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강구조(철골구조)Ⅱ (KBC 2016)
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 4개 챕터, 50강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 8장. 조합력을 받는 부재 | ||
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[1강] 조합력을 받는 부재 (1)
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조합력을 받는 부재: 2차 효과와 모멘트 증폭계수
• 보-기둥 부재: 휨모멘트와 축방향 압축력을 동시에 받는 부재의 정의 및 설계 원리 • 2차 효과 (P-δ 및 P-Δ): 축력과 변위의 상호작용으로 발생하는 추가 모멘트로, 부재효과(P-δ)와 골조효과(P-Δ)로 구분 • 모멘트 증폭계수 (B₁, B₂): 2차 효과를 설계에 반영하기 위해 1차 해석 모멘트를 증폭시키는 계수 |
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[2강] 조합력을 받는 부재 (2)
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조합력을 받는 부재의 모멘트 증폭계수 B1, B2
• 모멘트 증폭계수 (B1, B2): 2차 효과(P-δ, P-Δ)를 반영하며 B1은 부재효과(횡구속), B2는 골조효과(비횡구속)를 고려하는 계수 • 등가모멘트계수 (Cm): B1 계수 산정 시 모멘트 분포(단곡률/복곡률) 효과를 반영하는 핵심 변수 • 소요휨강도 (Mr) 산정: B1, B2 계수를 이용해 1차 해석 모멘트(Mnt, Mlt)를 증폭시켜 최종 설계 모멘트 계산 |
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[3강] 조합력을 받는 부재 (3)
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조합력을 받는 부재의 모멘트 증폭계수 B1, B2 산정
• 모멘트 증폭계수 B1 : 횡구속 부재의 2차 효과(P-δ)를 반영하는 계수로, 등가모멘트계수(Cm)를 핵심으로 산정. • 모멘트 증폭계수 B2 : 비횡구속 골조의 횡변위(P-Δ) 효과를 반영하며, 층좌굴 및 층강성 개념을 기반으로 산정. • 소요강도 산정 : 1차 해석에 의한 모멘트(Mnt, Mlt)에 증폭계수 B1, B2를 각각 적용하여 최종 소요 휨강도(Mr) 및 축강도(Pr)를 조합. |
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[4강] 조합력을 받는 부재 (4)
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조합력을 받는 1축 및 2축 대칭단면부재의 설계
• 조합응력 상호작용식: 압축력과 휨을 동시에 받는 대칭단면 부재의 강도 검토를 위한 핵심 설계식 • 축력비 기반 공식 구분: 소요압축강도와 설계압축강도 비율($P_r/P_c$)이 0.2를 기준으로 적용하는 상호작용식의 계수가 결정됨 • 부재별 강도 산정: 조밀단면 단주는 항복·소성강도를, 일반 보-기둥은 좌굴 효과를 반영한 공칭강도를 적용 |
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[5강] 조합력을 받는 부재 예제 문제 풀이 (1)
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조합력을 받는 H형강 기둥 부재 예제 풀이
• 소요강도 산정: 모멘트 증폭계수(B₁)를 적용하여 축력이 휨모멘트에 미치는 2차 효과를 반영한 소요휨강도(Mr) 계산 • 설계강도 산정: 세장비에 따른 비탄성 좌굴을 고려한 설계압축강도(𝜙cPn)와 횡-비틀림 좌굴(LTB)을 고려한 설계휨강도(𝜙bMn) 산정 • 조합력 안전성 검토: 산정된 소요강도와 설계강도를 조합응력 상관관계식에 대입하여 부재의 최종 안전성 여부 판정 |
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[6강] 조합력을 받는 부재 예제 문제 풀이 (2)
