근콘크리트 깊은 보(Strut-Tie) 설계 예제 6-4 요약
• 깊은 보 판정 및 Strut-Tie 적용 조건: ln/h<4 기준에 따른 깊은 보 분류, 콘크리트 전단강도 φVn≥Vu 검토를 통한 Strut-Tie Model 사용 가능 여부 판단 • Strut-Tie 트러스 해석 및 유효폭 설계: 전체 D-영역 설정 후 트러스 형상·높이 가정과 반복 해석으로 스트럿·타이 단면력 산정, 강도식 역산을 통한 수평·경사 스트럿 및 타이 유효폭 결정 • 철근 설계 및 벽모양 스트럿 조건 검토: 타이 인장철근 단면적 및 철근비(ρmin·ρmax) 검토, 전단보강근 최소량·간격 제한 및 sin²γ 항을 포함한 벽모양 스트럿 형성 조건 만족시키는 수직·수평 철근 간격 최종 결정 |
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[16강] 브래킷과 내민받침 (1)
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철근콘크리트 브래킷과 내민받침 설계 개념 정리
• 브래킷·내민받침 전단지배 거동: 기둥·벽에서 짧게 돌출된 캔틸레버 부재로, 전단경간비 a_v/d ≤ 1 조건에서 콘크리트 압축 스트럿과 인장철근 타이로 거동하며 특수 전용 전단강도식과 φ=0.75 적용 • 트러스(스트럿-타이) 모델·파괴형태: 하중 V_u·수평력 N_{u,c}를 인장 주근과 콘크리트 압축대가 분담하는 스트럿-타이 모델로 이상화하고, 인장철근 항복·정착파괴·압축대 파괴·지압판 외측 경사균열 등 주요 파괴형태와 이에 대한 정착·ㄱ형강·전단마찰 보강 대책 정리 • 주인장철근·전단마찰·전단강도 설계: 휨·직인장 주근량 A_s = max(A_f + A_n, ⅔A_{vf} + A_n), 전단마찰 보강근 A_{vf} = V_u/(φ f_y μ)와 주근·폐쇄 스터럽의 역할 분담, 브래킷 전용 콘크리트 전단강도식 및 경량콘크리트 보정식 적용 기준 정리 |
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[17강] 브래킷과 내민받침 (2)
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브래킷 전단·휨·전단마찰 설계 절차 정리
• 브래킷 설계 하중·기본 개념: 전단력 Vu, 수평 인장력 Nuc, 휨모멘트 Mu 산정 및 유효 깊이 D·자유단 깊이 조건 검토, 콘크리트 전단 강도 φVn>Vu 확인을 통한 전단 안전성 평가 • 휨·인장 철근 설계: 휨 인장 철근 AF와 수평 인장 철근 AN을 φMn≥Mu, φANfy=Nuc 조건으로 산정하고, 압축블록 깊이 a·응력중심 거리 jd 재계산을 통해 AF 보정 후 상부 인장 철근 요구량 결정 • 전단 마찰 및 최종 배근 설계: 전단 마찰 보강근 AVF를 φAVF fy μ=Vu로 산정하고, 상부 주근 As=max(AF+AN, 2/3 AVF+AN) 및 폐쇄형 스터럽 Ah=0.5(As−AN)으로 분담 설계하여 상부 D25 주근과 D13 폐쇄 스터럽를 2D/3 범위 내 적정 간격으로 배근 구성 |
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[18강] 비틀림을 받는 보의 해석과 설계 (1)
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비틀림을 받는 철근콘크리트 보의 해석과 입체 트러스 설계 개념 정리
• 비틀림 모멘트와 비틀림 종류: 축방향 회전 모멘트 정의와 정정 비틀림·부정정 비틀림 구분, 무근콘크리트보 비틀림 전단응력·45° 균열 및 균열 비틀림 모멘트 Tcr 산정 개념 정리 • 입체 트러스 비틀림 해석: 비틀림을 3D 입체 트러스로 모델링하여 전단흐름, 전단응력 v = T/(2A0t), 단면 변수 Acp·Pcp를 이용한 비틀림 응력·균열 조건 및 균열 형상(나선형, 경사각 30°~60°) 구조화 • 비틀림 철근 설계 원리: 폐쇄 스터럽에 의한 비틀림 저항모멘트 Tn 유도와 전단 분담, 길이방향 철근의 축인장력 평형을 통한 필요 철근량 Al 산정식(식 6.71~6.74)과 설계 변수(At, s, ph, θ, fy, fyt) 관계 정리 |
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[19강] 비틀림을 받는 보의 해석과 설계 (2)
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전단과 비틀림을 동시에 받는 보의 해석·설계 핵심 정리
• 전단·비틀림 조합 전단응력 개념: 전단력·비틀림모멘트에 의한 전단응력 합성, 속 빈·속 찬 단면의 조합 전단응력 식과 $A_{oh}, p_h, A_0$ 정의를 통한 설계용 전단응력 산정 • 비틀림 설계 조건·보강 설계: 비틀림 설계 필요·무시 조건과 부정정 비틀림모멘트 감소식, 비틀림 보강용 폐쇄 스터럽 단면적·최소량·간격 제한 및 길이방향 철근 단면적·지름·배치 규정에 따른 철근 설계 절차 • 전단·비틀림을 받는 부재 단면치수 제한: 전단·비틀림 조합 전단응력 상한식과 속 빈/속 찬 단면별 단면치수 제한식, $V_c$ 및 $\tfrac{2}{3}\lambda\sqrt{f_{ck}}$ 상한을 통한 과도한 스터럽 보강·취성파괴 방지 설계 기준 정리 |
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[20강] 비틀림을 받는 보의 해석과 설계 (3)
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비틀림을 받는 외벽 지지보 예제 6-6 설계 절차 정리
• 비틀림·전단 설계 개념: 위험단면에서 설계 전단력·비틀림모멘트 산정, 비틀림 무시 여부 및 단면 치수 제한 검토, 폐쇄 스터럽 유효단면(Acp·Acp²/Pcp, Aoh·Ph, A0) 활용한 안전성 확인 • 폐쇄 스터럽 보강 설계: 비틀림·전단용 스터럽 비(S⁻¹At, S⁻¹Av) 산정, 최소 보강 조건과 간격 제한(S ≤ Ph/8, S ≤ 300mm, db ≥ S/24) 검토 후 전단·비틀림 공용 폐쇄 스터럽 배근(D13@150) 결정 • 비틀림용 길이 방향 철근 설계: Al 두 설계식 및 최소 비틀림철근비(S⁻¹At) 검토, 스터럽 둘레 방향 300mm 이하 간격·3열 배근 계획 수립, 둘레 방향 각 열당 2-D16 배근으로 요구 단면적 및 연속 배근 규정 충족 |
