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철근콘크리트 구조 통합과정
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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총 12개 챕터, 144강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 1장. 철근콘크리트 구조의 일반사항 | ||
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[1강] 철근콘크리트 구조의 개요
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철근콘크리트 구조 개요와 재료 특성, 장단점 정리
• 철근콘크리트 구조 개념과 구성 재료: 시멘트·골재·물로 형성된 콘크리트에 철근을 보강한 하중지지 구조체로, 콘크리트는 압축 담당·철근은 인장 보강 담당인 복합 구조 시스템 정리 • 철근콘크리트 재료 특성 및 생산·시공 요인: 콘크리트와 철근의 재료 특성, 포틀랜드 시멘트 기반 역사, 공장 생산 재료(시멘트·철근)와 현장 의존 재료(골재·물) 및 배합·거푸집·타설·양생 조건이 품질·내구성·변형 거동에 미치는 영향 정리 • 철근콘크리트 구조 성능 특성: 구조재료로서의 활용 범위와 강구조 대비 경제성·내구성·조형성·차음·내화·생활 진동 저감 등의 장점, 낮은 인장강도·거푸집 의존 시공성·자중 증가·건조수축·크리프 등의 단점과 설계 시 고려 사항 정리 |
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[2강] 역사적 배경. 구조설계기준
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철근콘크리트 역사와 구조설계 기준 개요 정리
• 철근콘크리트 재료·역사 개념: 고대 로마 모르타르, 포틀랜드 시멘트 발명, 인장보강·강도계산 이론 정립을 통한 현대 철근콘크리트 구조재료 형성 과정 정리 • 구조설계법·국제기준 체계: 허용응력설계법·한계상태설계법·극한강도설계법의 개념·시기 변화와 ACI 318 강도설계, CEB-FIP 한계상태설계 모델코드의 설계 철학·適용 체계 비교 • 한국 철근콘크리트 건축·설계기준 변천: 초기 시멘트·철근콘크리트 건축 전개, 1972 허용응력 규준에서 1988 극한강도설계·1999 통합기준·2003 SI단위·2007 계수개정·2012 재료·정착 규정까지 국내 콘크리트 구조설계 기준 변화 정리 |
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| 2장. 재료 | ||
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[3강] 콘크리트의 구성재료
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철근콘크리트 재료 개요와 콘크리트 구성재료 핵심 정리
• 철근콘크리트 재료 특성: 콘크리트의 압축강도·인장강도·탄성계수와 철근의 항복강도·탄성계수·열팽창계수 일치, 크리프·건조수축 등 구조거동에 영향을 주는 역학적 성질 이해 • 콘크리트 구성재료와 시멘트·골재 규정: 시멘트·골재·물·혼화재료의 역할, 포틀랜드 시멘트 5종류와 수화열·강도발현 특성, 콘크리트용 골재 KS 규정과 골재 품질·기능 정리 • 골재 입도·조립률·굵은골재 최대치수: 조립률을 통한 입도 평가 방법, 입도와 강도·작업성·내구성 관계, 굵은골재 최대치수 결정 기준(거푸집 거리·슬래브 두께·철근 최소순간격 기반 설계 조건) |
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[4강] 콘크리트의 강도 (1)
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콘크리트 압축강도·공시체·응력-변형률·탄성계수 개념정리
• 콘크리트 강도 개념 체계: 압축·인장·전단·부착강도 및 탄성계수를 압축강도 중심 경험식으로 연계하고, 배합설계용·강도관리용 시험을 통해 설계강도와 품질관리 수행 • 강도시험 공시체 및 시험조건: 원주형 표준 공시체(높이:지름=2:1)와 굵은골재 최대치수에 따른 규격 선택, 비표준 형상·입방 공시체 보정계수, 단부면 평탄도 기준과 마찰·요철 영향, KS F 규격에 따른 시료채취·가력속도 관리 • 응력-변형률 곡선과 설계 파라미터: 일축 압축시험으로 응력-변형률 곡선·탄성계수·최대압축강도 산정, 단기·장기강도 관계(장기≈0.85단기), 최대강도 시 변형률과 변형률연화역, 극한변형률 0.003을 이용한 강도설계법 파괴 판정 기준 정립 |
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[5강] 콘크리트의 강도 (2)
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콘크리트 탄성계수와 인장강도 계산 및 시험 개념 정리
• 콘크리트 탄성계수와 응력–변형률 곡선: 비선형 응력–변형률 특성에 따른 초기접선탄성계수·할선탄성계수 정의 및 구조설계용 할선탄성계수 Ec 실험식(단위질량 mc, 압축강도 fcu, fcu–fck 관계) 정리 • 콘크리트 인장강도 특성 및 시험: 인장강도와 압축강도의 비(약 8∼15%), 직접인장·휨강도시험(파괴계수 fr)·쪼갬시험(fsp)의 원리와 대표 계산식 구조 정리 • 인장강도 설계식과 경량콘크리트 보정: 설계강도 fck 기반 일반식 fr = 0.63 λ√fck, 경량콘크리트 계수 λ(보통·모래경량·전경량) 정의와 인장·휨 성능 저감 효과 반영 방식 정리 |
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[6강] 콘크리트의 강도 (3)
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콘크리트 다축응력 강도와 구속효과, 휨 인장강도 예제 정리
• 콘크리트 다축 응력 상태와 구속압 효과: 1축·2축·3축 압축에서 포아송비로 인한 횡인장 변형 구속에 따른 강도 증가 메커니즘과 응력비·수압·토압에 의한 구속압의 역할 정리 • 구속 콘크리트와 띠철근·나선철근: 기둥 내부 구속 콘크리트와 비구속 콘크리트 구분, 스터럽·나선철근에 의한 3축 구속 상태 형성과 축강도·연성·에너지 흡수능력 향상 개념 정리 • 콘크리트 휨 인장강도와 균열 하중 산정: 파괴계수식 f_r = 0.63λ√f_ck, 휨 인장강도식 f_r = 6M/(b h²), 단순보 중앙 집중하중 모멘트식 M_max = PL/4를 연계한 균열 발생 하중 계산 절차 정리 |
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[7강] 콘크리트의 강도 (4)
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콘크리트 강도 통계처리와 배합강도 산정 원리 요약
• 콘크리트 강도 통계개념: 설계기준압축강도 fck·배합강도 fcr 구분, 다수 강도시험 결과에 대한 평균·표준편차·변동계수 산정으로 강도 수준과 품질변동 평가 • 통계처리 기법: 개별·조분류(계급분포) 자료에서 평균·추정표준편차·변동계수 계산, 정규분포·표준화변수 t·신뢰한계·분위수 이용해 강도 분포와 미달 비율 해석 • 배합강도 산정식: 정규분포 하한을 fck 이상이 되도록 fcr = fck+1.34s, (fck−6.5)+2.33s 등 설계기준식 적용하고, 평균강도 x̄ ≥ fcr 여부로 배합 선택·품질관리 규정 만족성 판단 |
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[8강] 건조수축과 크리프 (1)
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Summary Content:
콘크리트 건조수축 개념, 영향요인, 계산식 정리 • 건조수축·크리프 체적변형 개념: 수화된 시멘트 페이스트 기인 시간 종속적 체적감소·잔류변형 현상으로, 탄성변형이 아닌 소성적 거동과 인장응력/응력 이완 효과를 통해 처짐·균열·내력에 영향 • 건조수축 영향요인 구조: 상대습도, 단위수량·물시멘트비, 골재 체적비·탄성계수, 압축강도, 부재 치수·형상, 양생 조건 등에 따라 내부 공극·수분 증발량·수축률이 증가/감소하는 상관관계 정리 • 건조수축률 계산식 체계: 개념 건조수축계수 ε_sh0와 시간 함수 β_s(t−t_s)을 이용한 ε_sh(t, t_s)=ε_sh0·β_s 경험식 구조로, 상대습도·강도·부재 치수·노출 시점에 따른 최대 수축량과 진행률을 분리 평가 |
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[9강] 건조수축과 크리프 (2)
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건조수축변형률 예제: 지하주차장 슬래브와 벽체 계산 개념 정리
• 건조수축 기본식과 파라미터: ε_sh(t,t_s)=ε_SH0·β_s(t−t_s) 구조, ε_SH0(개념 건조수축계수), β_s(시간경과 함수), t(재령), t_s(양생 종료·외기 노출 시점) 정의 및 역할 정리 • 개념 건조수축계수 산정: f_ck→f_cu 변환, 시멘트 종류 계수 β_SC, 상대습도 계수 β_RH, ε_s(f_cu) 계산을 통한 ε_SH0 도출 절차와 물리적 의미(최종 한계 수축량) 정리 • 시간경과 함수와 개념 부재치수: 개념 부재치수 H=2A_c/U 정의 및 산정, β_s(t−t_s) 식 구조와 H·재령·양생기간에 따른 건조수축 진행률 평가, 최종 ε_sh 계산과 수축 변형률 해석 정리 |
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[10강] 건조수축과 크리프 (3)
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철근콘크리트 크리프: 경화 콘크리트에 지속하중 작용 시 발생하는 시간종속 압축변형률 개념, 건조수축과의 차이, 순간탄성변형·크리프변형·잔류변형 구조 정리
크리프 구성 및 영향요인: 겔 입자 사이 흡착수층 거동에 의한 기본 크리프·건조 크리프 구분, 강도·탄성계수·재령·골재함량·온도·상대습도 등에 따른 크리프 크기 변화 및 저감 원리 크리프 설계식과 크리프 계수: 전체 변형률 = 순간변형률 + 크리프변형률 구조와 크리프 계수 정의, 크리프 계수에 영향을 주는 재령·습도·부재 크기·시멘트 종류·온도·응력 수준 기반 장기 처짐·기둥 단축량 산정 원리 |
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[11강] 건조수축과 크리프 (4)
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철근콘크리트 페데스탈의 크리프에 의한 전체 수축량 계산 예제 정리
• 크리프계수 산정 개념: 개념 크리프계수 φ0(φRH·βf,co·βt′)와 제하기간 함수 βc(t−t′), 습도·유효두께·강도·재하시 시점으로 전체 크리프계수 φ(t,t′) 결정 • 시간의존 탄성계수 산정: 설계강도 기반 초기접선탄성계수 Eci와 시간계수 βcc(t′)를 이용해 Eci(t′) 계산, 시멘트 종류·양생조건·재하시 일자에 따른 탄성계수 변화 반영 • 전체 변형률 및 수축량 계산: 지속응력 하에서 탄성 변형률 εe와 크리프 변형률 εcr 합으로 전체 변형률 εtot 계산 후, 부재 길이 곱하여 장기 수축량 산정 및 크리프 지배적 변형 특성 평가 |
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[12강] 콘크리트 보강용 철물
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콘크리트 보강용 철물 개념 및 철근·용접철망 정리
• 철근콘크리트 합성재 개념: 콘크리트의 높은 압축강도와 강재의 높은 인장·압축강도, 유사한 열팽창계수·우수한 부착성을 결합한 합성 구조재로, 인장부에 강재를 배치해 경제적이고 내화·내구성이 우수한 구조 성능 확보 • 철근 및 강도등급(SD) 체계: 원형철근(SR)·이형철근(SD)로 구분하고 D표기로 공칭지름·단면적을 표시하며, 인장시험을 통해 탄성계수(Es≈200,000MPa)·항복강도(fy)·인장강도(fu)·연신율을 규정하고 SD숫자(예: SD400)와 색상·몸통 표기로 강도등급·용접용(W) 여부를 식별 • 용접철망(wire mesh) 특성: 냉간신선 연강선을 전기저항용접한 격자형 보강재로, 표준 망눈·선지름 규격에 따라 슬래브·벽체 배근 작업을 단순·공장화하여 시공성과 경제성을 높이지만, 고강도·저연신율(약 3~8%)로 연성·내진 성능이 부족해 균열제어·압축 위주 부재에 제한 사용됨 |
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| 3장. 구조설계의 일반사항 | ||
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[13강] 구조설계의 순서
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철근콘크리트 구조설계의 목적과 순서 개요