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조합력을 받는 부재의 적합성 검토 예제 풀이
• 모멘트 증폭계수(B₁, B₂) 산정: 횡변이 및 비횡변이 골조의 2차 효과(P-δ, P-Δ)를 반영하여 소요강도(Pr, Mr)를 계산하는 절차 • 설계강도(𝜙c Pn, 𝜙b Mn) 산정: 세장비에 따른 비탄성 좌굴 및 횡-비틀림 좌굴(LTB) 여부를 검토하여 부재의 압축 및 휨 저항 성능을 결정 • 조합응력 상호작용 검토: 산정된 소요강도와 설계강도를 축력비에 맞는 상호작용식에 대입하여 부재의 최종 안전성 및 적합성을 판정 |
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[7강] 조합력을 받는 부재 (5)
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강구조 조합력을 받는 부재 인장 휨 압축 설계 및 예제
• 인장력 및 휨 조합 상호작용: 소요·설계강도 비율 기반 상관관계식 적용 및 인장력에 의한 휨강성 증가분 Cb 계수 반영 • 1축 휨 및 압축 대안 설계: 면내 불안정 및 면외좌굴 한계상태의 독립적 분석과 비선형 상호작용식 활용 • 구조 부재 성능 검토: H형강 조밀단면 판정, 횡비틀림좌굴 구간별 강도 산출 및 소성모멘트 기반 설계 한계 설정 |
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[8강] 조합력을 받는 부재 연습 문제 풀이 (1)
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조합력을 받는 부재의 모멘트 증폭계수 및 상호작용 곡선
• 모멘트 증폭계수 ($B_1$): 횡변위 없는 보-기둥에서 축력비($P/P_e$) 증가에 따른 휨모멘트의 비선형적 증폭 효과를 산정하는 계수. • 축압축력-휨모멘트 상호작용 곡선: 설계압축강도(${\phi}P_n$)와 설계휨강도(${\phi}M_n$)를 조합하여 부재가 저항 가능한 힘의 한계 범위를 나타내는 관계식. • 부재 길이와 강도 관계: 부재 길이가 증가하면 세장비 및 비지지길이가 커져 좌굴 발생 가능성이 높아지므로 설계압축강도와 설계휨강도가 모두 감소. |
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[9강] 조합력을 받는 부재 연습 문제 풀이 (2)
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조합력을 받는 압연 H형강 기둥의 안전성 검토
• 기둥 좌굴강도: 강축과 약축 세장비를 비교하여 지배축을 결정하고, 비탄성 좌굴 임계응력($F_{cr}$)을 통해 설계압축강도($\phi_c P_n$)를 산정 • 횡-비틀림 좌굴(LTB) 강도: 비지지길이($L_b$)와 모멘트 수정계수($C_b$)를 고려하여 비탄성 영역의 공칭휨강도($M_n$)를 산정 • 조합응력 상호작용식: 축력비에 따라 적용식을 선택하여 압축과 휨의 조합 효과에 대한 최종 안전성을 검토 |
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[10강] 조합력을 받는 부재 연습 문제 풀이 (3)
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조합력을 받는 2축 휨 부재의 안전성 검토 문제 풀이
• 소요강도 산정: LRFD 하중 조합과 모멘트 증폭계수($B_1$)를 적용하여 소요압축강도($P_r$) 및 소요휨강도($M_{rx}, M_{ry}$) 계산 • 설계강도 산정: 세장비에 따른 압축부재 좌굴 및 비지지길이에 따른 횡 비틀림 좌굴(LTB)을 고려하여 설계압축강도($P_c$)와 설계휨강도($M_{cx}, M_{cy}$) 결정 • 조합력 안전성 검토: 축력비($P_r/P_c$)에 따라 적합한 상관관계식을 선택하고, 계산된 소요강도와 설계강도를 대입하여 최종 안전 여부 판정 |
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[11강] 조합력을 받는 부재 연습 문제 풀이 (4)
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조합력을 받는 트러스 부재의 적합성 검토