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| 7장. 철근의 정착과 이음 | ||
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[21강] 철근의 정착과 이음의 개요. 부착의 기본 (1)
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철근콘크리트 정착·이음 개요와 휨에 의한 부착응력 정리
• 철근–콘크리트 부착 이론: 정착·이음 설계의 근간 개념으로, 경험적 길이 개념을 이론·실험 기반 정착길이·이음길이 산정식으로 전환하여 철근 항복까지 부착파괴를 방지하는 설계 체계 • 부착응력과 부착 메커니즘: 휨 시 철근–콘크리트 경계면에 작용하는 전단응력으로, 이형철근 마디에 의한 기계적 맞물림과 부착강도로 정착·이음 성능을 확보하며, 평균 부착응력은 u = V/(σ₀ j d)로 전단력에 비례하여 정의됨 • 실제 부착응력 분포와 균열 영향: 인장부 균열 단면에서 부착응력 소실(u = 0) 후 균열 사이 구간에서 극대–극소를 반복하는 국부 부착응력 분포가 형성되며, 설계에서는 이를 평균 부착응력으로 단순화해 요구 정착길이·이음길이를 결정함 |
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[22강] 부착의 기본 (2). 정착길이 (1)
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철근콘크리트 부착파괴와 정착길이 기본 개념 정리
• 부착 메커니즘과 파괴형태: 원형·이형철근의 부착 원리(접착·마찰·지압응력)와 뽑힘부착파괴·쪼갬부착파괴 구분 및 실제 설계에서 쪼갬부착파괴 지배 조건 정리 • 정착길이 기본식과 콘크리트 강도: 인장력–부착력 평형으로 유도되는 기본 정착길이식 $l_d \propto \dfrac{d_b f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}}$ 구조와 $\sqrt{f_{ck}}$ 상한(70 MPa), 쪼갬저항 지표 $(c+K_{tr})/d_b$의 의미 및 제한 정리 • 보정계수와 정밀식·약산식: 인장 이형철근 정착길이 정밀식과 보정계수 α(위치)·β(도막)·γ(철근크기)·λ(콘크리트 종류)·과다철근 보정·최소정착길이 300 mm 규정, 그리고 $(c+K_{tr})/d_b$ 조건에 따른 약산식 적용 기준 정리 |
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[23강] 정착길이 (2)
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철근콘크리트 인장철근 정착길이 예제 7-1~7-3 정리
• 인장철근 정착길이 정밀식 개념: 콘크리트 강도, 철근지름, 피복·철근 간격(C), 횡보강지수 K_tr, 쪼갬 저항 성능 상한 2.5, 보정계수(α·β·γ·과다철근비)를 반영해 보·기둥 접합부 및 줄기초 인장철근의 요구 정착길이를 산정하는 절차 정리 • 정밀식·약산식 비교 및 철근 배치 영향: 정밀식은 실제 피복·간격·횡보강을 반영해 정착길이를 단축할 수 있고, 약산식은 쪼갬 저항 성능을 1.5로 고정해 보수적으로 크게 산정되며, 철근 개수 증가 시 간격 축소로 C·K_tr 감소 → 쪼갬 저항 성능 감소 → 정착길이 증가 메커니즘을 설명 • 정착길이 부족 시 설계 대책: 줄기초 등에서 요구 정착길이를 확보하지 못하는 경우 기초 폭 확대, 철근 지름·배근량 조정 및 과다 철근 보정 적용, 갈고리철근(후크) 도입 등을 통해 유효 정착길이를 확보하는 설계 방안을 제시 |
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[24강] 정착길이 (3)
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압축철근·다발철근·용접철망 정착길이 핵심 정리
• 압축 이형철근 정착길이: 부착·지압에 의한 압축력 전달, 기본정착길이 식과 최소조건(0.043 d_b f_y, ≥200mm), 과다철근·횡보강 보정계수 적용 구조 정리 • 다발철근 정착길이: 2~4본 다발 사용 시 부착성능 감소 반영, 등가직경 개념 또는 3본 1.20l_d·4본 1.33l_d 증가 규정으로 설계 절차 정리 • 용접철망 정착길이: 인장 용접이형·원형철망의 정착길이 정의, 교차철선 개수·50mm 이격 조건, 철망계수·최소길이 및 세 식 중 최댓값 채택 기준 비교 정리 |
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[25강] 갈고리에 의한 인장철근의 정착 (1)
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갈고리에 의한 인장철근 정착 개념 및 표준 갈고리·정착길이 정리
• 갈고리 인장정착 개념·표준 갈고리 기준: 공간 부족 시 철근 끝을 90°·135°·180°로 굽혀 인장정착 확보하며, 주근·스터럽별 허용 각도, 자유단 길이, 사용 가능 직경, 최소 내면반지름으로 표준 갈고리 형상과 성능 기준 규정 • 갈고리 정착길이 개념·기본식: 위험단면에서 갈고리 외측단까지를 정착길이 l_dh로 정의하고, 쪼개짐 파괴에 기초한 기본정착길이식 l_hb = 0.24β d_b f_y /(λ√f_ck)와 기호체계(l_dh, l_HD, l_hb)를 통해 갈고리 철근 인장정착 요구 길이 산정 • 갈고리 정착 보정계수·제한사항: 최종 정착길이 l_dh = l_hb × k1(f_y 보정) × k2(피복 충분 시 0.7) × k3(띠철근 보강 시 0.8) × k4(과다철근 비율)로 결정하고, 최소 정착길이(≥max(8d_b,150mm)), 피복 부족 단부의 스터럽 필수 보강 및 보정계수 적용 제한을 통해 설계·시공 안전성 확보 |