• 철근콘크리트 구조설계 개념·목적: 재료성질과 구조거동 이해를 바탕으로 안전·사용성·경제성을 만족하도록 구조시스템·구조형태·부재 크기·배근을 종합 결정하는 설계 절차 • 하중효과·저항성능·설계기법: 확률·통계 기반 안전규정을 통해 하중효과와 저항성능을 비교하여 하중효과 ≤ 저항성능 조건을 만족하도록 설계하중·하중조합·부재응력·소요강도·허용응력도 설계법·강도설계법을 체계화하는 방법 • 구조설계 절차·최종검토: 구조형태 선정 → 설계하중 산정 및 하중조합 → 부재응력·소요강도 계산 → 부재단면·철근량 결정 → 구조성능 검토(강도·처짐·균열 등) → 최종검토를 통해 구조물의 강도·사용성·내구성 적합성을 확인하는 단계적 설계 프로세스 |
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[14강] 허용응력설계법. 한계상태설계법
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허용응력설계법과 한계상태설계법 비교 개념 정리
• 허용응력설계법(Working Stress Design): 선형 탄성거동·사용하중·허용응력을 가정하여 중첩원리 기반으로 설계하중에 의한 응력이 허용응력 이하가 되도록 단면을 결정하는 전통적 설계법 • 허용응력설계법 한계 및 사용 현황: 콘크리트 비균질성·비선형 거동·부착 불완전성·품질 편차로 실제 거동 반영 한계가 있어 한계상태설계법으로 전환되었으며, 현재는 RC에서 일부 사용성과 강구조 등에 부분 적용됨 • 한계상태설계법(limit state design): 극한한계상태와 사용한계상태를 정의하고 강도감소계수(φ)·하중계수(α)를 적용하여 φRn ≥ αiQi 형태로 저항은 감소·하중은 증폭해 비교하는 확률론적 강도설계 개념으로, 허용응력설계보다 합리적 안전성과 경제성을 확보함 |
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[15강] 구조안전성
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철근콘크리트 강도설계법에서 구조안전성, 하중계수, 강도감소개수 핵심 정리
• 구조안전성 개념: 하중효과와 강도의 확률분포(R·Q곡선) 겹침 최소화를 목표로, 기본 안전식 R ≥ Q를 강도설계식 φRₙ ≥ U(휨·전단·축력·비틀림별 φMₙ ≥ M_u 등)으로 구현하는 구조안전성 평가 체계 • 하중계수·소요강도: 고정하중 D·활하중 L 등 다양한 설계하중에 하중계수를 적용해 여러 하중조합식 중 가장 불리한 값으로 소요강도 U(하중효과의 대표값)를 산정하는 절차와 대표 조합식 U = 1.2D + 1.6L 및 활하중 완화규정 정리 • 강도감소계수·설계강도: 공칭강도 Rₙ에 강도감소계수 φ(인장지배 0.85, 압축지배 0.65/0.70, 전단·비틀림 0.75 등)를 곱해 설계강도 φRₙ을 정의하고, 재료·시공 불확실성과 파괴양상(연성·취성)에 따라 φ 값을 달리하여 설계강도 ≥ 소요강도 조건을 만족시키는 강도설계 원리 정리 |
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[16강] 하중 (1)
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철근콘크리트 구조 하중 개념: 고정하중·활하중·적설하중 정의와 기본 하중 분류, 신뢰성 차이 및 하중계수 개념 정리
고정하중·활하중 산정 체계: 재료 단위체적중량·마감재 단위면적당 중량을 이용한 고정하중 산정, 등분포·집중 활하중 구분, 용도별 최소 활하중 기준값(부표 2-1~2-5) 활용 구조 적설하중 계산 구조: 지상적설하중과 적설계수(Cb, Ce, Ct, Is, Cs)를 이용한 평지붕·경사지붕 적설하중 산정식 및 지붕활하중 대비 지배하중 판단 원리 |
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[17강] 하중 (2)
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철근콘크리트 구조 하중설계 – 풍하중·지진하중·설계하중 예제 정리
• 풍하중·지진하중 개념 및 등가정적해석: 동적 횡하중을 설계풍속·속도압·가스트·중요도계수, 지진응답계수·반응수정계수·건물 주기 등을 이용해 층별 정적 등가하중과 밑면전단력, 층별 지진하중·층전단력·비틀림·층간변위·이격거리로 환산하는 절차 정리 • 풍·지진 설계계수 및 주기 산정: 기본풍속·고도분포·지형계수·풍하중 중요도·가스트계수에 의한 설계풍압 산정과, 설계스펙트럼·반응수정계수·지진 중요도계수 및 약산식·고유값해석에 의한 건물 기본진동주기와 지진응답계수 결정 체계 정리 • 강도설계 하중조합 및 소요공칭강도: D·L·W·E를 포함한 강도설계 8개 하중조합에서 지배조합 선정 후 계수휨모멘트·전단력·축력 산정, 공칭강도·설계강도·소요강도 개념과 강도감소개수 적용을 통한 소요공칭휨강도·전단강도 역산 설계 절차 정리 |
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| 4장. 보의 해석과 설계 | ||
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[18강] 휨해석의 기본사항 (1)
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철근콘크리트 보 휨해석 기본 가정과 구조 원리 요약
• 철근콘크리트 휨부재 구조 원리: 보의 휨모멘트·전단력에 따른 압축·인장·전단응력 분포, 중립축·압축영역·인장영역 개념과 콘크리트(압축 담당)·철근(인장 담당) 역할 분담 및 피복 개념 정리 • 휨해석 기본 가정(1~3번): 평면유지 가정(선형 변형률 분포), 철근·콘크리트 변형률 동일(완전부착 일체거동), 재료 응력-변형률 곡선을 이용한 응력 산정 절차를 통해 단면 변형률→응력 분포 도출 • 설계를 위한 추가 가정(4~6번) 및 설계강도 개념: 콘크리트 인장응력 무시, 콘크리트 압축최외단 극한변형률 0.003, 0.85fck 직사각형 등가응력블록(깊이 a, β1c 관계) 도입하여 C·T 평형과 φMn 계산, 설계조건 φMn ≥ Mu에 따른 단면 치수·철근량 결정 |
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[19강] 휨해석의 기본사항 (2)
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철근콘크리트 휨부재 변형률 한계와 단면 분류 개념 정리
• 철근·콘크리트 변형률 개념: 철근 응력-변형률 곡선과 항복변형률, 콘크리트 압축변형률 0.003의 극한상태 및 균형변형률 상태 정의 • 변형률 한계와 단면 분류: 최외단 인장철근 변형률을 기준으로 압축지배·인장지배 변형률 한계, 순인장변형률 식, 압축지배·변화구간·인장지배 단면 구분 • 연성과 철근비 설계 원칙: 최소 허용변형률 조건으로 연성 및 인명 안전 확보, 철근량·중립축 위치·변형률 관계를 통한 최소·최대 철근비 설정 근거 정리 |
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[20강] 단근 직사각형보의 해석 (1)
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단근 직사각형보의 단면, 철근비, 등가응력블록 핵심 정리
• 단근 직사각형보 및 유효단면 개념: 인장측에만 철근이 배근된 단근보에서 폭 b·전체깊이 h·유효깊이 d를 정의하고, 휨에 유효한 콘크리트 단면을 bd(유효단면적)로 규정 • 철근비와 극한상태 변형률·중립축: 유효단면적 bd에 대한 인장철근 단면적 비로 철근비 ρ = As/(bd)를 정의하고, 극한상태에서 εc = 0.003의 선형 변형률 분포를 가정하여 압축연단에서 중립축까지 거리를 c로 정의 • 등가응력블록 및 깊이·계수 관계: 실제 비선형 압축응력을 0.85fck 크기의 직사각형 등가응력블록(깊이 a, 폭 b)으로 치환하고, 힘의 평형 C = T로부터 a = Asfy/(0.85fckb)를 산정하며, a와 중립축 거리 c의 비를 β1 = a/c로 정의해 c = a/β1 및 강도별 β1 값(저강도 0.85, 고강도 선형 감소·최소 0.65)으로 설계에 적용 |
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[21강] 단근 직사각형보의 해석 (2)
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철근콘크리트 보의 최대·최소 철근비 해석 핵심 정리
• 철근비 개념 및 필요성: 철근비 ρ = As/(bd)로 정의되는 단면 대비 철근 보강 정도 지표이며, 과소·과대 보강 모두 취성파괴 위험을 유발하므로 상·하한 관리 필요 • 최대 철근비 설계 개념: 극한상태에서 콘크리트 압축변형률 0.003, 인장철근 변형률 εt ≥ εa,min = max(0.004, 2εy)를 만족하도록 평형·변형률 관계(β1, dt/d, fy/fck)를 이용해 ρmax를 산정하여 콘크리트 압축 취성파괴를 방지 • 최소 철근비 설계 개념: 균열모멘트 Mcr = 0.105 b h²√fck와 사용상태 휨저항 Ms ≃ 0.42525 ρ b h² fy의 비교(Ms ≥ Mcr)로부터 ρmin = max(0.25√fck/fy, 1.4/fy)를 규정하여 균열 이전 파괴를 방지하고 실제 설계에서 항상 ρmin ≤ ρ ≤ ρmax 범위 검토 수행 |
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[22강] 단근 직사각형보의 해석 (3)
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단근 직사각형보 휨설계강도와 철근비 산정 핵심 정리
• 단근 직사각형보 휨강도 개념: 극한상태 변형률 조건(ε_c = 0.003, ε_s ≥ 0.004)과 인장지배를 전제로 최대·최소·균형철근비를 정의하고 연성파괴를 유도하는 설계 범위 규정 • 공칭·설계휨강도 산정식: 등가응력블록(0.85 f_ck, 깊이 a)과 C=T 평형으로 M_n = A_s f_y(d − a/2), φM_n = φρ f_y b d^2(1 − 1.7 ρ f_y / f_ck) 유도 • 철근비 설계 절차: 강도설계식 φM_n ≥ M_u와 무차원 계수 R, R_n, k, ω를 이용해 ρ 해석식(2차식 해) 또는 표·그래프로 ρ와 A_s를 결정하는 실무 설계 체계 정리 |
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[23강] 단근 직사각형보의 해석 (4)
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단근 직사각형보 설계강도 해석 예제 정리 (FCK=27, FY=400 중심)
• 단근 직사각형보 휨해석 절차: 해석·설계 문제 구분 후 단면·재료 강도 조건에서 철근비 산정 및 최소·최대 철근비 범위 검토로 설계 타당성 확인 • 등가응력블록 및 중립축 해석: 등가응력블록 깊이 a와 중립축 거리 c를 내부평형 조건으로 계산하고, 이를 이용해 모멘트팔길이·최외단 인장철근 변형률 εt 및 지배 상태(인장·압축·변화구간) 판정 • 휨강도 산정 및 강도감소계수 적용: 공칭휨강도 Mn=A_s f_y(d−a/2) 계산 후 εt 기준으로 강도감소계수 φ 결정하여 설계휨강도 φMn 산정하며, 단근·복근에서 d와 d_t 구분 및 단위 일관성 유지 |
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[24강] 복근 직사각형보의 해석 (1)
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복근 직사각형 보의 해석, 복근 배근 필요성과 원리
• 복근보 개념과 철근비 정의: 인장·압축 양측에 철근을 배근한 휨부재로, 최대 철근비 한계를 넘지 않으면서 휨강도와 연성을 확보하며 유효 인장철근비를 (A_s - A'_s)/(bd)로 정의 • 복근보 구조 원리와 강도 산정: 극한상태에서 콘크리트 압축력 C_c, 압축철근력 C_s, 인장철근력 T의 평형(C_c + C_s = T)을 이용하고, C_c·T_1 및 C_s·T_2 우력쌍의 레버암을 곱한 모멘트 합으로 공칭휨강도 M_n을 산정 • 압축철근 기능과 설계 활용: 최대 철근비 초과 상황에서 휨강도 증진, 장기 처짐 감소, 연성 증진, 스터럽 고정 및 피복두께 확보 등 시공성 향상을 통해 실제 구조 설계에서 복근보 채택 및 세부 배근을 결정 |
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[25강] 복근 직사각형보의 해석 (2)
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복근 직사각형보 설계강도: 압축철근 항복 경우 해석
• 복근 직사각형보 단면 해석: 인장·압축철근 단면특성(A_s, A_s', b, d, d'), 극한 변형률 분포(ε_cu=0.003)와 등가압축응력블록(0.85 f_ck, 깊이 a)을 이용한 내력 구성 원리 정리 • 압축철근 항복 조건 및 a 산정: 변형률 닮음 관계로 ε_s'와 ε_y 비교, a_y = β_1 d' / (1 - f_y/600) 정의 후 a ≥ a_y일 때 항복으로 판정하고, 항복 가정 시 a = {(A_s - A_s') f_y} / (0.85 f_ck b)로 등가압축응력블록 길이 산정 • 공칭모멘트 및 설계강도: 항복 시 M_n = A_s' f_y (d - d') + (A_s - A_s') f_y (d - a/2)로 두 우력쌍 모멘트 합산하고, 최외단 인장철근 변형률 ε_t에 따른 강도감소계수 φ(인장지배·압축지배·중간영역)를 적용해 설계강도 φM_n 산정 |
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[26강] 복근 직사각형보의 해석 (3)
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복근 직사각형보 해석(압축철근 비항복, 공칭·설계강도 구하기)