• 조합력 부재 적합성 검토: 소요강도(축력, 휨)와 설계강도(압축, 휨)를 각각 산정한 후, 상관관계식을 통해 최종 안전성을 평가하는 절차 • 모멘트 증폭계수($B_1$): 축력과 휨의 조합 작용 시 발생하는 2차 효과(P-δ 효과)를 반영하여 소요 휨강도를 조정하는 계수 • 설계 휨강도($M_c$) 산정: 소성 모멘트, 국부좌굴, 횡비틀림좌굴 등 한계상태를 검토하여 부재의 휨 저항 성능을 결정하는 과정 |
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[12강] 조합력을 받는 부재 연습 문제 풀이 (5)
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조합력(인장+휨) 부재 및 비틀림 강도 설계 예제 풀이
• 조합력(인장+휨) 부재 검토: 인장력의 휨강성 증가 효과(Tension Stiffening)를 모멘트계수($C_b$)에 반영하여 설계휨강도를 산정하는 절차 • 비틀림 강도 설계: 단면 형상에 따라 결정되는 임계비틀림응력($F_{cr}$)과 비틀림 상수($C$)를 이용해 설계비틀림강도($\phi_T T_n$)를 계산 • 각형 및 원형강관 비틀림 강도: 각형은 판폭두께비, 원형은 길이·직경 및 항복강도 60% 상한값을 적용하여 임계비틀림응력($F_{cr}$)을 결정 |
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| 9장. 합성부재 | ||
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[13강] 합성재
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합성재의 개념, 구조제한 및 합성슬래브 설계
• 합성부재 개요 및 구조제한: 강재와 콘크리트를 일체화한 부재로, 재료 강도(콘크리트 압축강도, 강재 항복강도)에 대한 제한 규정을 준수해야 함. • 데크플레이트의 역할: 콘크리트 타설 시 영구 거푸집으로 기능하며, 경화 후에는 합성슬래브 단면의 인장보강재 역할을 수행함. • 합성슬래브 한계상태설계: 전단부착파괴와 휨파괴 두 한계상태를 검토하며, 정모멘트와 부모멘트 구간의 응력분포를 구분하여 휨강도를 산정함. |
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[14강] 합성재 예제 문제 풀이 (1)
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합성 데크플레이트 슬래브 설계 예제 풀이
• 합성 데크플레이트 슬래브 설계 절차: 시공 단계(허용응력설계)와 사용 단계(강도설계)로 구분하여 안전성을 검토하는 2단계 구조. • 시공 시 데크플레이트 검토: 데크플레이트를 단순보로 가정, 허용응력설계법을 적용하여 휨응력과 처짐의 안전성 확인. • 사용 시 합성슬래브 검토: 강도설계법에 따라 소요휨강도(Mu)와 설계휨강도(ΦbMn)를 비교, 등가응력블록 깊이(a)를 이용해 설계휨강도 산정. |
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[15강] 합성보 (1)
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합성보의 종류, 거동 원리 및 완전/불완전 합성
• 합성보: 강재보와 콘크리트 슬래브를 결합한 부재로, 강재 노출 여부에 따라 노출형과 매입형으로 구분. • 강재앵커(전단연결재): 강재보와 콘크리트 사이의 수평전단력에 저항하여 두 부재의 일체 거동을 구현하는 핵심 요소. • 완전·불완전 합성보: 강재앵커의 수량에 따라 결정되는 합성 정도로, 보의 최대 내력 발휘 여부를 구분. |
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[16강] 합성보 (2)
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합성보의 유효폭 계산 및 강재앵커 설계
• 합성보 유효폭: 강재보의 압축력에 저항하는 콘크리트 슬래브의 유효 폭으로, 보 위치(내부/외부)에 따른 기준 중 최솟값으로 산정. • 수평전단력 설계: 정모멘트(콘크리트 압괴, 강재 항복)와 부모멘트(철근 항복) 구간의 한계상태에 따라 강재앵커가 저항할 총 수평전단력을 결정. • 강재앵커 개수 및 구조제한: 산출된 수평전단력을 앵커 1개의 공칭강도로 나누어 소요 개수를 산정하고, 피치·지름·높이 등 구조 규정을 준수. |