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[26강] 갈고리에 의한 인장철근의 정착 (2)
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확대머리 이형철근 및 기계적 인장 정착 개념과 설계조건 핵심 정리
• 기계적 정착 장치 및 확대머리 이형철근: 갈고리·직선 정착이 곤란한 철근을 기계적 장치·확대머리로 정착하여 정착 면적을 확대하고 인장 정착 성능을 확보하는 개념 • 확대머리 이형철근 정착길이 및 사용 조건: 인장 정착길이식 $l_{dt} = 0.9 \dfrac{\beta f_y d_b}{\sqrt{f_{ck}}}$ (최소 8$d_b$, 150 mm), $f_y \ge 400$ MPa, $f_{ck} \le 40$ MPa, $d_b \le 35$ mm, 보통콘크리트, 확대머리 순지압면적·피복·순간격(기본 4$d_b$) 등 실험 검증 범위 내 사용 • 접합부 순간격 완화 및 일반 기준: 보-기둥 접합부 보 주철근에서 횡보강철근비 ≥ 0.3%, 확대머리 뒷면–횡보강철근 간 거리 ≤ 50 mm 시 순간격 2.5$d_b$까지 완화 가능하며, 모든 기계적 정착장치는 시험으로 성능 입증 후 책임구조기술자 검토를 거쳐 설계에 적용함 |
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[27강] 휨철근과 복부철근의 정착
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휨철근과 복부철근의 정착 기준 정리(단순보·연속보, 스터럽 정착 규정)
• 휨철근 절단·정착 기준: 휨모멘트 분포에 따라 철근을 부분 절단하되, 이론 절단점에서 유효깊이 d 또는 12d_b 이상 여유 연장과 정착길이 l_d 확보, 단순받침부·변곡점에서 l_d ≤ 1.3M_n / V_u 조건으로 정착 안전성 검토 • 정·부모멘트 철근 정착 규정: 정모멘트 철근은 단순부재 1/3·연속부재 1/4 이상을 받침부 내 150mm 이상 연장, 부모멘트 철근은 1/3 이상을 변곡점 너머로 d·12d_b·L_n/16 중 큰 값 이상 연장하며 한 단면에서 전체 인장철근의 1/2 이상 동시 절단 지양 • 복부철근(스터럽·용접철망) 정착 기준: 전단·비틀림 저항을 위해 U형·폐쇄 스터럽의 직경별 표준 갈고리·묻힘길이·1.3l_d 이상 겹침길이와, 용접철망 스터럽의 종방향 철선 개수·간격·피복 위치 기준에 따라 배치·정착 조건을 만족하도록 설계 |
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[28강] 철근의 이음 (1)
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철근콘크리트 구조 철근의 이음 개념과 인장·압축 이음길이 정리
• 철근 이음 개념 및 종류: 제작·운반·시공상 한계를 보완하기 위한 겹침이음·용접이음·기계적 이음 정의와 이음 위치·이음철근 비율·D35 초과 철근 사용 제한 원칙 정리 • 인장철근 이음 설계: 부착이론 기반 겹침이음과 정착길이 ld 관계, A급·B급 이음 구분 기준(소요철근 대비 배근철근·이음철근 비율), A급 ls=1.0ld·B급 ls=1.3ld 및 용접·기계적 이음의 1.25fy 완전이음 요구 사항 정리 • 압축철근 이음 설계: 압축철근 겹침이음 기본식·상한식과 300mm 최소길이·fck<21MPa 시 1/3 증가 규정, 단부 지압이음 허용 조건(구속철근·단부 가공·축정렬) 및 직경이 다른 철근·D35 초과 철근 압축 겹침이음 허용 기준 정리 |
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[29강] 철근의 이음 (2)
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철근콘크리트 기둥 철근 이음과 인장 용접철망 겹침이음 정리
• PM 상관도 및 기둥 철근 이음 구간: PM 상관도에 따른 A(전단면 압축)·B(부분 인장, ≤0.5f_y)·C(큰 인장, >0.5f_y) 구간 정의와 각 구간별 압축철근 겹침이음, 인장철근 A급·B급 이음, 전부 B급 이음 적용 규정 정리 • 압축 겹침이음·띠철근 조건·직경 다른 철근 이음: 압축철근 겹침이음 기본식·최소 300mm·f_ck·f_y 상한 조건, 띠철근·나선철근에 따른 겹침이음 보정계수(0.83·0.75)와 띠철근 유효단면적 0.0015HS 검토, 직경이 다른 철근의 압축 겹침이음에서 큰 직경 정착길이 vs 작은 직경 겹침이음길이 중 큰 값 채택 절차와 수치 예제 정리 • 인장 용접이형·원형철망 겹침이음: 인장 용접이형철망과 용접원형철망의 겹침이음 길이 정의 위치, 정착길이 l_d 산정식 및 철망계수·과다철근비 적용, 1.3·1.5배 l_d·200mm·150mm·교차선 간격+50mm 등 최소 겹침이음길이 규정과 과다철근비 2배 기준에 따른 조건 정리 |
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| 8장. 슬래브의 설계 | ||
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[30강] 슬래브 설계의 개요
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슬래브 설계 개요와 슬래브 종류 정리
• 슬래브 기본 개념과 구조 역할: 얇은 평판 휨부재로서 고정하중·활하중을 보·기둥·기초로 전달하며, 온도·건조수축·처짐·균열에 민감해 최소두께·온도철근·사용성 검토가 필요한 부재 특성 정리 • 철근콘크리트 슬래브 설계 원리: 휨모멘트 분포에 따른 상·하부 인장철근 배근, 일체 타설 시 강접합에 따른 정·부모멘트 거동, 개수하중 조합과 차음·내화·진동 저감 성능을 고려한 설계 개념 정리 • 슬래브 분류와 하중 흐름: 보 배치·경간비에 따른 1방향·2방향 슬래브 정의, 평슬래브·보슬래브·리브슬래브·격자(와플) 슬래브의 기하·지지 형식·펀칭전단·하중 전달 특성에 따른 형식별 설계 기준 정리 |