• 압축철근 비항복 조건·응력 개념: 압축철근 비항복(εs'<εy) 시 Esεs'로 응력을 산정하고, 콘크리트 등가압축블록·중립축 깊이·변형률 분포를 이용해 힘의 평형식과 모멘트식을 정식화함 • 공칭모멘트·등가압축블록 깊이 해석: Cc, Cs, T 분해로 Mn=Cc(d-a/2)+Cs(d-d')를 구성하고, Cc+Cs=T에서 등가압축블록 깊이 a에 대한 2차방정식을 유도해 양의 근으로 a를 결정함 • 복근 직사각형보 설계강도 산정: 최대철근비 검토·압축철근 항복 여부(a vs ay) 판단 후 Mn을 계산하고, 최외단 인장철근 변형률 εt로 φ를 결정(인장·압축·변화구간 판정 및 선형보간)하여 최종 설계강도 φMn을 산정함 |
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[27강] 복근 직사각형보의 해석 (4)
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복근 직사각형보 설계강도 해석: 압축철근 항복·비항복 경우 비교
• 압축철근 항복 여부 판정: 항복 가정 A 계산, A–Ay 비교 또는 εs'–εy 변형률 비교로 항복·비항복 구분 후 비항복 시 A 2차방정식 재계산 • 압축철근 비항복 복근보 해석: 재계산 A·중립축 c 기반 εs'·fs' 산정, 압축철근 모멘트와 콘크리트 응력블럭 모멘트 합으로 공칭강도 Mn 및 인장측 εt에 따른 ϕ 결정·설계강도 ϕMn 산정 • 복근보 철근비 검토: 순인장철근비 ρ = (As–As')/(bd) 정의, 표 4-1을 활용한 ρmax·ρmin 계산 및 dt/d 비 반영으로 최대·최소 철근비 규정 만족 여부 확인 |
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[28강] 연속 휨부재의 모멘트 재분배
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연속 휨부재 모멘트 재분배 개념 및 예제 4-4 정리
• 연속 휨부재 모멘트 거동 개념: 연속보·연속 슬래브에서 부모멘트·정모멘트 분포와 단부·경간별 휨설계, 소성힌지 발생 시 과대 모멘트가 인접 단면으로 이동하는 소성 거동 구조 정리 • 모멘트 재분배 설계 기준: 최외단 인장철근 순인장변형률 조건(εt≥0.0075), 재분배 한도(1000εt% 이내·단부 모멘트 20% 상한), 재분배 후 수정 모멘트를 사용한 단면 휨설계 절차 정리 • 예제 4-4 재분배 설계 절차: 단부 부족 모멘트 ΔM 산정과 εt 및 재분배 가능 비율 검토, 부족 모멘트의 중앙부 이송 후 복근보 휨해석(압축철근 항복 여부·Mn·φMn 산정)으로 재분배 모멘트에 대한 안전성 검토 과정 정리 |
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[29강] T형보의 해석 (1)
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T형보의 개념과 유효폭 정의 및 계산 기준 정리
• T형보 개념 및 적용 조건 : 보‑슬래브 일체 타설로 형성되는 플랜지‑웹 T형 단면과 압축측(정모멘트 구간)에서만 T형보로 해석하는 거동·파괴 특성 정리 • 유효폭 개념과 기호 체계 : 실제 비선형 압축응력을 등가 직사각형분포로 치환한 플랜지 유효폭 be 정의, bw·hf(tf)·L·S·A 등 기호와 구조해석·설계에서의 역할 정리 • T형보·반T형보 유효폭 산정 기준 : 양측 플랜지 T형보와 한측 플랜지 반T형보 각각에 대해 경간기반·플랜지두께배수·슬래브/인접보 간 거리식 중 최소값으로 be를 결정하는 구조설계기준 경험식 정리 |
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[30강] T형보의 해석 (2)
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T형보의 설계강도 해석과 중립축 위치에 따른 강도식 정리
• 중립축 위치 판단과 단면 분류: 등가응력블록으로 중립축 깊이 c를 구해 슬래브 두께 hf와 비교하여 플랜지 내(c < hf)·복부 내(c ≥ hf)로 구분하고, 이에 따라 T형보를 직사각형 단근보 등가단면 또는 플랜지+복부 이중 압축영역 단면으로 모델링 • 플랜지 내 중립축 T형보 강도식: 플랜지 유효폭 be와 유효깊이 d를 갖는 직사각형 단근보로 보고 a = As fy /(0.85 fck be), c = a/β1, Mn = As fy (d − a/2), ϕMn으로 설계강도 산정하며, 직사각형보와 동일식에 폭만 be로 치환 • 복부 내 중립축 T형보 강도식과 설계강도: 압축력을 플랜지부분 Cf와 복부부분 Cw로, 인장철근을 Asf와 As−Asf로 분해하여 Asf = 0.85 fck hf (be − bw)/fy, a = (As − Asf) fy /(0.85 fck bw), Mn = Mn1 + Mn2로 공칭모멘트 구성 후 변형률 εt에 따른 강도감소계수 ϕ(압축지배·변화구간·인장지배 구분 및 직선 보간)를 적용해 ϕMn으로 설계강도 평가 |
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[31강] 보의 설계 (1)
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철근콘크리트 보 설계 기본 절차와 배근·피복 규정
• 철근콘크리트 보 휨설계 절차: 강도설계법에 따라 재료강도·단면(b, h, d) 가정 후 필요 철근량 As 산정, 철근 지름·개수·간격 결정 및 φMₙ ≥ Mᵤ·철근비·사용성(균열·처짐) 최종 검토 • 피복·단면·횡지지 및 철근 간격 규정: 보 피복두께(일반 40 mm, 고강도콘크리트 시 30 mm), 경제적 d/b 비(약 2~3), 횡지지 간격 ≤ 압축플랜지 최소폭의 50배, 철근 최소 순간격(철근지름·25 mm·굵은골재 4/3 중 최대)과 균열 제어용 최대 중심간격(환경계수·피복·철근응력 기반 식 4.35·4.36) • 균열 억제용 철근 및 표피철근: T형보 플랜지 인장 시 유효폭 또는 경간/10 내 균열 억제용 인장철근 배근, h > 900 mm 깊은 보에서 인장측으로부터 h/2 높이까지 양측면 표피철근 배근 및 최대 간격식으로 간격 결정해 휨균열 분산·폭 제한 기능 확보 |
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[32강] 보의 설계 (2)
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단근보 설계 도표·그래프·직접계산 통합 정리
• 단근보 설계 기본 원칙: 설계강도 φM_n ≥ 소요강도 M_u 조건에서 f_ck·f_y·b·d·철근비 ρ(또는 ω, R_n)를 이용해 단면과 인장철근량 A_s를 결정하는 강도설계 절차 정리 • 간편 설계법(표·그래프): 표 4-2(ω–강도식 관계)와 부그림 3-1~3-4(R_n–ρ 곡선)를 이용해 M_u, b, d, f_ck, f_y로부터 ρ를 간접 산정하는 도표법·그래프법의 변수 정의와 사용 단계 비교 정리 • 직접 식 설계 및 검토: φM_n = M_u, M_n = A_s f_y(d − a/2), a = A_s f_y/(0.85 f_ck b)를 이용한 2차방정식 해법으로 ρ·A_s를 직접 계산하고, ρ_min·ρ_max, 인장지배(ε_t ≥ 0.005) 조건, 철근 간격·강도 검토까지 포함한 단근보 설계 절차 및 예제 4.7 요약 |
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[33강] 보의 설계 (3)
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복근보 설계 개념 및 설계순서 정리
• 복근보 설계 기본 개념: 인장철근 As와 압축철근 As'가 함께 존재하는 복근보에서 k = As − As'를 핵심 설계변수로 정의하여 휨강도식과 철근비를 단순화하고, 최대철근비·경제성·연성 확보를 동시에 고려하는 설계 체계 • 압축철근 항복 조건 및 설계식 구조: 선형 변형률 분포와 등가압축블록 깊이 a를 이용해 압축철근 항복조건(식 4.23)을 k의 하한으로 표현하고, a = k f_y / (0.85 f_ck b), M_n = As' f_y(d − d') + k f_y(d − a/2)를 통해 a, As', As를 순차적으로 결정하는 휨강도 설계식 체계 • 복근보 설계 절차: 단면·재료 가정 → k 가정·철근비(ρ_min, ρ_max) 검토 → a 계산 → 강도식으로 As' 산정 후 As = As' + k 결정 → 실제 배근 설계 및 k_prov, ρ_prov 재검토 → 인장측 변형률 ε_t와 φ 확인 → 최종 φ M_n ≥ M_u로 안전성·경제성 검증하는 단계적 설계 프로세스 |
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[34강] 보의 설계 (4)
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복근보 설계 예제 4.8: 휨 모멘트에 대한 복근보 단면 설계·철근비 검토·강도 검토 절차 정리
• 복근보 설계 기본 개념: 요구 설계모멘트 조건에서 보 폭·단면 높이·유효깊이(D, D', Dt) 가정 후 K = A_s - A_s' 산정, f_ck·f_y·β_1를 이용한 필요한 철근량과 철근비(ρ) 1차 검토 • 복근보 철근 배근 및 철근비 조정: 필요 압축철근 A_s'와 인장철근 A_s를 계산해 D25 배근수 결정, 배근 후 ρ = (A_s - A_s')/(bD)로 ρ_min·ρ_max 만족 여부 확인, 최대 철근비 초과 시 압축철근 증대 등으로 K 유지하면서 철근비 재조정 • 변형률·강도·경제성 검토: 최종 배근 기준 a·c·ε_t 재계산으로 인장지배 단면 및 φ = 0.85 가정 검증, φM_n ≥ M_u 여부로 강도 확인 후 과설계 여부 판단 및 직경·배근수 조정 등 반복 설계 필요성 제시 |
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| 5장. 보의 사용성 | ||
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[35강] 보의 처짐 (1)
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철근콘크리트 보의 사용성, 처짐 개념과 곡률·처짐식 유도
• 사용성 한계상태 개념: 철근콘크리트 구조에서 강도 한계상태로 단면·철근을 설계하고, 사용하중(D+L)을 기준으로 균열·처짐(및 진동)을 별도 검토하는 사용성 한계상태 개념 정리 • 곡률–휨강성–모멘트 관계: 보의 곡률·곡률반경 정의와 보이론 관계 1/R = M/EI를 이용해 곡률, 휨강성(EI), 휨모멘트(M) 사이의 구조적 연계성 정리 • 보 처짐 기본식 및 일반해: 수학적 곡률식에서 완만한 처짐 근사로 y'' = -M/EI를 유도하고, 두 번 적분과 경계조건 적용으로 보 처짐 일반식 y(x) = -∬(M/EI)dx dx + C₁x + C₂ 도출 및 해석 절차 정리 |
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[36강] 보의 처짐 (2)
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보의 처짐식과 최대 처짐 공식 정리 (단순보·양단고정보·양단모멘트·중첩)
• 보 탄성 처짐 기본 개념: 곡률–모멘트–강성 관계(M/EI)와 두 번 적분을 통한 처짐식 유도, 경계조건(단순지지·고정단)에 따른 모멘트 분포·처짐 형상 결정 • 표준 보 처짐 공식: 등분포하중 단순보·등분포하중 양단고정보·양단 모멘트 작용 단순보의 중앙부 최대 처짐 공식 및 등분포하중+양단 모멘트 조합에서의 중첩 원리에 의한 통합 처짐식 정리 • 콘크리트 구조 설계 활용: 연속보 등 실제 부재에서 단부·중앙부 모멘트(M0, Mm, M1, M2)로 최대 처짐 간편 산정, 탄성 처짐을 기초로 크리프·수축·균열 등 비탄성 효과를 추가 반영한 최종 처짐 검토 |
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[37강] 보의 처짐 (3)
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철근콘크리트 보의 유효 휨강성과 유효단면2차모멘트 정리
• 유효 휨강성 EI와 콘크리트 탄성계수 Ec: 처짐 저항 강성 EI = Ec·I 개념, Ec의 압축강도 기반 계산식과 철근 탄성계수 Es 관계 정리 • 단면2차모멘트 I, 균열모멘트 Mcr, 유효단면 Ie: 전단면 Ig·균열단면 Icr·유효단면 Ie 정의, Mcr = frIg/yt에 의한 균열 판단과 Ma 대비 Ig·Ie 선택 기준, Ie의 (Mcr/Ma)³ 가중 평균식 및 Icr ≤ Ie ≤ Ig 관계 정리 • 균열단면2차모멘트 Icr와 연속보 평균 유효단면: 환산단면(Es/Ec)과 중립축비 k를 이용한 Icr 계산 절차, 연속보에서 중앙부·단부 Ie를 0.6/0.15 또는 0.85/0.15로 조합하는 평균 유효단면2차모멘트 산정식 정리 |
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[38강] 보의 처짐 (4)
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철근콘크리트 보의 균열모멘트·유효단면2차모멘트·순간처짐 계산