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[17강] 합성보 (3)
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노출형 합성보의 정모멘트 및 부모멘트 설계휨강도
• 노출형 합성보 설계 원리: 정모멘트와 부모멘트 구간으로 나누어 강재 웨브가 조밀단면일 경우, 소성응력분포를 가정하여 설계휨강도를 산정. • 정모멘트 설계휨강도: 콘크리트 압축력(C)을 유효압축강도와 전단연결재 강도 등을 고려해 결정하고, 소성중립축 위치에 관계없이 통합된 식으로 공칭휨강도(Mn) 산정. • 부모멘트 설계휨강도: 조밀단면, 횡지지, 강재앵커 설치 등 특정 조건 만족 시, 슬래브 유효폭 내 주철근의 인장력(T)을 반영한 소성응력분포로 공칭휨강도(Mn) 계산. |
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[18강] 합성보 (4)
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합성보 설계: 불완전합성, 매입형, 전단 및 처짐
• 불완전합성보 유효단면: 강재앵커 강도($\sum Q_n$)와 완전합성 압축력($C_f$) 비율로 미끄러짐 효과를 반영하여 유효단면2차모멘트($I_e$) 산정 • 매입형 합성보 설계강도: 횡좌굴이 방지되므로 휨강도는 강재 소성모멘트 또는 합성단면으로, 전단강도는 강재 웨브, 철근콘크리트, 또는 둘의 조합으로 계산 • 합성보 처짐 계산: 콘크리트 경화 전 하중은 강재 단면($I_s$)으로, 경화 후 하중은 유효합성단면($I_e$)으로 분리하여 시공 단계를 고려한 총 처짐 검토 |
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[19강] 합성보 (5)
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합성보 설계 흐름도: 노출형과 매입형 비교
• 노출형 합성보 설계: 단면 가정 후 소요강도($R_u$) 이상이 되도록 휨·전단·처짐을 순차 검토하는 반복 과정으로, 전단강도는 강재 웨브(web) 단면만으로 산정. • 매입형 합성보 설계: 노출형과 설계 흐름은 유사하나, 전단강도는 강재 단면, 콘크리트 단면, 또는 강재 웨브와 철근의 조합 중 선택하여 산정. • 합성보 휨강도 산정 원리: 소성응력분포를 기반으로 정모멘트(콘크리트 압축)와 부모멘트(철근 인장) 구간의 힘의 평형($C=T$)을 적용하여 계산. |
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[20강] 합성부재 예제 문제 풀이 (1)
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합성보 예제 풀이: 유효폭, 도심, 소성중립축, 환산단면2차모멘트
• 슬래브 유효폭: 보 중심 간 거리와 보 스팬의 1/4 중 작은 값으로 합성 거동 폭을 결정하는 절차. • 합성 단면의 도심 및 소성중립축: 탄성계수비를 이용한 환산 단면으로 도심을 계산하고, 압축력-인장력 평형(C=T) 조건으로 소성중립축을 산정. • 환산 단면2차모멘트: 환산된 합성 단면의 도심축에 대해 평행축 정리를 적용하여 단면의 휨 강성을 계산. |
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[21강] 합성부재 예제 문제 풀이 (2)
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합성부재 스터드 앵커 설계 및 휨강도 검토 예제
• 스터드 앵커 공칭강도 ($q_n$): 콘크리트 압괴강도와 스터드 전단파괴강도 중 최소값으로 결정하며, 데크플레이트 조건에 따라 강도감소계수($R_g, R_p$)를 적용. • 수평전단력($V_s$) 및 앵커 간격: 강재 항복강도와 콘크리트 압축강도 중 작은 값으로 수평전단력을 산정하고, 완전/부분 합성 조건에 따라 앵커 개수와 간격을 결정. • 합성보 설계휨강도($\phi_b M_n$): 합성 정도에 따른 유효압축력($C_e$)을 기준으로 소성중립축(PNA) 위치를 결정하고, 소성응력분포법으로 휨강도 안전성 검토. |
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[22강] 합성기둥 (1)