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[31강] 슬래브 설계의 기본사항
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슬래브 설계 기본사항: 설계대, 강성비, 최소두께, 지판, 온도·수축철근
• 설계대(주열대·중간대) 개념: 기둥선 모멘트 집중을 반영해 슬래브를 주열대와 중간대로 분할하고, 단변 길이의 1/4 기준 폭·중심 경간(L)과 순경간(Ln) 구분·판별 별도 주열대 설정을 통해 2방향 휨 설계 영역을 정의함 • 보-슬래브 강성비 및 최소 두께: 보·슬래브 휨강성비 α와 평균 강성비 αm(유효폭·단면2차모멘트 기반)을 산정해 내부 보 유무·αm 크기·지판·테두리보 조건에 따른 2방향 슬래브 최소 두께와 처짐 검토 생략 기준을 결정함 • 지판 및 온도·건조수축 보강: 플랫 슬래브 기둥 주변에 지판을 설치해 휨·뚫림 전단을 분산하고(길이 L/6 이상, 슬래브 하부 돌출 두께 ≥ 슬래브 두께의 1/4, 유효 두께 범위 제한), 온도·건조수축철근은 슬래브 단면 대비 규정된 최소 철근비(0.0020 또는 0.0020×400/fy, 하한 0.0014) 이상으로 균열 제어용으로 배근함 |
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[32강] 직접설계법 (1)
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철근콘크리트 슬래브 직접설계법 핵심 정리 (적용범위·모멘트 분배·비틀림·불균형모멘트)
• 직접설계법 적용범위·기본개념: 2방향 연속 슬래브를 대상으로 6가지 형상·경간·기둥 위치·하중 조건을 충족할 때 전체 정적 계수모멘트 M₀를 이용해 근사 모멘트 해석·설계를 수행하는 방법 • 모멘트·강성비 분배 구조: M₀를 내부·외부 경간의 정모멘트·부모멘트로 분배한 뒤 주열대·중간대에 경간비 l₂/l₁, 보-슬래브 휨강성비 α, 테두리보 비틀림 강성비 β_t를 반영해 표 8-2·8-3 기준으로 모멘트 분담을 결정하는 체계 • 비틀림·불균형 모멘트 처리: 테두리보 비틀림상수 C와 슬래브 휨강성을 이용해 β_t를 산정해 외단 모멘트 재분포를 고려하고, 경간·하중 차이로 발생하는 불균형 모멘트를 0.07 계수식으로 기둥·벽체에 전달해 접합부 및 기둥 설계에 반영하는 절차 |
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[33강] 직접설계법 (2)
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플랫슬래브 직접설계법 예제 8-1: 장변방향 설계 절차와 철근배근 요약
• 플랫슬래브 설계 기본조건 및 슬래브 두께 결정: 장변방향 순경간·하중·재료를 바탕으로 최소 두께 기준에 따라 슬래브 두께와 유효깊이 산정 • 모멘트 산정 및 분배 절차: 등분포 계수하중으로 전체 정적 계수모멘트 M0 산정 후 내부·외부경간, 주열대·중간대별 모멘트 분배와 비틀림강성비를 고려한 외단 부모모멘트 보정 및 기둥 설계용 계수모멘트 도출 • 슬래브 휨 설계 및 철근배근 원칙: φMn = Mu, Jd 가정과 반복계산으로 필요 철근량 산정, 최소철근비 및 온도·수축철근 지배 구간 검토를 통해 배근량·간격 결정 |
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[34강] 직접설계법 (3)
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2방향 슬래브 직접설계법 – 보 있는 슬래브 예제 8-2 정리
• 강성비·두께 검토 개념: T형·반 T형 보와 슬래브의 단면2차모멘트·비틀림 상수로 강성비 α·평균강성비 αM·비틀림 강성비 βT를 산정하고, 최소 두께 식으로 처짐 검토 생략 가능 두께를 검토함 • 모멘트 산정·분배 절차: 극한 등분포하중으로 전체 정적계수모멘트 M0를 구한 뒤 내부·외부 경간, 주열대·중간대, 내단·중앙·외단에 대해 표 8-2·표 8-3과 비틀림 보정을 이용해 단계적으로 모멘트를 분배·정리함 • 철근 설계·최소철근비: 각 위치 설계 모멘트로 단부·중앙부 대표 단면의 필요 인장철근량과 철근비를 극한강도설계법으로 산정하고, 필요 철근비와 최소철근비(건조수축·온도균열용) 중 큰 값을 적용해 배근량과 간격을 결정함 |
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[35강] 직접설계법 (4)
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2방향 슬래브 휨모멘트 계수법 개념과 설계 절차 정리
• 2방향 슬래브 기본 개념·용어: 보가 있는 4변 지지 2방향 슬래브를 대상으로 장변·단변, 단부·중앙부, 연속단부·불연속단부, 주열대·중간대 구분과 단변방향 철근 중심의 상·하부 배근 원칙 정리 • 모멘트 계수 체계와 케이스 분류: ACI 318·KCI·KBC 기준에 근거한 휨모멘트·전단력 계수 정의, m = L_A/L_B 비와 케이스 1~9의 연속·불연속 조합에 따른 위치별 모멘트 계수(C) 선택 구조 정리 • 휨모멘트 계수법 설계 절차: 슬래브 최소 두께 검토–계수하중 분리(w_u, w_{uD}, w_{uL})–중간대 연속단부·중앙부 정모멘트 산정(M = C w L²)–중간대 외단 = 중앙부 1/3–주열대 = 중간대 2/3 규칙에 따른 최종 휨모멘트 및 배근 산정 절차 정리 |
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[36강] 직접설계법 (5)
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2방향 슬래브 휨모멘트 계수법 설계 절차와 철근 배근 요약