• 균열모멘트 Mcr 및 전단면2차모멘트 Ig: 콘크리트 인장강도 fr, 전단면2차모멘트 Ig, 인장연단거리 yt를 이용해 Mcr = fr Ig / yt로 산정하고, 직사각형 단면에서 Ig = (1/12) b h³로 무균열 강성 평가 • 균열단면2차모멘트 Icr 및 환산단면 개념: 탄성계수비 n, 인장철근비 ρ, 중립축계수 k를 이용해 환산단면 평형으로 중립축 kd를 구하고, 철근·콘크리트 환산단면에 대한 Icr로 균열 후 강성 평가 • 유효단면2차모멘트 Ie와 최대 순간처짐: 작용모멘트 Ma와 균열모멘트 Mcr 비교로 균열 여부 판단 후 Ie = (Mcr/Ma)³ Ig + [1 − (Mcr/Ma)³] Icr로 강성 보정, 단순보 등분포하중 순간처짐은 δinst = 5 w L⁴ / (384 E Ie)로 계산하여 균열을 고려한 처짐 산정 |
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[39강] 보의 처짐 (5)
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철근콘크리트 보의 장기처짐과 처짐 제한 정리
• 장기처짐 개념·원인 및 계수식: 순간처짐과 장기처짐 구분, 건조수축·크리프 및 압축철근비·시간경과계수(ξ)를 반영한 장기처짐계수 λδ로 δT = λδ·δsus 산정 • 처짐 제한 기준 및 최소두께: 활하중 처짐 δL, 전체 처짐 δL+δT에 대한 허용처짐(l/180, l/360, l/480, l/240)과 지지조건별 최소두께(l/16, l/18.5, l/21, l/8)·보정계수에 따른 처짐 계산 생략 조건 정리 • 처짐 검토 절차: h 비교→단면·EIe 산정→하중조합별 δD, δD+L, δsus 계산→δL=δD+L−δD 및 δT=λδ·δsus 도출→허용처짐 기준과 비교해 사용성 검토 및 필요 시 보강 방안 도출 |
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[40강] 보의 처짐 (6)
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T형보 순간 처짐 해석 예제 5.1 핵심 정리 (Mcr·Ig·Icr·Ie 절차)
• T형보 단면·기초 단면 특성: 플렌지 압축/인장 여부에 따른 T형 vs 직사각형 단면 구분, 도심 및 전단면 2차모멘트 Ig 산정, 인장측 거리 yt와 콘크리트 인장강도로 균열모멘트 Mcr 산정 및 균열 여부 판정 • 균열 단면 강성·유효 2차모멘트: 변환단면법으로 균열 단면 2차모멘트 Icr 산정(kD, ρ, n, 압축·인장철근 고려), ACI식으로 구간별 유효 2차모멘트 Ie 계산 후 모멘트 분포에 따른 가중 평균 Ie 산정 • 순간 처짐 해석 절차: 콘크리트 탄성계수 Ec와 평균 Ie, 경간 L 및 단부·중앙 모멘트(M1·M2·MM)를 이용한 중앙부 즉시 처짐 Δi 계산식 적용, T형보 사용하중 상태에서 순간 처짐 정량 평가 |
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[41강] 보의 처짐 (7)
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철근콘크리트 단순보의 순간처짐·장기처짐 계산과 기준 검토
• 철근콘크리트 단순보 단면·하중 조건: 직사각형 단면·재료강도·등분포 고정하중·활하중 및 지속하중 정의를 통해 비균열 2차모멘트 I_g, 균열모멘트 M_cr 산정 및 균열 여부 판단 • 균열·유효 단면 2차모멘트 계산: 인장철근비·모듈러스비로 중립축 깊이와 균열단면 2차모멘트 I_cr 산정 후, ACI식 I_e = (M_cr/M_a)^3 I_g + [1-(M_cr/M_a)^3] I_cr 로 하중조합별 유효단면 2차모멘트 I_e(D), I_e(D+L), I_e(sus) 계산 • 처짐 및 기준 검토 절차: δ = 5ML²/(48EI_e)로 고정·합성·지속하중 즉시처짐 계산, 활하중 처짐 δ_L = δ_(D+L) - δ_D, 장기처짐 δ_T = λδ_sus 산정 후 L/360·L/240·L/480 허용기준과 비교하여 처짐 적합성 평가 |
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[42강] 보의 균열
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철근콘크리트 보의 균열 개념과 균열 제한 설계 정리
• 콘크리트 균열 기초 개념: 인장응력 초과에 따른 휨·전단·수축·부동침하·수화열·부식 기인 균열과 내구성 저하 문제 정리 • 보 균열 형상 및 제어 원칙: 중앙부 수직 휨균열·지점부 사인장 전단균열 특성과 작은 철근 다수·좁은 간격 배근 및 최소 피복 확보에 의한 균열 분산·폭 감소 전략 • KSRC 균열 제한 설계: 노출환경계수 χ_cr·최외단 인장철근 응력 f_s·피복두께 c_c를 사용하는 철근 중심간격 제한식(<식 4.35>, <식 4.36>)과 사용하중 모멘트 기반 균열 제한 검토 절차 정리 |
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| 6장. 전단 및 비틀림 | ||
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[43강] 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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[44강] 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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[45강] 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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[46강] 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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[47강] 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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[48강] 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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[49강] 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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[50강] 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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[51강] 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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[52강] 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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[53강] 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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[54강] 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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[55강] 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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[56강] 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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[57강] 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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[58강] 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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[59강] 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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[60강] 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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[61강] 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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[62강] 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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[63강] 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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[64강] 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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[65강] 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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[66강] 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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[67강] 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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[68강] 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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[69강] 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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[70강] 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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[71강] 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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[72강] 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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[73강] 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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[74강] 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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[75강] 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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[76강] 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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[77강] 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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[78강] 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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[79강] 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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[80강] 