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매입형 합성기둥의 종류, 구조제한 및 강도 설계
• 매입형 합성기둥 구조제한: 강재비(1% 이상), 최소철근비(0.004 이상) 등 강재, 철근, 피복에 대한 5가지 설계 필수 요건 • 매입형 합성기둥 압축강도: 공칭압축강도($P_{no}$)와 유효강성($EI_{eff}$) 기반 오일러 좌굴하중($P_e$)을 통해 세장비에 따른 강도를 산정하는 절차 • 인장·전단강도 및 힘 전달: 강재·철근 기반 인장·전단강도 산정 및 직접 지압·전단 접합·부착을 통한 강재와 콘크리트 간 힘 전달 메커니즘 |
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[23강] 합성기둥 (2)
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충전형 합성기둥의 개념, 구조제한 및 설계 강도
• 충전형 합성기둥: 내부 콘크리트 충전으로 강관의 국부좌굴을 억제하여 완화된 폭두께비 제한을 적용하는 구조. • 충전형 합성기둥 압축강도: 단면 폭두께비에 따라 조밀·비조밀·세장 단면으로 분류하여 공칭압축강도를 산정하는 방식. • 합성기둥 설계 흐름: 단면 가정 후 구조 제한 검토, 유효강성 및 설계압축강도 계산, 최종 안전성 검증을 순차적으로 수행하는 절차. |
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[24강] 합성부재 예제 문제 풀이 (3)
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매입형 합성기둥의 재료, 단면 성질 및 구조 제한 검토
• 매입형 합성기둥 재료 및 단면 성질: 강재, 철근, 콘크리트의 재료 강도를 정의하고 각 요소의 단면적과 단면 2차 모멘트 계산 • 평행축 정리: 분산 배치된 보강 철근의 전체 단면 2차 모멘트($I_{sr}$)를 계산하는 핵심 원리 • 구조 제한 규정: 강재 코어 최소 단면적비(1%), 길이방향 철근 최소비(0.4%), 횡방향 철근 간격 등 설계 기준 적합성 검토 |
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[25강] 합성부재 예제 문제 풀이 (4)
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매입형 합성기둥 강도 검토 및 스터드 앵커 설계
• 매입형 합성기둥 강도: 소요압축강도($P_U$)와 좌굴을 고려한 설계압축강도($\phi P_n$)를 비교하여 안전성을 검토하는 절차. • 유효강성($EI_{eff}$): 강재, 철근, 콘크리트의 휨강성을 합산하여 산정하며, 강재 단면적 비율에 따른 계수($C_1$)로 콘크리트 강성을 보정. • 스터드 앵커 설계: 강재가 부담할 하중 비율로 소요 전단강도($V_r'$)를 산정하고, 하중 도입부 길이 내에 필요한 앵커 개수와 간격을 결정. |
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[26강] 합성부재 예제 문제 풀이 (5)
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충전형 합성기둥 설계압축강도 계산 예제
• 충전형 합성기둥 설계압축강도: 구조 제한 검토, 유효강성(EIeff) 산정, 최종 강도 계산의 3단계 절차로 구성. • 유효강성(EIeff): 강재와 콘크리트의 강성 기여도를 합산하며, 콘크리트 강성에 보정계수(C3)를 적용하여 산정. • 단면 형상별 설계 변수: 원형·각형 강관에 따라 폭두께비 한계값(λp)과 최대압축강도 계수(C2)를 구분하여 적용. |
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[27강] 합성부재 연습 문제 풀이 (1)
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합성부재 단면 성능 및 스터드 앵커 설계 문제 풀이
• 합성단면 성능 산정: 탄성계수비(n)로 단면을 환산하여 슬래브 유효폭, 소성중립축(PNA), 단면 2차 모멘트 등 역학적 성능 계산 • 스터드 앵커 설계: 완전합성을 위한 수평전단력($V_s'$)과 감소계수($R_g, R_p$)를 고려한 앵커 공칭강도($Q_n$)를 바탕으로 소요 개수 산정 • 부분합성보 설계: 감소된 전단 연결재의 총 강도($\sum Q_n$)를 반영하여 강성이 저하된 유효단면 2차 모멘트($I_{eff}$)를 재산정 |