• 2방향 슬래브 기본 조건·경간·케이스 선정: 슬래브 두께·유효깊이와 재료강도 설정 후 순경간·경간비 m 및 단부 조건에 따라 계수표 케이스를 결정하여 설계 하중과 모멘트 산정의 기초를 마련함 • 휨모멘트 계수법에 의한 위치별 설계 모멘트 산정: 계수등분포하중과 계수표를 이용해 중간대 연속단·중앙부 모멘트를 구하고, 1/3·2/3 규칙으로 불연속단 및 주열대 모멘트를 분배하여 단변·장변 각 12개 위치 설계 모멘트를 정리함 • 필요 철근량·배근 설계 및 최소·최대 조건 검토: JD 가정–압축블록 깊이 a–반복계산으로 최종 AS를 구한 뒤 최소 철근비와 최대 간격 기준을 적용해 철근 직경·개수·간격을 결정하고, 강도 지배 구간과 균열제어용 최소 배근 구간을 구분해 배근 체계를 통합함 |
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[37강] 등가골조법 (1)
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등가골조법 개요와 슬래브보·기둥 단면성능 정리
• 등가골조법과 모멘트 분배법: 직접설계법·휨모멘트계수법 적용이 어려운 이방향 슬래브를 3차원 구조에서 종·횡 2차원 등가골조로 치환하고, 모멘트 분배법으로 설계 모멘트·전단력을 산정하는 해석법 • 슬래브-보(수평부재) 단면2차모멘트: 슬래브·지판·보를 통합한 슬래브-보로 정의하고, 중앙부·두꺼워진 구간·기둥 인접 구간의 단면2차모멘트(I_s1, I_s2, I_s3)를 설계기준 10.5.3과 부표 4-1~4-3으로부터 k_s, COF, FEM을 포함해 산정하는 절차 • 기둥(수직부재) 단면2차모멘트: 기둥을 등가 수직부재로 보고 슬래브 두께 범위는 무한강성, 그 외 구간은 실제 또는 변단면 I_c로 모델링하며, 설계기준 10.5.4와 부표 4-4를 이용해 k_c와 COF를 구해 골조 전체 강성비·분배율 DF를 결정하는 체계 |
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[38강] 등가골조법 (2)
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철근콘크리트 슬래브 시스템의 등가기둥과 모멘트 해석 개념 정리
• 등가기둥 유효강성 K_ec : 기둥 상·하기둥 휨강성 합 ΣK_c와 슬래브·보 비틀림강성 K_t를 조합한 등가기둥 강성(1/K_ec = 1/ΣK_c + 1/K_t)으로, 슬래브 비틀림을 고려해 실제 기둥강성보다 작은 유효 휨강성 정의 • 비틀림 부재·비틀림강성 K_t : 슬래브·보를 비틀림 저항 단면으로 보고 비틀림상수 C와 전단탄성계수 G를 이용해 K_t = 9E_c C_s / [L_2(1 - c_2/L_2)^3]로 산정하며, 직사각형 분할단면의 비틀림상수 C = Σ(1 - 0.63 x/y) x^3 y / 3 중 최대값을 사용 • 등가골조 모멘트 해석·패턴재하 : 수평재 강성과 등가기둥 강성 K_ec를 기초로 모멘트분배법·강성행렬법으로 골조 모멘트 해석을 수행하고, 활하중 조건에 따라 전 계수하중 또는 패턴재하(정모멘트·부모멘트 최대 패턴, 위험단면 위치, 모멘트 배분 규칙)를 적용해 설계 모멘트 결정 |
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[39강] 등가골조법 (3)
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등가골조법 플랫슬래브 내측 슬래브 모멘트 해석 기둥·비틀림 강성 산정
• 등가골조법 개념 및 스팬 정의: 플랫슬래브 내부 슬래브를 2D 등가골조로 치환하여 장변 L1·직교 단변 L2를 설정하고, 기둥·비틀림·슬래브 부재를 강성비 기반 모멘트 분배법으로 해석함 • 기둥 강성 산정 절차: 층고와 슬래브 두께로 LU·LC·TA·TB를 정의하고, 부표 4-4에서 KAB·CAB를 보간해 기둥 2차모멘트 IC와 함께 KC·ΣKC를 계산함 • 비틀림 및 등가기둥 강성 산정: 기둥 폭×슬래브 두께 직사각형 단면으로 비틀림 상수 C와 비틀림 강성 KT·ΣKT를 구하고, ΣKC와 ΣKT를 합성하여 등가기둥 강성 KEC를 산정해 슬래브 모멘트 분배에 적용함 |
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[40강] 등가골조법 (4)
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등가 골조법 슬래브 강성·모멘트 분배 계산 절차 정리
• 슬래브·기둥 강성 산정: 슬래브 단면 2차모멘트와 부표 계수(K)를 이용해 수평제 강성 KS, 등가 기둥 강성 Kc를 계산하고 C1/L1, C2/L2 비에 따른 2차원 직선보간으로 강성 계수·모멘트 계수·전달률(COF)을 결정함 • 분배율·모멘트 분배법: 각 접합부에서 강성 비로 분배율 DF를 구해 고정단 모멘트(FEM)를 분배·전달 반복하고, 슬래브만 전달률을 적용하는 모멘트 분배법 표를 통해 외단·내단 접합부 최종 단부 모멘트를 산정함 • 전단력·휨모멘트 해석: 최종 단부 모멘트와 등분포 선하중으로 반력·전단력도·경간 정모멘트를 계산하고, 단부 부모멘트와 경간 정모멘트를 상부·하부 휨철근 설계 및 전단 설계용 설계 모멘트로 활용함 |
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[41강] 등가골조법 (5)
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2방향 슬래브 추가 예제와 등가골조법 적용 개념 정리
• 2방향 슬래브·등가골조 선택 개념: 장단변비에 따른 2방향 슬래브 판정, NS·EW 방향별 테두리보·내부보 골조 정의, 3D 구조를 설계 대상 띠의 2D 등가골조로 단순화하는 원리 정리 • 보 강성비 α 및 슬래브 최소두께 검토: 등가골조에서 L2 기반 보 길이 산정, 반T형·T형 보 형상계수 F와 강성비 α 계산, αm>2.0 조건에 따른 슬래브 최소 두께식 적용과 두께 채택 기준 정리 • 등가골조 모멘트 분배 체계: 슬래브보를 수평 부재, 등가기둥을 수직 부재로 모델링하고, 각 부재의 강성·고정단모멘트·전달율을 이용한 모멘트 분배 절차와 설계 휨모멘트 산정 구조 정리 |