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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[81강] 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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[82강] 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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[83강] 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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[84강] 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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[85강] 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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[86강] 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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[87강] 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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[88강] 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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[89강] 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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[90강] 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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[91강] 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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[92강] 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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[93강] 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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[94강] 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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[95강] 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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[96강] 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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[97강] 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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[98강] 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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[99강] 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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| 9장. 기둥의 설계 | ||
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[100강] 기둥의 설계 개요
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철근콘크리트 기둥의 개요와 단면·철근 구성 핵심 정리
• 철근콘크리트 기둥 개념: 건축물 지붕·슬래브·보의 축하중과 수평하중에 따른 휨모멘트를 기초까지 전달하는 가장 중요한 수직 압축부재의 정의·역할·파괴 시 전체 붕괴 위험 정리 • 기둥 단면·철근 구성: 정사각형·직사각형·원형 단면 형상과 세장 부재 특성, 주근·띠철근·나선철근의 배근 방식과 축력·휨 저항, 콘크리트 구속 및 연성 증대 기능 구조화 • 기둥 설계 기본 원리: 축력–모멘트 복합 작용에 대한 강도설계(φPₙ·φMₙ ≥ Pᵤ·Mᵤ)와 P–M 상관관계, 유효좌굴길이·세장비에 따른 세장효과와 좌굴로 인한 축강도 저하 고려 절차 정리 |
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[101강] 기둥의 설계 기본사항 (1)
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철근콘크리트 기둥 설계 기본사항: 단면 및 축방향철근 규정 요약
• 기둥 단면 및 유효단면 개념: 전단면적 Ag·유효단면적·철근단면적 As·순수 콘크리트단면적 Ac 구분, 벽 일체타설 시 유효단면 확장(최대 40mm)·과대 단면 기둥은 0.5Ag~Ag 범위 내 유효단면 축소 적용 • 축방향 철근비·간격·개수 규정: 전단면적 Ag 기준 As/Ag=1~8%(겹침이음부 4% 이하), 순간격은 40mm·1.5db·굵은골재 최대치수의 4/3 중 큰 값 이상, 최소 개수는 띠철근 기둥 4개·나선철근 기둥 6개·기타 형상은 각 모서리별 1개 이상 배근 • 띠철근 기둥과 나선철근 기둥 거동 차이: 띠철근 기둥은 구속효과 및 연성이 작아 취성 파괴 경향, 나선철근 기둥은 구속효과에 의한 3축 압축상태로 연성·에너지 흡수·내진·동적하중 저항 성능이 우수함 |
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[102강] 기둥의 설계 기본사항 (2)
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철근콘크리트 기둥의 횡방향 보강철근 설계 핵심 정리
• 횡방향 보강철근 개념 및 기능: 띠철근·나선철근의 정의와 배근 방식, 주근 위치 고정·좌굴 억제·콘크리트 구속효과에 의한 강도·연성 향상 원리 정리 • 띠철근 설계 규정: 주근 지름에 따른 최소 직경(D10·D13), 수직간격 상한(주근 16배·띠 48배·단면 최소 치수 중 최소값), 모서리 및 하나 건너 주근 횡지지·150mm 순간격·슬래브·기초 인근 1/2 간격 등 배근 규정 정리 • 나선철근 설계 규정 및 비교: 최소 지름 10mm, 체적비 식(δs = 0.45(Ag/Ach−1)(fck/fyt)), 피치 25~75mm, 정착 1.5회전, 이음 길이(48d·72φ·300mm 중 최대값), 항복강도 700MPa 이하 및 400MPa 초과 시 겹침이음 금지와 함께 띠철근 기둥 대비 구속효과·연성·내진성능 차이 정리 |
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[103강] 직사각형 기둥의 설계강도 (1)
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직사각형 기둥 설계강도와 PM 상관관계 개념 정리
• 직사각형 기둥 축강도 개념: 중심축하중 시 콘크리트 평균압축응력 0.85fck와 철근 항복강도 fy의 축력 기여를 합산한 최대 축하중 공칭강도 P0 및 시공오차와 강도감소계수를 반영한 설계축강도 산정 원리 • 편심하중과 축력–모멘트 상관 개념: 편심하중을 축력 P와 모멘트 M=Pe의 동시 작용으로 등가 표현하고, 변형률 분포·콘크리트·철근 축력 합력으로 Pn·Mn을 구해 휨을 받는 기둥의 축력·모멘트 설계조건(φPn ≥ Pu, φMn ≥ Mu)을 만족시키는 절차 • PM 상관도(P–M interaction diagram): 축력–모멘트 강도 조합 한계를 곡선으로 나타낸 도표로서 축지배·복합 압축–휨·휨지배 구간의 형상과 최대축력점·순수휨점·중간 편심점 등 대표점 산정으로 설계하중 (Pu, Mu)가 곡선 내부에 위치하도록 단면·철근을 결정하는 방법 |
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[104강] 직사각형 기둥의 설계강도 (2)
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철근콘크리트 기둥 상관곡선과 공칭·설계강도 개념 정리
• 축력–모멘트 상관곡선과 편심 개념: 편심 $e$ 또는 최외단 철근 변형률 $\varepsilon_{s1}$을 변수로 변형률 연속조건·힘의 평형조건을 만족시키며 $P_n$·$M_n$을 산정하고, 대표 변형률 상태(전단면 압축·균형변형률·인장지배 등)를 통해 $P$–$M$ 상관곡선을 구성하는 절차 정리 • 변형률·응력 분포와 공칭강도 산정식: 평면단면 가정과 콘크리트 극한변형률 $\varepsilon_{cu}=0.003$, 등가응력블록 $0.85f_{ck}$·깊이 $a=\beta_1 c$, 철근 이상 탄성–완전소성 모델을 사용해 각 철근 내력 $N_{si}$와 콘크리트 압축내력을 합산하여 공칭 축강도 $P_n$과 모멘트 평형식으로 공칭 휨강도 $M_n$을 계산하는 구조 정리 • 강도감소계수와 단면 지배 구분: 최외단 인장철근 변형률 $\varepsilon_t$에 따라 인장지배·압축지배·변화구간 단면을 판정하고, 띠철근·나선철근 기둥에 대해 해당 구간별 강도감소계수 $\phi$와 직선보간식을 적용하여 공칭강도 $(P_n, M_n)$을 설계강도 $(\phi P_n, \phi M_n)$로 환산하는 기준 정리 |
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[105강] 직사각형 기둥의 설계강도 (3)
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직사각형 기둥 상관곡선 예제 9-1 공칭·설계강도 해석 핵심 정리
• 정사각형 RC 기둥 단면·재료 조건: 500×500 단면, 주어진 철근 배열(3열 배근)·재료강도(fck, fy, εu, εy)를 바탕으로 열별 변형률–응력–내력–편심을 계산해 축력–모멘트 상관곡선의 공칭강도(Pn, Mn)와 설계강도(φPn, φMn)를 산정함 • 상관곡선 필수 기준점 해석: 중심축하중점(모든 철근 압축항복, e=0), εs1=0 상태점(최외단 압축철근이 중립축 위치), 균형변형률점(εs1=-εy, 인장측 철근 막 항복)에서 중립축거리 c, 등가응력블록 a, 콘크리트 압축력과 각 열 철근 내력을 합성해 P–M 좌표를 도출함 • 강도감소계수 및 보정 적용 원칙: 압축지배·균형변형률 상태에서 φ=0.65, 인장지배에서 φ=0.85(전이구간은 선형보간) 적용하고, 중심축하중에는 추가 시공오차 계수 0.8을 곱하며, 압축철근 내력식 Nsi=(fsi-0.85fck)Asi와 콘크리트 압축력 0.85fckab를 일관되게 사용해 상관곡선을 완성함 |
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[106강] 직사각형 기둥의 설계강도 (4)
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철근콘크리트 기둥 PM 상관도 예제(변형률 단계별 해석)
• 변형률 단계별 단면 거동 해석: 최외단 인장철근 변형률 변화에 따른 중립축 위치·등가응력블록·콘크리트·철근 내력 분포를 직선 변형률 가정으로 분석 • 공칭강도 및 강도감소계수 산정: 단계별 Pn·Mn을 변형률–응력 관계와 내력 평형식으로 계산하고, εt 기준으로 압축/변화/인장지배를 구분해 φ를 결정 후 φPn·φMn 설계강도 도출 • PM 상관도 작성과 해석: (Mn,Pn)·(φMn,φPn) 좌표로 공칭·설계 PM 곡선을 작성하고, 하중조합점(Mu,Pu)의 곡선 내·외 위치를 통해 기둥 단면의 안전성 및 설계 적합성 판단 |
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[107강] 직사각형 기둥의 설계강도 (5)
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직사각형 기둥 상관곡선 설계 절차와 예제 정리