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[28강] 합성부재 연습 문제 풀이 (2)
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강구조 합성부재 완전 및 부분 합성 설계휨강도 검토
• 소요휨강도($M_u$) 산정: 고정·활하중 조합 및 보 부담폭 기반 계수선하중 변환과 단순보 휨모멘트 도출 과정 • 완전합성 설계휨강도: 소성중립축(PNA) 위치 판별 및 $d_1, d_2, d_3$ 파라미터 기반의 부재 안전성 검토 • 부분합성 설계휨강도: 전단연결재 강도($\sum Q_n$)에 따른 유효압축력 제한 및 중립축 이동 기반의 설계강도 산정 |
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[29강] 합성부재 연습 문제 풀이 (3)
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매입형 합성기둥의 축력에 대한 안전성 검토 문제 풀이
• 매입형 합성기둥 안전성 검토: 소요압축강도($P_u$)와 좌굴을 고려한 설계압축강도($\phi P_n$)를 비교하여 축력에 대한 부재 안전성을 판단하는 절차. • 유효강성($EI_{eff}$) 산정: 강재, 철근, 콘크리트의 단면 성능과 콘크리트 기여도 계수(C1)를 합성하여 탄성좌굴하중($P_e$) 계산의 기초를 마련. • 공칭압축강도($P_n$) 결정: 최대 공칭축강도($P_{n0}$)와 탄성좌굴하중($P_e$)의 비율에 따라 비탄성 좌굴 강도식을 적용하여 최종 압축 강도 산정. |
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[30강] 합성부재 연습 문제 풀이 (4)
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충전형 합성기둥 설계압축강도 문제 풀이
• 충전형 합성기둥 설계압축강도: 구조 제한 검토, 유효 휨강성(EIeff) 산정, 좌굴 거동 판단을 통해 공칭강도(Pn)를 계산하는 절차 • 단면 형상별 공칭 축강도(Pno) 산정: 원형강관은 구속효과(계수 C2>0.85)를, 각형강관은 기본값(C2=0.85)을 적용하여 콘크리트 강도 기여도를 구분 • 기둥 좌굴 거동 판정: 공칭 축강도(Pno)와 탄성좌굴강도(Pe)의 비율로 비탄성/탄성 좌굴을 구분하고, 해당 공식을 적용하여 최종 공칭강도(Pn)를 결정 |
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| 10장. 접합부 설계 | ||
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[31강] 접합부 설계 개요
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강구조 접합부 설계 개요: 종류, 성능, 설계법
• 강구조 접합부 성능별 분류: 휨모멘트 전달 여부에 따라 전단력만 전달하는 전단접합(단순접합)과 모멘트까지 전달하는 강접합(모멘트접합)으로 구분 • 접합부 소요강도 설계법: 계수하중에 의한 존재응력을 기준으로 하는 존재응력설계법과 피접합재 설계강도 전체를 사용하는 전강도설계법으로 산정 • 지압접합 사용 제한: 고층 구조물 기둥 이음, 대용량 크레인 등 충격·반복 하중이 발생하는 주요 접합부에는 용접 또는 마찰접합 적용 |
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[32강] 이음설계 (1)
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강구조 보 이음 설계: 존재응력설계법
• 보 이음 설계: 가공·운반·시공성을 위해 응력이 작은 변곡점 부근에 이음부를 설치하고 고장력볼트로 연결하는 절차 • 존재응력설계법: 이음부의 계수하중 존재응력($M_u, V_u$)과 부재설계강도 50% 중 큰 값을 소요강도로 산정하는 경제적 설계 방식 • 플랜지 및 웨브 이음부: 플랜지는 휨모멘트에 대한 소요인장강도($T_u$)를, 웨브는 전단력에 대한 소요전단강도($V_{wu}$)를 부담하도록 설계 |