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[42강] 등가골조법 (6)
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등가골조 슬래브보·등가기둥의 모멘트 분배 개수와 직선 보간법 계산 정리
• 등가골조 모멘트 분배 개수: 슬래브보부제·등가기둥부제에 대해 강성계수 K·전달률 C·고정단모멘트계수 m를 표(예제표 10.6-3)와 기호(L, C, tA, tB, h, hc) 정의를 통해 산정하는 절차 정리 • 슬래브보 강성 산정: T형 슬래브보 단면 2차모멘트 ISB 계산 후 KNF·CNF·mNF를 이중 직선 보간으로 구해 KSB = KNF·(E·ISB/L1) 형태로 강성을 도출하고, 고정단모멘트 FEM을 mNF·W·L²로 계산하는 구조 정리 • 기둥 강성 및 등가기둥 개념: ta/tb·h/hc 비를 이용해 기둥 강성계수 K를 표와 직선 보간으로 구한 뒤 KC = K·(E·IC/h)로 산정하며, 이후 비틀림 부재 강성을 추가해 등가기둥 강성 KEC로 확장하는 개념·절차 체계화 |
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[43강] 등가골조법 (7)
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등가골조법 2방향 슬래브 설계: 비틀림·등가기둥 강성 및 분배율
• 비틀림 부제·보정 강성: 직사각형 분할을 통한 비틀림 상수 C 계산, 슬래브 단독 비틀림 강성 KT 산정, 보 존재 반영한 보정 강성 KTA = KT(1+ISB/IS) 정립 • 등가기둥 강성 KEC: 기둥 강성 KC와 비틀림 부제 강성 KTA를 병렬 스프링 모델로 역수 합성해 내부·외부 등가기둥 강성 KEC 산정 • 분배율 DF와 접합부 해석: 외부·내부 접합부에서 수평부제 KSB와 등가기둥 KEC를 이용해 DF 계산, 슬래브 보부제·기둥부제 모멘트 분배 비율을 모멘트 분배법·패턴 재하 해석의 기초 데이터로 활용 |
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[44강] 등가골조법 (8)
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연속슬래브 등가골조 모멘트해석과 패턴제하 개념 정리
• 패턴제하 조건과 계수하중 정의: 활하중/고정하중 비(L/D) 기준에 따른 패턴제하 필요조건 정리 및 1.2D, 1.6L 조합으로 정의되는 ωU1, ωU2, ωD 계수등분포하중 개념·식 정리 • 고정하중·고정단모멘트 계산: 슬래브·보 자중을 이용한 면적등분포 고정하중 산정, 고정단모멘트 계수 mnf를 활용한 각 하중조합별 FEM 산정식과 수치계산 구조 정리 • 모멘트 분배해석과 설계모멘트 산정: 전달률·분배율 기반 모멘트 분배법 절차 및 반복 알고리즘, 단부모멘트로부터 중앙부 정모멘트 계산식과 5개 패턴 케이스에서 정·부모멘트 설계값 선택 기준 정리 |
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[45강] 등가골조법 (9)
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연속슬래브 골조 모멘트 분배법 케이스2·3·4·5 및 패턴조합 요약
• 연속슬래브 골조 모멘트 분배법: 등분포 하중 패턴(케이스 2~5)별 골조 모델링 후 고정단 모멘트(FEM)를 기준으로 분배율·전달률 적용 반복으로 접합부 평형을 만족시키는 수치해석 절차 정리 • 중앙부 정모멘트·부모멘트 산정: 분배법으로 얻은 양단 부모멘트와 단순보 최대 정모멘트식 $M_c = \frac{ω_u L_2 L_1^2}{8} - \frac{|M_{UL}|+|M_{UR}|}{2}$을 이용해 각 케이스·각 경간 중앙부 정모멘트 및 기둥·슬래브 단부 모멘트 계산 • 하중 패턴 조합과 설계 모멘트 선정: 케이스 2~5의 경간별 결과를 종합하여 정모멘트는 케이스 1·2·3, 부모멘트는 케이스 1·4·5 중 위치별 최대값(절대값 기준)을 선택하는 패턴 재하 원칙으로 설계용 최대 정모멘트·최대 부모멘트 결정 |
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[46강] 등가골조법 (10)
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철근콘크리트 슬래브 설계에서 위험단면 모멘트 보정과 직접설계법 비교 검토
• 위험 단면 설계 모멘트: 기둥 중심선이 아닌 지지 부제면(위험 단면, 최대 0.175L1 이내)에서의 부모멘트·전단력을 등가골조법 모멘트도로부터 재산정해 설계값으로 사용 • 직접 설계법 적용 조건·상대강성 검토: 연속 3경간 이상·장단비·경간변화·기둥 편심·등분포 하중·보 상대강성비(α 및 직교 방향 강성비 0.2~5.0) 충족 시 전체 정적계수 모멘트 M0로 등가골조법 총 모멘트 M1을 대체 가능 • 모멘트 비교·보정계수 적용: M0 = (1/8)ωuL2Ln²로 산정한 모멘트를 M1과 비교해 더 작은 값(M2)을 채택하고, 내부 경간에 대해 k = M2/M1를 부모멘트·정모멘트에 곱해 최종 설계 모멘트를 축소·확정 후 주열대·중간대로 분배 설계 |
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[47강] 등가골조법 (11)
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양방향 슬래브 등가골조법 모멘트 분배와 주열대·중간대 설계 개요
• 슬래브 모멘트 분배 개념: 등가골조법으로 구한 단변 방향 설계 모멘트를 표 8-3, 강성비 α1, 경간비 L2/L1, 비틀림강성비 βt를 이용해 내부·외부경간의 부모멘트·정모멘트를 주열대와 중간대로 분배하는 절차 • 주열대·중간대 모멘트 구조: L2/L1·α1L2/L1 조건에 따른 주열대 분담률 및 βt에 따른 외단 부모멘트 보간으로 각 위치별 주열대·중간대 모멘트(내부·외부경간 단부·중앙·외단)를 산정하고 이를 평면도상의 주열대 폭 L1/4와 중간대 영역에 대응시키는 구조 • 설계 모멘트 Mu 활용: 분배된 주열대·중간대 모멘트를 각 위치별 슬래브 설계 모멘트 Mu로 사용하여 유효깊이 d 산정, 철근면적 As 계산, 최소 철근비 검토 및 배근 계획까지 일방향 슬래브 설계 절차를 위치별(주열대·중간대)로 적용하는 설계 프로세스 |