• PM 상관곡선 개념·무차원 축·γ계수: 변형률 적합·힘의 평형으로 얻는 기둥 P-M 상관곡선과 철근비 범위(1~8%), 무차원 축 $P_u/bh$, $M_u/bh^2$, 철근 위치계수 $\gamma=(h-2d')/h$ 정의 및 실무 범위(0.6~0.9) 정리 • 상관곡선도 기반 기둥 설계 절차: 재료강도(fck, fy) 확정 → 소요강도(Pu, Mu) 산정 → 단면 가정 및 식 $A_g \ge \dfrac{P_u}{0.45f_{ck}+\rho f_y}$로 최소 단면 추정 → d', γ, 단면형상, 철근 개수로 적절한 상관곡선도 선택 → $P_u/bh$, $M_u/bh^2$로 필요 철근비 ρ 읽기 → 필요 철근단면적·철근 직경·개수 및 배근형식 결정 • 직사각형(정사각형) 기둥 설계 예제 및 배근 형식: 600×600 mm 단면, fck=27 MPa, fy=400 MPa, Pu=4,850 kN, Mu=472 kN·m 조건에서 γ≈0.8, 16-D25 배근 상관곡선을 이용해 필요 철근비 약 2% 도출하고, A_st와 철근 개수 산정 후 16-D25, D10@s 띠철근 등으로 최종 단면 및 도면 표기 형식 정리 |
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[108강] 원형기둥의 설계강도 (1)
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원형기둥 설계강도와 단면성능 계산 핵심 정리
• 원형·나선철근 기둥 개념: 나선철근 구속에 의한 연성 증대와 압축지배 강도감소계수 φ = 0.70 적용, 직사각형 기둥과 동일한 변형률 적합·평형 원리 사용 • 원형 단면 압축역 특성: 편심하중 시 압축역을 중심각 θ로 정의된 원 부분 면적 A와 도심 ȳ로 표현하고, θ–a/h 관계식에서 a를 통해 θ를 구해 A, A·ȳ를 결정 • 공칭강도 및 표 활용: 직사각형 식의 ab, ab(레버암)을 각각 A, A·ȳ로 치환해 Pn, Mn 산정하고, 설계 시 강도감소계수 φ를 곱하며, 표 9-1의 A/h², A·ȳ/h³ 값을 이용해 원형기둥 단면성능을 실무 계산에 적용 |
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[109강] 원형기둥의 설계강도 (2)
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원형 나선철근 기둥 PM 상관곡선 해석 및 설계강도 산정
• 원형 나선철근 기둥 단면 정보·재료강도 개념 : fck·fy·단면치수·철근배치·AST·Ag 및 나선철근 기둥 특유의 축강도·강도감소계수(압축지배 φ, 0.7×0.85P0) 정의 • PM 상관곡선 해석 절차 개념 : 중심축압축(εs1=0.003)·εs1=0·균형변형률(εs1=−εy)·변화구간(εs1=−2εy)·인장지배(εs1=−4εy) 단계별로 중립축거리 C, 등가압축블록 깊이 a, 원형 압축영역 A·A_ȳ(표 9-1 활용), 철근 변형률–응력–내력–편심을 통해 PN·MN 산정 • 설계 PM 상관곡선 작성 개념 : 각 단계 단면을 압축지배·변화구간·인장지배로 분류해 φ 결정 후 φPN·φMN 산정하고, 공칭강도와 설계강도 점들을 P–M 평면에 도시·연결하여 원형 나선철근 기둥의 PM 상관곡선 및 설계강도 곡선 구축 |
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[110강] 2축 휨을 받는 기둥
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2축 휨을 받는 철근콘크리트 기둥과 브레슬러 상반하중법 개념 정리
• 2축 휨 철근콘크리트 기둥: 2차원 편심하중으로 Mx·My가 동시에 작용하여 중립축 방향·압축영역 형상이 복잡해지고 1축 휨 대비 축강도 저하가 발생하는 단면 거동 개념 • 2축 휨 P–M 상관표면: P–Mx–My 3차원 P–M–M 상관표면으로 1축 휨 P–M 곡선을 양축 방향으로 확장해 모멘트 조합에 따른 축강도 변화를 입체적으로 표현하는 강도 평가 구조 • 브레슬러 상반하중법: 축력 역수 선형식(1/φPn = 1/φPnx + 1/φPny − 1/φPn0)으로 1축 P–M 곡선과 중심축강도를 이용해 2축 휨 기둥 설계축강도를 근사 산정하는 경험적 근사 설계법(적용조건 Pu ≳ 0.1 fck b h) |
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[111강] 세장효과의 해석 (1)
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철근콘크리트 기둥의 세장효과와 좌굴해석 기본 정리
• 세장효과·P–Δ 효과: 세장한 압축 기둥에서 좌굴 변형으로 2차 모멘트 PΔ가 발생해 PM 상관곡선상 축강도가 감소하는 현상과 단주·장주 구분에 따른 설계 영향 정리 • 좌굴하중·유효좌굴길이: 지점조건·횡구속에 따른 오일러 좌굴하중과 양단 단순지지·양단 고정 등에서의 유효좌굴길이 kl, 유효길이계수 k 정의 및 대표 k 값 체계화 • 세장비·좌굴응력: 세장비 kl/r와 좌굴응력 fc = π²E/(kl/r)² 관계를 통해 기둥 세장 정도에 따른 좌굴 안정성, 세장효과에 의한 축강도 감소 평가 기준 정리 |
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[112강] 세장효과의 해석 (2)
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골조 기둥 유효좌굴길이계수와 고정도 해석 핵심 정리
• 유효좌굴길이계수 k와 골조 기둥 거동: 단일 압축재 오일러 좌굴식의 유효길이계수 개념을 골조 기둥에 확장하여, 지점조건 대신 골조 조건에 따른 실제 유효좌굴길이(kL) 산정 원리 정리 • 기둥 단부 고정도와 상대강성 ψ: 기둥 단부 회전구속 정도를 보 대비 기둥 상대강성 ψ(ψA, ψB, ψm, ψmin)로 정의하고, ψ→0은 고정단·ψ→∞는 핀단에 대응하는 연속적 고정도 개념 및 k와의 관계 체계화 • 유효길이계수 산정 방법과 한계: 횡구속 유무에 따른 도표 및 수식(식 9.35, 9.36~9.39)을 이용한 k 산정 절차와 예제 계산 흐름을 정리하고, 보 균열·복잡 골조에서의 적용 한계와 이를 보완하는 설계기준의 보수적 규정 개괄 |
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[113강] 세장효과의 해석 (3)
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철근콘크리트 기둥 세장효과 – 모멘트 확대효과와 모멘트 확대계수, 등가모멘트계수 정리
• P–Δ 효과와 모멘트 확대 효과: 축력–처짐 곱으로 발생하는 2차 모멘트에 의해 전체 모멘트가 확대되는 장주 세장효과 해석 및 P–Δ 개념 정리 • 오일러 좌굴하중과 모멘트 확대계수 δb: 오일러 좌굴하중 Pcr(=PE) 기반 1차·2차 처짐 관계에서 전체 모멘트식 Mc = δb M0, δb = 1/(1 − P/Pcr) 도출 및 좌굴 안전도 지표화 • 등가모멘트계수 Cm와 최대모멘트 산정: 양단 모멘트가 다른 기둥을 Cm = 0.6 + 0.4(M1/M2)로 등가 단부모멘트 M0 = Cm M2로 치환하여 Mc = δb Cm M2 형태로 횡구속 골조 장주 설계에 적용 |
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[114강] 세장효과의 해석 (4)
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횡구속되지 않은 골조 기둥의 세장효과 2차해석과 모멘트 확대계수
• 횡구속되지 않은 골조 기둥 모델링: 슬래브 경막효과를 가정해 여러 기둥과 하중(∑P_u, V_u)을 단일 등가 기둥-스프링 시스템으로 단순화 • P-Δ 효과와 안정성지수 Q: 축하중·횡처짐 상호작용 P-Δ를 반복 2차해석으로 표현하고 Q = (∑P_u Δ_0)/(V_u l_c)로 정의하여 1차 처짐 대비 2차 처짐 증폭 비를 평가 • 모멘트 확대계수 δ_s와 단부모멘트 확대: δ_s = 1/(1-Q)로 정의해 Δ = δ_s Δ_0, M_2차 = δ_s(M_{1s}+M_{2s})로 표현하며 단부모멘트가 있는 기둥에도 동일 확대계수로 2차효과를 근사 적용 |
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[115강] 세장효과의 해석 (5)
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철근콘크리트 기둥 세장효과 설계기준 정리 (강성·세장비·횡구속·단면성능)
• 기둥 휨강성 및 단면성능 : KCI 제시 감소강성식(EI=0.2EcIg+EsIse 또는 0.4EcIg)/(1+βd)와 부재별 유효단면2차모멘트(보·벽·슬래브·기둥의 Ig 감소계수, 크리프 고려 1/(1+βd))를 사용해 균열·크리프를 간접 반영한 기둥 강성 및 골조 강성비 산정 • 세장비 및 세장효과 무시 조건 : 세장비 kLu/r(유효길이계수 k, 비지지길이 Lu, 단면2차반경 r)로 세장효과 크기를 평가하고, 횡구속 여부와 모멘트비에 따른 한계(kLu/r≤25, kLu/r≤37–12M1/M2, 상한 40)를 기준으로 단주 설계 가능 구간과 세장효과·비선형해석 필요 구간(kLu/r>100) 구분 • 횡구속 골조 판별 및 P–Δ 효과 : 1차·2차 해석 모멘트 증가율(≤5%) 또는 안정성지수 Q=ΣPuΔ0/(VuLc)(Q≤0.05)로 횡구속 여부를 판정하고, 이에 따라 유효길이계수 k(횡구속 시 k≤1, 무구속 시 k>1), P–Δ 모멘트 확대, 2차 탄성해석·비선형해석 적용 여부를 결정하여 세장효과를 설계에 반영 |
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[116강] 세장효과의 해석 (6)
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횡구속된 골조 기둥의 모멘트 확대와 예제 9-6 검토 절차 핵심 정리
• 횡구속 골조 기둥 세장효과 및 모멘트 확대 개념: 세장비·모멘트비로 세장효과 필요 여부 판단 후 모멘트 확대계수 δ_ns를 통해 설계 모멘트 M_c = δ_ns M_2로 증폭하여 사용하는 원리 정리 • 모멘트 확대계수 및 최소 모멘트 산정 구조: C_m·β_dns·E_c·I_g·EI·좌굴하중 P_c를 이용한 δ_ns 계산과 최소 편심에 의한 M_{2,min} 규정, 세장효과 반영 설계 절차의 수식 기반 구조 정리 • 예제 9-6 설계 검토 절차: 계수하중 산정 → 단주 가정 PM곡선으로 철근비 1차 검토 → 세장비로 세장효과 필요성 판정 → δ_ns·M_c 산정 → 확대모멘트 기준 PM곡선 재검토로 요구 철근비와 기존 배근 적합성 판단 흐름 정리 |
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[117강] 세장효과의 해석 (7)
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횡구속되지 않은 골조 기둥의 모멘트 확대 설계기준 정리(식 9.67~9.69, 예제 9-7)
• 횡구속 여부·세장효과 판단 기준: 안정성지수 Q = ΣPuΔ0/(VuLc)로 Q > 0.05이면 횡구속되지 않은 골조, 세장비 λ = kLu/r > 22이면 세장효과 및 확대모멘트 고려 대상으로 분류 • 모멘트 확대계수와 설계식: 안정성지수 Q로 δs = 1/(1−Q) ≤ 1.5를 산정하고 M1 = M1ns + δsM1s, M2 = M2ns + δsM2s(식 9.67, 9.68)로 연직하중·횡하중 모멘트를 분리해 1차해석 결과를 확대 적용하며, δs > 1.5 시 ΣPu·ΣPc·Pc를 이용한 대체식(식 9.69)으로 전환 • 예제 9-7 계산 구조: 층 전체 ΣPu, Vu, Δ0, Lc로 Q 계산 후 골조를 횡구속되지 않은 골조로 판정하고, k·Lu·r로 λ와 Pc 및 ΣPc를 산정한 뒤 C2 기둥에 대해 1차해석 단부모멘트(Mins, Mis)와 δs를 사용해 최종 확대모멘트 M2 ≈ 425 kN·m를 도출하는 절차 정리 |
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[118강] 세장효과의 해석 (8)
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철근콘크리트 세장효과 고려 기둥 설계 절차 정리(추가 예제)
• 세장효과 판정 개념: 하중조합으로 설계 축력·모멘트·전단력 산정 후 안정성지수 Q와 세장비 KLu/r로 횡구속 여부 및 단주·장주(장주 시 P–Δ 세장효과 고려) 판정 • 강성·좌굴 설계 개념: 강성저감 단면 2차모멘트와 절점강성비 ψ로 유효길이계수 K·세장비 계산, 오일러식으로 임계축력 Pc와 크리프 반영 효과강성 EIeff 산정 • 확대모멘트·단면 설계 개념: C_m·Pu/Pc로 확대모멘트계수 Δns 및 확대모멘트 Mu 도출 후 PM-커브로 축력비·모멘트비를 이용해 단면치수·철근비·배근(주근·띠철근) 결정 |
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| 10장. 기초설계 | ||
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[119강] 기초설계 개요
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철근콘크리트 기초설계 개요와 기초 종류 정리
• 기초 설계 개념: 상부 구조의 집중하중을 지반 허용지내력 이하로 분산해 전달하고, 전체 침하·부동침하를 억제하기 위한 기초 면적·두께·철근배근 설계 원리 정리 • 지반 조건과 기초 분류: 지내력기초 vs 말뚝기초 구분 기준, 연약지반·지반개량·암반층 조건에 따른 지지말뚝·마찰말뚝 선택 및 말뚝+기초판 조합 체계 • 기초 형식과 적용 범위: 연속기초(줄기초), 독립기초(확대기초), 복합기초, 온통기초(매트기초)의 정의·형상·적용 건물 규모·지반 조건 및 말뚝기초와의 복합 사용 구조 정리 |
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[120강] 기초설계 기본사항