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[33강] 이음설계 (2)
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보 이음 설계: 고장력볼트, 용접, 혼용 접합 방식
• 고장력볼트 접합: 플랜지(휨모멘트)와 웨브(전단력)가 저항하도록 이음판의 소요 단면적과 볼트 개수를 산정하는 방식 • 용접 접합: 플랜지와 웨브를 그루브 또는 필릿 용접으로 이음하며 모재와 동등 강도를 확보하는 전강도설계법을 적용 • 용접-고장력볼트 혼용 접합: 플랜지는 용접(휨모멘트), 웨브는 고장력볼트(전단력)로 역할을 분담하며 스캘롭 설치가 특징 |
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[34강] 접합부 설계 예제 문제 풀이 (1)
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강구조 보이음 설계, 존재응력설계법 예제 풀이
• 존재응력설계법: 이음부 소요강도를 실제 작용 응력(존재응력)과 부재 설계강도의 50% 중 큰 값으로 산정하는 설계 원리 • 플랜지 이음 설계: 소요휨강도를 인장력으로 변환하여 이음판의 총·순단면 인장강도와 고장력볼트 강도를 검토 • 웨브 이음 설계: 소요전단강도에 저항하도록 이음판의 총·순단면 전단강도와 고장력볼트 강도를 검토 |
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[35강] 이음설계 (3)
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강구조 기둥 이음 설계: 이음판 및 볼트 설계 방법
• 기둥 이음부 소요강도 산정: 계수하중에 의한 존재응력과 부재 설계강도의 50% 중 큰 값으로 내력 결정 • 플랜지 이음판 설계: 축력과 휨모멘트를 부담하며, 휨모멘트는 등가 축력으로 환산하여 적용 • 웨브 이음판 설계: 전단력 전체와 축력 일부를 부담하며, 총단면 항복 및 순단면 파단을 검토 |
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[36강] 접합부 설계 예제 문제 풀이 (2)
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기둥 이음부 설계: 고장력볼트 및 용접 접합
• 고장력볼트 접합 설계: 플랜지는 축력과 휨모멘트, 웨브는 전단력·축력·조합력을 검토하여 볼트 개수를 산정하는 방식. • 존재응력설계법: 계수하중에 의한 실제 힘과 부재 설계강도의 50% 중 큰 값을 이음부 소요강도로 사용하는 설계 기준. • 메탈터치 조건: 압축력을 받는 접합면에서 계수하중에 의한 압축력의 50%는 직접 전달되고, 나머지 50%만 이음부가 부담하는 설계 조건. |
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[37강] 접합부 설계 (1)
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강구조 접합부 설계: 종류, 특성 및 고려사항
• 강구조 접합부 유형: 모멘트 전달 능력에 따라 전단력만 전달하는 전단접합과 모멘트까지 전달하는 강접합으로 구분. • 기둥-보 접합부 설계: 보의 집중력으로 인한 기둥의 국부 파괴(국부휨, 웨브 크립플링 등)를 검토하고 스티프너 보강을 결정. • 접합부 설계 절차: 접합 종류 결정 후 소요강도를 산정하고, 설계강도가 이를 만족(설계강도≥소요강도)하도록 상세를 설계. |
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[38강] 접합부 설계 (2)
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강구조 전단접합 설계: 기둥-보 및 큰보-작은보 접합
• 전단접합(단순접합): 휨모멘트 저항 없이 전단력만 전달하도록 설계하는 접합 방식으로, 구조 해석 시 핀 절점으로 가정. • 접합부 설계 검토: 고장력볼트, 용접부, 이음판 등 접합부 구성요소의 강도가 소요전단강도를 초과하는지 검증. • 주요 한계상태: 접합부 안전성 확보를 위해 이음판의 전단항복, 전단파단, 블록전단파단 강도를 필수적으로 검토. |
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[39강] 접합부 설계 예제 문제 풀이 (3)