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[48강] 1방향 슬래브 (1)
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1방향 슬래브 개념·두께·해석 및 모멘트계수 정리
• 1방향 슬래브 개념·거동: 하중이 한 방향으로만 전달되는 슬래브로 보 배치와 단변/장변 비(> 2.0)로 1방향 거동을 판정하며, 1m 단위폭 보로 이상화해 단변 방향 휨·전단만 설계 • 두께·처짐 기준: 경계조건에 따른 최소두께식(h = l/20, l/24, l/28, l/10)과 콘크리트 단위질량·철근 항복강도 보정식으로 사용성(처짐) 확보하며, 비취약 비구조요소 미지지 시 최소두께 이상이면 처짐 검토 생략 • 해석·모멘트 산정 및 보정: 연속 1방향 슬래브를 등분포하중·단면 일정 조건에서 모멘트 계수법으로 정·부모멘트·전단력을 산정하거나 탄성해석으로 휨모멘트를 구한 뒤, 지지면 부모멘트는 기둥 폭·전단력을 고려해 M₁ - Vc/3으로 보정해 설계 사용 |
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[49강] 1방향 슬래브 (2)
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1방향 슬래브 예제 8-4 연속슬래브 모멘트·철근 설계 정리
• 1방향 연속슬래브 설계 조건: 스팬/두께비에 따른 슬래브 두께·유효깊이 결정, 3경간 이상·등분포하중·단면 일정 등 모멘트 계수법 적용 조건 검토, 순경간 길이와 설계하중 산정 • 모멘트 계수법과 설계모멘트: 위치별 부모멘트·정모멘트 계수 적용해 $M_u=\alpha w_u l_n^2$ 산정, 강도저감계수와 등가응력블록 개념을 이용해 $M_u \rightarrow M_n \rightarrow A_s$ 순으로 필요 철근량 계산 • 최소 철근 및 배근 결정: 최소 철근비 $\rho_{\min}$으로 $A_{s,\min}$ 산정 후 필요 철근량과 비교, 설계단위폭 1m 기준 철근 지름·개수·간격(D13 @s 형식)을 결정해 1방향(장철근) 슬래브 배근 계획 수립 |
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[50강] 슬래브의 철근배근
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슬래브 철근배근 기준과 1·2방향 슬래브 배근 원칙 정리
• 2방향 슬래브 철근 설계: 위험단면 소요모멘트에 따른 각 방향 철근단면적 산정, 최소철근비·최소·최대 철근간격(2h·300 mm 기준)·피복두께(≥20 mm) 및 정모멘트·부모멘트 위치별 상·하부 배근 원칙 정리 • 2방향 슬래브 정착·보없는 슬래브 배근: KCI 10.6에 따른 직선·갈고리 정착길이, 불연속단부 정·부모멘트 철근 정착, 플랫슬래브 주열대·중간대 상·하단 철근의 최소 연장길이(0.30 ln·0.33 ln·0.22 ln 등)와 격막작용 확보 배근 원칙 정리 • 1방향 슬래브 휨철근·온도철근: 단변 방향을 등가보로 본 휨설계 및 철근간격 제한(2h·300 mm, 3h·450 mm), 장변 방향 건조수축·온도철근의 최소철근비(ρmin 식, 0.0014 하한, 단위폭당 최대 1800 mm²)와 간격 기준(5h 또는 450 mm 이하) 및 정착 규정 정리 |
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[51강] 슬래브의 전단설계 (1)
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철근콘크리트 슬래브의 뚫림전단과 1방향 전단 설계 개념 정리
• 뚫림전단(2방향 전단) 개념 및 위험단면: 플랫 슬래브·기초판 기둥 주위 취성 전단파괴, 기둥 외곽선에서 d/2 이격된 폐합선 둘레 b0와 전단면적 b0·d 정의, 비직사각형 기둥·개구부·자유단에서 유효 둘레 조정 규칙 정리 • 콘크리트 공칭전단강도식과 전단응력 계수: Vc = vc·b0·d, vc = λ·ks·kb0·fte·cotψ·(cu/d) 실험식 구조, λ·ks·kb0·fte·cotψ·cu·fcc의 정의·산정식·제한값을 통한 뚫림전단 설계 조건 Vu ≤ φVc(φ=0.75) 정리 • 1방향 전단과 슬래브 전단 설계: 기둥·지점 면으로부터 거리 d의 1방향 전단 위험단면 설정, Vc = (1/6)λ√fck·l2·d 식으로 공칭전단강도 산정, 슬래브에서 2방향 뚫림전단과 1방향 전단을 병행 검토하는 설계 절차 정리 |
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[52강] 슬래브의 전단설계 (2)
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슬래브 전단보강: 스터럽 및 전단머리 설계 핵심 정리
• 슬래브 전단보강 개념: 콘크리트 전단강도 부족 시 위험단면 둘레 b₀·유효깊이 d 조정을 통해 스터럽 또는 전단머리로 Vₙ = V_c(+V_s) 확보하는 설계 절차 • 스터럽 보강 설계: d ≥ 150 mm 및 d ≥ 16φ, f_y ≤ 400 MPa 조건에서 확장 위험단면 b₀와 V_s = 0.8A_v f_y t d / s를 사용해 전단강도와 ϕVₙ 상한 검토하는 전단철근 배근 규정 • 전단머리 보강 설계: 형강의 휨강성비 α_v(≥0.15), 깊이 h_v·내민길이 l_v를 이용해 M_p·M_v를 산정하고, 3/4(l_v − c₁/2) 기반 확장 위험단면과 d/2 기본 위험단면에서 전단강도 상한을 동시에 검토하는 절차 |
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[53강] 슬래브의 전단설계 (3)