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기초해석 기본사항: 토압 분포, 허용지내력, 기초 크기 산정 및 설계용 토압
• 기초에 작용하는 토압 및 지반 특성: 사질토·점토질 지반의 토압 분포와 균등분포 가정, 지압파괴·극한지내력과 안전율 적용된 허용지내력 개념, 건축법 시행령 지반별 허용지내력 값 구조 • 기초 크기 결정과 유효 허용지내력: 사용하중/기초면적 ≤ 허용지내력 조건에 따른 기초 면적 산정, 자중·상재하중을 반영한 유효 허용지내력 정의와 면적식 변환, 면적 산정 시 사용하중·허용응력설계 적용 구조 • 기초 설계용 토압와 이중 설계 체계: 계수하중/면적으로 정의되는 설계용 토압(qu) 산정, 휨·전단 설계를 위한 강도설계법 적용, 기초 면적 결정은 허용응력설계·단면 설계는 강도설계로 구분하는 이중 설계 절차 |
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[121강] 독립기초의 설계 (1)
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독립기초 휨모멘트 설계와 철근 배근 원리 정리
• 독립기초 개념 및 설계 검토 항목: 단일 기둥을 지지하는 정사각형·직사각형 기초에서 휨·1·2방향 전단·정착·이음·지압을 중심으로 두께·피복·전단 안전성 검토 • 휨모멘트·위험단면·설계식: 지반반력을 등분포하중으로 보는 캔틸레버 모델에 따른 최대모멘트 식(10.6), 기둥·벽체 종류별 휨 위험단면 위치 기준, 강도설계식 φMₙ ≥ Mᵤ와 근사 계수 j를 이용한 철근량 산정식(10.7) • 정사각형·직사각형 기초 철근 배근: 정사각형 기초의 양방향 균등 배근 원칙, 직사각형 기초의 방향별 모멘트에 따른 철근 설계와 긴변 3구역 분할, 짧은 변 방향 총철근을 중앙부에 2/(β+1) 비율로 집중 배근하는 규정(식 10.8) |
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[122강] 독립기초의 설계 (2)
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독립기초 전단·지압·장부철근 및 정착 설계 핵심 정리
• 독립기초 전단 설계: 1방향·2방향(뚫림) 전단 위험단면 위치(d, d/2), 설계 전단력 Vu·콘크리트 전단강도 Vc·강도감소계수(φ=0.75) 적용 및 두께 증가 중심의 전단 안전 확보 • 기둥 밑면 지압 설계: 지압응력과 콘크리트 지압강도 비교, 면적 확대 A2 개념과 φPn=0.85 φ fck A1√(A2/A1) ≤ 0.85 φ fck(2A1) 조건으로 기둥-기초 접촉면 지압 안전성 검토 • 장부철근 및 정착 설계: 기둥-기초 힘 전달용 장부철근 최소단면적(≥0.005 Ac), 압축 정착길이·겹침이음 길이·철근 지름 제한을 반영한 연결 철근 배치와 독립기초 인장철근 정착·갈고리 보완 조건 정리 |
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[123강] 독립기초의 설계 (3)
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독립기초 설계 예제 10-1 전체 해설 요약
• 독립기초 기본 개념 및 기초 치수 결정: 사용하중과 허용지내력으로 필요 기초면적 및 기초판 크기 산정, 강도설계용 하중으로 설계용 토압·기초두께·유효깊이 가정 후 1방향·2방향 전단과 지압 안전성 검토 • 전단·지압·다월철근 설계: 1방향 전단·펀칭전단 위험단면 설정과 Vu–φVc 비교, 지압 검토 시 A1·A2·1:2 하중 확산·√(A2/A1) ≤ 2 규정 적용, 지압 부족 시 보강 개념과 최소 다월철근량·정착길이·이음길이 산정 및 배근 • 휨 설계와 최소철근 예외 규정: 기초판 캔틸레버 모델로 설계모멘트 및 필요 인장철근량 계산, 단면이 큰 기초에서 최소철근비 대신 필요철근의 1/3 추가 규정 적용, 두 방향 동일 휨 배근과 최종 배근 구성 정리 |
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[124강] 독립기초의 설계 (4)
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독립기초 설계 예제: 정사각형 기초판, 전단·휨·지압·정착 검토
• 기초판 설계 개념: 사용·상재하중과 허용지내력을 이용한 기초판 면적·설계용 지반반력 산정, 두께·유효깊이 가정 후 1방향·2방향 전단 및 휨 강도 검토 절차 정리 • 접합·지압·정착 설계: 기둥·기초 지압강도 검토, 주근·다월철근 최소량 산정 및 정착길이 검토를 통한 기둥축력의 안전한 기초 전달 조건 정리 • 배근 설계 구조: 정사각형 슬래브형 기초판의 최소철근비 적용, 양 방향 동일 주근 배근, 다월철근 상세 및 전단·휨·지압·정착을 동시에 만족하는 독립기초 배근 개념 정리 |
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[125강] 연속기초의 설계
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연속기초 설계 개념과 휨·전단 설계 정리
• 연속기초 개념·거동: 벽체 하중(축력·모멘트)을 1방향 캔틸레버 판 거동으로 지반에 전달하는 줄기초로, 단위길이 1m 기준으로 기초폭·토압을 산정하고 2방향 전단은 생략함 • 위험단면·토압 산정: 전단 위험단면은 벽면에서 유효깊이 d 떨어진 단면, 휨 위험단면은 콘크리트벽은 벽면·조적벽은 두께 1/4 지점으로 설정하며, 독립기초 필요면적 A를 1×B=A로 환산해 B를 기초폭으로 보고 허용지내력으로 설계용 토압을 결정함 • 전단·휨 설계 및 배근: 1방향 전단에서 φVc ≥ Vu 조건으로 두께·폭을 조정하고, 캔틸레버 슬래브/보 식으로 Mu·필요철근 As를 산정하여 최소철근비를 만족시키며, 벽에 직각인 폭 방향에 주근·벽을 따라 길이 방향에 온도·수축철근(부근)을 배근함 |
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[126강] 복합기초 (1)
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복합기초 개념과 직사각형·캔틸레버 기초 설계
• 복합기초 개념·사용 조건: 하나의 기초판으로 2개 이상 기둥·벽체를 지지하여 기둥 간격 과소·대지 경계 인접 외부기둥의 편심·부등침하 문제를 합력 중심 정렬로 제어하는 기초형식 • 직사각형 복합기초 설계 절차: 두 기둥 하중 합력·작용 위치 산정 후 기초 길이·폭·면적을 허용지지력으로 결정하고, 균등 토압을 가정해 길이·폭 방향 휨과 1방향·2방향 전단 및 철근 보강을 단순보 거동으로 설계 • 캔틸레버 기초 구조·설계 개념: 외부·내부 독립기초를 강성 보로 연결해 외부기초 편심 모멘트를 내부기초와 보가 분담하도록 하고, 외부기초 반력 P₁+ΔR·내부기초 P₂·보에 작용하는 전단력 ΔR을 평형식으로 산정해 휨·전단 설계에 반영 |
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[127강] 복합기초 (2)
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복합기초(직사각형 복합기초 설계 예제 10-3, 전단 설계 중심)
• 복합기초 기본 개념: 두 기둥 축하중 합력 위치를 기초 중심과 일치시켜 편심을 제거하고, 유효 허용지내력으로 필요 기초 면적·길이·폭(7.6m×2.4m)을 산정하는 절차 정리 • 설계용 토압 및 하중 모델링: 1.2D+1.6L 조합으로 기둥 설계축력과 기초 자중·상재하중을 합산해 선형 등분포 토압 q_u를 구하고, 기초를 길이 방향 내민보로 이상화해 전단·휨 해석에 사용하는 방법 정리 • 1방향·2방향 전단 설계: 기둥면에서 거리 d 위치의 1방향 전단 위험단면과 d/2 외곽 둘레의 펀칭 전단 위험단면에서 Vu–ϕVc를 KCI 2012식으로 비교해 요구 유효깊이와 지배 전단 조건(1방향 전단 지배)을 판정하는 절차 정리 |
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[128강] 복합기초 (3)
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복합기초 휨모멘트 설계 및 주근·횡방향 보강 정리
• 휨모멘트 설계 및 위험단면: 기둥면·전단력 0 지점에서 설계휨모멘트 Mu 산정 후 φfyjd식으로 필요 철근면적 As 계산 및 최소철근비·0.75As 규정에 따른 상부(부모멘트)·하부(정모멘트) 주근 설계 • 횡방향 보강 및 하중 확산: 기둥하중 수평 1:수직 2 하중 확산 가정으로 기둥 치수+양측 d/2 가산 폭을 유효폭 B로 설정하고 내부·외부 기둥별 qu·Mu·As 산정 후 최소철근 또는 0.75As 기준으로 횡방향 철근량 결정 • 철근 배근 및 정착 개념: 기초 상·하부에 인장측 가까이 주근, 그 안쪽에 횡방향 철근 배치하고 D32·D25 등 직경·개수·위치·정착길이를 평면도·단면도에 구조적으로 명시하는 배근 상세 정리 |
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[129강] 복합기초 (4)
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복합기초 예제 10-4 캔틸레버 기초 설계 절차 요약
• 캔틸레버 기초 개념·하중 체계: 외부·내부 기초(F1, F2)를 캔틸레버 보로 연결하여 틈 구간 보 자중·상재하중을 양단 기초에 분배하고, 수정된 기둥 하중(P1, P2)으로 전체 설계 하중 체계 재구성 • 기초 면적 결정 절차: 외부기둥 기초 F1은 편심 e에 따른 반력 R1 = P1L/(L−e)을 이용해 A1 = R1/QE로 산정하고, 내부기둥 기초 F2는 중심일치 조건에서 A2 = P2/QE로 산정하여 최종 평면 형상(F1: 2.4×3.8 m, F2: 3.4×3.4 m) 확정 • 통합 토압·후속 설계: 두 기초의 면적·하중을 합산해 설계용 토압 QU = {1.2(D1+D2)+1.6(L1+L2)}/(A1+A2)로 산정하고, QU를 기초판 휨·전단·철근 설계에 적용하여 F1은 연속기초, F2는 독립기초로 세부 구조 설계 수행 |
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[130강] 말뚝기초 (1)
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말뚝기초 개념, 설계절차, 전단·모멘트 검토 정리
• 말뚝기초 개념·지지 메커니즘: 연약지반에서 상부하중을 깊은 양호지반 또는 말뚝-지반 마찰로 전달하는 기초형식으로, 지지말뚝·마찰말뚝 구분 및 말뚝 허용지지력·안전율 3에 따른 1본당 지지력 정의 • 말뚝 설계절차·배치 원리: 사용하중 기반 말뚝 개수 산정식으로 최소 3본 이상 결정 후, 최소 중심간격·단부 절반 간격 규정에 따라 말뚝 배치와 기초 면적 자동 결정 및 말뚝-기둥-지반 하중전달체계 형성 • 전단·휨 및 뚫림전단 검토: 개수하중 조합으로 말뚝 1본당 설계반력 산정 후 위험단면(1방향·2방향·말뚝 주변)에서 말뚝 반력 합으로 전단력·휨모멘트 계산 및 말뚝·기둥 주변 펀칭 전단 안전성 검토 |
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[131강] 말뚝기초 (2)
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말뚝기초 독립기초 설계 예제 10-5 정리
• 말뚝기초 개요 및 말뚝 개수 산정: 지내력 0 가정 하 모든 하중을 말뚝이 지지하도록 사용하중·계수하중을 구분해 허용지지력으로 말뚝 개수 결정 후 3×3 배열과 기초판 크기(2.7m×2.7m) 산정 • 전단 설계(2방향·1방향 전단 검토): 기둥 주변·말뚝 주변 뚫림전단 위험단면 설정과 b₀·kb0·ft·cotψ·cu 계산으로 유효깊이 d 검토 후 1방향 전단에서 말뚝 부분 절단 반력 분담을 고려해 Vu와 φVc 비교 • 휨 및 철근 설계: 말뚝 반력을 이용한 캔틸레버 판 휨모멘트 Mu 산정, φfyjd 분의 Mu로 요구 철근량 산출 후 최소철근비 및 3/4 As 규정을 반영해 양방향 동일 배근(D22 12본)으로 최종 배근 결정 |
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[132강] 말뚝기초 (3)
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말뚝기초 연결기초(스트랩·캔틸레버 기초) 설계 절차 정리
• 연결기초(스트랩·캔틸레버 기초) 개념: 외부·내부 기둥을 독립기초판(F1·F2)과 연결보로 일체 거동시키는 복합기초로, 외부기둥 편심 모멘트를 내부기초로 전달해 지반반력과 기초 형상을 합리화함 • 기초판 면적·지반반력·단면력 산정: 사용하중으로 기초판 면적과 형상 결정 후 허용지내력으로 F1·F2 치수 선정, 계수하중으로 반력(R1u·R2u)과 설계용 지반반력(qu, wu) 및 연속보 모델의 전단력·휨모멘트를 산정함 • 기초판·연결보 구조 설계: 설계용 토압에 대해 외부기초판 1방향 전단으로 두께(h)와 유효깊이(d)를 결정하고 휨설계로 주철근·온도철근을 산정하며, 연결보는 보 설계식으로 휨철근·전단철근(스터럽) 및 정착·연속 배근을 종합 설계함 |
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[133강] 말뚝기초 (4)
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무근콘크리트 독립기초판 설계 절차와 허용응력식 정리
• 무근콘크리트 독립기초 개념·기초판 치수 결정: 철근을 사용하지 않는 독립기초판에 허용응력 설계법을 적용하여 지반 허용지지력으로 필요 면적을 산정하고 정사각형 기초판·기둥 치수를 선정하는 절차 정리 • 계수하중·설계용 토압 및 두께 설계: 강도설계용 계수하중 조합으로 설계 토압(Qs)을 산정하고 기둥면 위험단면 휨모멘트에 대해 허용휨응력식과 강도감소계수(φ=0.55)를 사용해 기초판 두께를 결정하는 방법 정리 • 전단·지압 검토 및 무근기초 설계 특징: 1방향 전단·2방향(뚫림) 전단·지압에 대한 허용전단·지압 응력식과 위험단면 정의, 공칭강도와 설계강도(φVn, φPnb) 비교 절차 및 무근기초에서 휨이 두께 지배 요소가 되는 설계 흐름 정리 |
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| 11장. 옹벽설계 | ||
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[134강] 옹벽설계 개요. 횡방향 토압 (1)
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철근콘크리트 옹벽설계 개요와 횡방향 토압, 토압계수 정리
• 옹벽 구조 개념: 중력식·캔틸레버식·부축벽식 형식과 적용 높이, 전도·미끄러짐·지지지반·토압 하중조합을 포함한 안정 설계 검토 체계 • 흙의 전단강도 개념: 모어-쿨롱 전단강도식(τ = c + σn tanφ), 안식각·내부 마찰각·점착력과 주응력(σ1, σ3) 관계를 통한 토압 이론 기초 • 주동·수동·정지토압 및 토압계수: 주동·수동·정지토압 정의, 토압계수 K = σ3/σ1, Ka·Kp·K0 일반식과 c=0 시 역수·크기 관계(Kp > K0 > Ka)를 활용한 횡방향 토압 산정 구조 |
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[135강] 횡방향 토압 (2). 옹벽설계에 대한 검토 (1)
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옹벽 토압·설계 검토 및 안정성 검토 핵심 정리
• 토압·유효높이·주동토압계수 개념: 점착력 반영 유효높이·유효깊이로 주동토압 합력·분포를 계산하고, 토질정수(φ, c, γ)와 배면·지표 경사, 벽-흙 마찰을 고려한 주동토압계수 K_A 및 설계표를 활용해 토압 크기·작용점을 산정함 • 옹벽 부재 설계(앞굽판·뒷굽판·벽체): 강도설계법에 따라 계수하중 조합으로 휨·전단·축력에 대한 소요강도를 산정하고, 앞·뒷굽판 캔틸레버 위험단면 설정, 상·하향 토압 취급, 자중·상재하중 계수, 벽체 철근 배근·정착·피복두께 기준을 적용해 단면과 철근 상세를 결정함 • 안정성 검토(전도·미끄러짐·접지압): 사용하중 기반으로 전도모멘트와 저항모멘트 조건(M_R ≥ 2M_0), 마찰력·수동토압을 포함한 미끄러짐 안전조건((Wμ+P_v) ≥ 1.5P_a), 기초판 최대 접지압 q_1 ≤ 허용지내력 q_a 검토를 수행하고, 기초 매입 깊이·마찰계수·허용지내력 등 규준값을 이용해 전체 옹벽 안정성을 평가함 |
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[136강] 옹벽설계에 대한 검토 (2)
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중력식 옹벽 예제 11-1 설계 및 안정성 검토 정리
• 중력식 옹벽 기본 조건·토압 산정: 옹벽 형상·매입깊이·흙의 단위중량·상재하중·내부마찰각을 설정하고 Rankine식으로 주동·수동토압계수(K_a, K_p)와 주동·수동토압 합력(P_a, P_v)을 분해·계산함 • 전도·미끄러짐 안정성 검토: 옹벽 단면을 분할해 자중(W_i)과 도심 위치로 저항 모멘트(M_R)를 구하고 전도 모멘트(M_0)와 비교(M_R ≥ 2M_0), 기초면 마찰력과 수동토압을 합산해 활동력 대비 미끄러짐 안전조건 Wμ + P_v ≥ 1.5P_a를 검토함 • 지내력(접지압) 검토: 기초 중심 기준 등가 모멘트(M = M_0 − M_R + W·L/2)를 이용해 최대 접지압 q_1 = W/L + 6M/L²을 산정하고 허용지내력 q_a와 비교(q_1 ≤ q_a)하여 전도·미끄러짐·지내력 측면에서 옹벽 단면의 종합 안정성 여부를 판단함 |
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[137강] 옹벽설계에 대한 검토 (3)
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캔틸레버 옹벽 예제 11-2 설계 절차와 안정성 검토 핵심 정리
• 캔틸레버 옹벽 설계 개념: 내부마찰각·단위중량 기반 주동·수동토압 계수(KA, KP) 산정 후 주동·수동토압 합력(PA, PV)과 옹벽·상부 흙 자중(W)을 도형 분할·도심 위치로 구조화 계산 • 안정성 검토 절차: 미끄러짐 방지식 Wμ+PV≥1.5(PA1+PA2)로 뒷구판 길이 결정, 전도 모멘트 조건 MR≥2M0로 앞구판 길이 검토, 토압 작용점·자중 모멘트 합성으로 저항·전도 모멘트 산정 • 접지압 및 최종 설계: 기초판 길이 L, 합력 모멘트 M을 이용한 q1=W/L+6M/L²와 허용 지내력 qa 비교로 지내력 검토 수행, 앞구판·뒷구판 길이와 벽체 형상이 미끄러짐·전도·지내력 기준을 동시에 만족하도록 최종 결정 |
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[138강] 옹벽설계에 대한 검토 (4)
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뒷구판·앞구판 기초판 전단·휨 설계 및 철근 배근
• 기초판 단면·유효깊이 및 하중계수: 두께·유효깊이 산정과 고정·활·감소하중 계수 적용으로 뒷구판 개수등분포하중 및 앞구판 접지압 분포·하중조합 결정 • 전단 설계와 위험단면: 벽면·유효깊이 D 이격 위치에서 1m 폭 기준 전단력 Vu 산정 후 콘크리트 전단강도 ϕVc와 비교하여 두께 적정성·전단철근 필요성 검토 • 휨 설계와 철근 배근·최소철근비: 사다리꼴 하중의 설계모멘트 Mu 산정, 강도설계식으로 요구 As 계산 후 D19·D13 등 철근 직경·간격(D19@140, D13@250) 결정 및 최소철근비·3/4 As 완화 규정 적용 |
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[139강] 옹벽설계에 대한 검토 (5)
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옹벽 벽체 휨설계와 철근 배근 원리 요약
• 옹벽 벽체 휨설계 개념: 주동토압·상재하중 토압을 합성해 캔틸레버 보로 간주하고, 벽체 높이별 설계 휨모멘트 MU·단면두께 t·유효깊이 d를 산정해 구간별 요구 철근량 As를 계산하는 변단면 분할 설계 절차 • 수직 철근 배근 설계: 동일 직경 철근을 사용하고 구간별 요구 As에 따라 간격만 조정하며, 하부–중부–상부를 정수배 간격(예: 100–200–400mm)으로 배근해 경제성·시공성을 확보하고, 기초 정착 및 절단 위치에서 요구 연장길이(Y ≥ d, 12db 이상)를 확보하는 배근 전략 • 수평철근 및 상세 기준: 온도·수축철근으로서 최소철근비(0.002BD)와 간격 제한(벽 두께 3배 이하 및 400mm 이하)을 만족하도록 배근하고, 수직 주근·수평철근·연장·정착 조건을 통합해 옹벽 벽체 배근도를 구성하는 상세 설계 원리 |
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| 12장. 벽체설계 | ||
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[140강] 벽체의 개요. 내력벽의 설계 (1)
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철근콘크리트 벽체 종류와 내력벽 설계 기본사항 정리
• 철근콘크리트 벽체 종류: 칸막이벽·장막벽(비구조벽)과 내력벽·전단벽(구조벽)으로 구분하며, 구조기능·하중전달 여부에 따라 역할을 정의 • 내력벽·전단벽 개념: 내력벽은 연직하중을 지지하는 압축·휨 부재, 전단벽은 연직·횡하중을 함께 지지하는 내진 핵심 부재로, 벽식구조·샤프트·외벽 등에 배치해 하중전달·수평저항 기능 수행 • 내력벽 설계 기본사항: 압축재 설계법·실용설계법 조건, 유효 수평길이, 최소 수직·수평철근비, 철근 배근 간격·양면배근 기준, 내력·비내력·지하·기초벽 최소 두께 등 필수 설계 기준 정리 |
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[141강] 내력벽의 설계 (2)
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철근콘크리트 내력벽 실용설계법·압축재 설계 및 예제 12-1 정리
• 내력벽 실용설계법: 직사각형 일정 단면·합력의 중앙 1/3 내 작용 조건에서 경험식 $\phi P_{nw}=0.55\phi f_{ck}A_g[1-(kl_u/32h)^2]$로 세장효과를 포함한 설계축강도 산정 및 최소두께·유효길이·지압·축강도 검토와 최소 수직·수평철근비·배근 간격 검토 절차 정리 • 압축재 설계법: 단면 변화·편심 $e>h/6$·P–M 동시 고려가 필요한 내력벽을 기둥과 동일한 압축부재로 이상화하여 9장 기둥 설계법(단·장주 판정, 세장효과, P–M 상관도)에 따라 $\phi P_n$, $\phi M_n$ 검토하되 내력벽 최소 철근 규정은 유지 • 내력벽 횡보강근(띠철근) 조건: 수직철근비 ≤ 0.01 또는 수직철근을 압축철근으로 설계에 포함하지 않는 경우 기둥과 유사한 둘레 띠철근을 생략하고 최소 수평철근만으로 전단·구속 기능을 대체하는 실무적 배근 기준 정리 |
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[142강] 전단벽 설계 (1)
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전단벽 설계: 거동, 전단강도, 최소 전단보강 정리
• 전단벽 거동·배치 개념: 캔틸레버 거동, 수평하중에 대한 전단력·휨모멘트·축력 동시 전달, 슬래브를 통한 수평력 전달, 전단중심–하중 중심 관계와 대칭·편심 배치에 따른 비틀림 거동 및 위험단면 정의(lw/2, hw/2 기준) • 전단강도 및 설계식 체계: $V_u \le \phi V_n$, $V_n = V_c + V_s$ 기본식, 전단강도 상한식과 $\phi=0.75$ 적용, 축력·인장력·휨-전단균열을 고려한 콘크리트 전단강도 여러 실험식 중 최소값 채택, $V_s = A_{vh}f_y d/s_h$와 $A_{vh}$ 산정 절차를 통한 수평 전단보강 설계 • 최소 전단보강 및 상세 기준: $V_u/\phi V_c$ 구간별( <1/2, 1/2~1, >1 ) 전단보강 필요성 구분, 내력벽 최소 수직·수평철근비와 전단 최소보강 철근비(ρh, ρl) 관계(ρl ≤ ρh), 수평·수직 전단보강근 간격 제한($s_h$, $s_v$)을 포함한 종합 전단 설계·상세 기준 정리 |
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[143강] 전단벽 설계 (2)
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전단벽 휨설계: 축하중, 편심, 공칭모멘트 식 정리
• 전단벽 휨·축력 거동 해석: 평면유지 가정과 등가응력블록을 이용해 중립축 깊이 c(식 12.17)와 P‑M 상관을 반영한 변형률·응력 분포 및 내력 평형 관계 정리 • 공칭휨강도 산정 절차: 축하중·편심을 고려한 중립축모멘트 구성요소 M1~M4(식 12.18)로부터 공칭모멘트식 Mn(식 12.20)을 유도하고, 부족 시 벽 양단부 추가 인장철근 A_s* 설계식(식 12.22) 적용 • 전단보강근 최소철근비: 수평·수직 전단보강근 최소 철근비와 배근 간격 기준(식 12.10~12.14)을 통해 전단벽의 기본 휨강도 확보 및 실무 설계 시 전단·휨 요구 동시 만족 조건 정리 |
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[144강] 전단벽 설계 (3)
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전단벽 설계 예제 12.2 해설 및 전단·휨 보강 설계 정리
• 전단벽 휨강도 간이식 및 중립축 개념: c/Lw ≪ 1 전단벽에서 β1 ≈ 1, (c/Lw)² ≈ 0 가정으로 φMn = φ·0.5(A_s f_y + N_u)(L_w – c) 간이식 적용 조건과 중립축거리 c 산정 정리 • 전단 설계 및 전단보강근·철근비 설계: V_n 상한 검토, φV_c와 V_u 비교로 전단보강 필요성 판단, (A_vh/s_h) = (V_u − φV_c)/(φ f_y d)로 수평 전단보강근 설계 후 ρ_h·ρ_l·최소 철근비 및 간격 제한 조건을 이용한 수평·수직 철근비 및 전단보강 정리 • 휨 설계와 추가 휨철근 설계 절차: 수직 전단보강근을 휨철근 A_s로 사용해 c와 φMn 산정 후 M_U와 비교로 휨 부족분 도출, A_s,추가 = (M_U − φM_n)/(φ f_y z)로 추가 휨철근량·직경·배근 위치(단부 집중 배근) 결정 구조 정리 |
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이은진 교수님
철근콘크리트 구조 통합과정