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플랫슬래브 내부기둥 뚫림전단 설계와 스터럽·전단머리 보강
• 플랫슬래브 뚫림전단 설계 개념: 내부 기둥 주변 위험단면 둘레 b₀·소요 전단력 Vᵤ·콘크리트 전단강도 v_c 및 ϕV_c를 이용해 보강 필요 여부를 판단하는 2방향 전단 검토 절차 정리 • 스터럽 전단보강 설계: 유효깊이·철근지름·전단강도 상한 조건을 만족하는 경우 Vᵤ–ϕV_c로부터 필요 전단강도 V_s를 산정하고, 스터럽 단면적 A_v·항복강도 f_yt·간격 s를 통해 V_s를 확보하는 전단보강 설계 및 간격 제한 검토 • 위험단면 확대 및 스터럽 배치: 스터럽 최외곽 열 기준 확장된 위험단면 둘레 b₀′를 도입해 필요 둘레 b₀,req를 산정하고, 기둥 가장자리로부터 거리 X·스터럽 간격 s·개수 결정으로 b₀′ ≥ b₀,req 및 ϕV_c(b₀′) ≥ Vᵤ 조건을 만족시키는 배근 패턴 결정 원리 정리 |
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[54강] 슬래브의 전단설계 (4)
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전단머리 보강 슬래브-기둥 전단 설계 절차 정리
• 전단머리 보강 개념 및 돌출길이 산정: 슬래브-기둥 접합부 전단 부족 시 H형강 전단머리 적용, 요구 위험단면 둘레에서 약산식을 사용해 전단머리 편측 돌출길이 LV를 역산하여 결정 • 전단머리 단면 설계 및 강성 검토: 소요 소성모멘트 MP와 소요 단면계수 Zp로 H형강 후보를 선정하고, 설치 조건(매입 가능 높이·치수 제한)과 균열단면 2차모멘트 ICR을 통한 강성비 αv(EsIs/EcIcr) 산정으로 αv ≥ 0.15 만족 여부 검토 • 최종 부재 채택 및 저항 검토: 강성비 충족 H형강 단면을 재선정 후 MP 재산정, 설계 소성모멘트 MP,design = Z·fy 비교 및 전단머리 저항모멘트 MV가 요구조건과 MP 범위 내에 드는지 확인해 전단머리 보강 설계를 완료함 |
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[55강] 슬래브의 전단설계 (5)
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플랫 슬래브 전단설계: 2방향 전단, 주철근비·fck·지판 보강 검토
• 플랫 슬래브 펀칭 전단 검토: 내부기둥 주변 1방향·2방향 전단에서 위험단면 둘레 b₀·전단력 Vu·콘크리트 전단강도 φVc 산정 및 안전 여부 판단 • 전단강도 영향 변수: 주철근비 ρ·콘크리트 압축강도 fck·유효깊이 d·위험단면 둘레 b₀가 펀칭 전단응력 vc와 Vc를 지배하며, ρ와 fck 증대는 이론적 보강 수단이나 실무 경제성 한계 존재 • 지판(드롭 패널) 전단 보강: 기둥 주변 슬래브 두께와 지판 평면 크기를 확대해 d·b₀를 동시에 증가시켜 펀칭 전단강도를 실질적으로 향상시키는 가장 현실적·효율적 보강 방법 |
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[56강] 기둥과 슬래브의 모멘트 전달 (1)
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슬래브-기둥 접합부 불균형 모멘트 전달 개념 및 편심전단 설계
• 불균형 휨모멘트 설계 개념: 2방향 슬래브-기둥 접합부에서 위험단면 기준으로 계수 불균형 휨모멘트 $M_u$가 설계 불균형 휨강도 $\phi M_n$ 이하가 되도록 하며, $M_n = M_F + M_S + M_T$로 휨강도·편심전단강도·비틀림강도 성분을 합산함 • 위험단면 및 편심전단강도 구조: 기둥(또는 기둥머리) 가장자리에서 슬래브 유효두께 $d$의 0.5배만큼 외측으로 이동한 둘레를 위험단면으로 정의하고, 전면·후면·측면에 대해 $v_n = v_c + v_p + 0.4v_s$, $v_{nT} = 0.63\lambda\sqrt{f_{ck}} + v_p + v_s$로 편심전단강도를 구해 전단보강·프리스트레스·콘크리트 기여를 반영함 • 접합부 유형별 불균형모멘트 및 상관관계 검토: 내부·외부(단부·모서리) 접합부에서 직접전단응력 $v_g$의 반영 여부에 따라 $M_S, M_T$ 산정식을 구분하고, 양방향 불균형모멘트는 전단·비틀림 성분 사용률 합 조건으로 상호작용을 검토하며, 전단머리 보강(I형·ㄷ형강) 사용 시 위험단면 전단응력 합이 $\phi\lambda\sqrt{f_{ck}/3}$을 초과하지 않도록 설계함 |
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[57강] 기둥과 슬래브의 모멘트 전달 (2)
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플랫플레이트 단부기둥의 불균형 휨모멘트 전달 검토와 보강 설계 개념
• 불균형 휨모멘트 전달 검토: 등가골조법으로 구한 불균형 모멘트 M_u와 플랫플레이트‑단부기둥 접합부의 휨·전단·비틀림 전달강도(M_F, M_S, M_T)를 위험단면 b₀, 유효깊이 d, 전단응력 v_g를 기반으로 비교·평가하는 절차 • 모멘트 전달강도 산정 구조: 휨철근 단면적 A_s와 유효폭 b₂를 이용한 휨강도 M_F, 콘크리트 전단강도 v_c·둘레계수 k_{b0}·압축대 깊이 c_u를 이용한 전단 전달강도 M_S, 전단‑비틀림 상호작용과 비틀림 전단강도 v_{NT}·중립길이 c_{N1}, c_{N2}를 이용한 비틀림 전달강도 M_T 산정 후 강도감소계수 φ 적용 • 보강철근 설계 개념: φM_n과 요구모멘트 M_u 비교로 부족 강도를 확인하고, 전단·비틀림 기여(M_S+M_T)는 고정한 상태에서 휨 전달강도 M_F ∝ A_s 관계를 이용해 기둥 주변 슬래브에 휨철근량을 배수 증가시키는 방식으로 불균형 모멘트 전달능력을 확보하는 보강 전략 정립 |
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이은진 교수님
철근콘크리트 구조Ⅱ