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고장력볼트 전단접합부 설계 예제 풀이
• 고장력볼트 강도 검토: 소요전단강도 확보를 위한 볼트의 미끄럼, 전단, 지압 강도 평가 • 피접합부재 강도 검토: 접합부의 전단 항복, 전단 파단, 블록 전단 파단 강도 계산 • 편심 접합부 조합응력: 전단력과 편심 모멘트 동시 작용 시 폼 미세스 응력을 이용한 안전성 평가 |
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[40강] 접합부 설계 (3)
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강접합(모멘트 접합) 설계 원리 및 예제 풀이
• 강접합(모멘트 접합) 설계: 보 단부의 휨모멘트와 전단력을 기둥에 전달하며, 플랜지는 모멘트를, 웨브는 전단력을 부담하는 접합 방식. • 보 웨브 접합부 설계: 소요전단강도($V_u$)에 대해 고장력볼트 미끄럼강도, 이음판 전단강도, 필릿용접 강도를 순차적으로 검토. • 기둥 집중하중점 보강: 보 플랜지의 집중하중($P_{uf}$)에 의한 기둥의 국부휨·항복·좌굴을 방지하기 위해 보강판(Stiffener) 설치. |
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[41강] 접합부 설계 (4)
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강구조 패널존의 전단강도 검토 및 보강 설계
• 패널존: 기둥-보 강접합부의 기둥 웨브 영역으로, 보의 휨모멘트와 기둥 전단력에 저항하는 핵심 부위. • 패널존 전단강도 산정: 기둥 축력(Pu) 수준에 따라 설계전단강도(ΦbRv)를 결정하고, 보 모멘트와 기둥 전단력을 고려하여 소요전단강도(Vu) 계산. • 패널존 보강 설계: 설계전단강도가 부족할 경우(ΦbRv < Vu), 2중 플레이트 또는 대각 스티프너를 적용하여 웨브의 유효 두께 및 강성 보강. |
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[42강] 주각부 설계
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강구조 주각부 설계: 베이스 플레이트 면적 및 두께 산정
• 강구조 주각부 설계: 기둥 하중을 기초에 안전하게 전달하고 지압파괴를 방지하기 위한 베이스 플레이트 설계 원리 • 베이스 플레이트 면적 산정: 콘크리트 설계지압강도를 이용하여 기둥의 소요축력에 저항하는 최소 소요 면적($A_1$) 계산 • 베이스 플레이트 두께 산정: 기초 상향 압력에 저항하기 위해 캔틸레버로 가정, 최대 유효길이($l$)를 적용하여 휨 저항 두께($t_{bp}$) 결정 |
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[43강] 접합부 설계 예제 문제 풀이 (4)
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중심축하중을 받는 주각부 베이스 플레이트 설계 예제
• 베이스 플레이트 크기 산정: 소요강도(Pu)와 지압강도를 이용해 필요 면적(A1)을 계산하고, 기둥 단면 치수(D, Bf)를 고려하여 최적 크기(B, N)를 결정하는 절차. • 설계 지압강도 검토: 결정된 플레이트 면적(A1)과 기초 콘크리트 면적(A2)을 기반으로 설계 지압강도(φc Pp)가 소요강도(Pu)를 초과하는지 확인하는 안전성 검증 단계. • 베이스 플레이트 두께 결정: 위험단면까지의 최대 거리(l = max(m, n, λn'))를 적용하여 휨모멘트에 저항하는 최종 필요 두께(t)를 산정하는 과정. |
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[44강] 접합부 설계 연습 문제 풀이 (1)
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H형강 보와 기둥의 플랜지 이음부 설계 문제 풀이
• 존재 응력 설계법: 실제 하중에 의한 존재응력과 부재 설계 강도의 50% 중 큰 값을 이음부 소요강도로 결정하는 설계 원리 • 보 이음부 플랜지 설계: 산정된 소요 인장 강도에 대해 고장력볼트의 미끄럼 강도와 이음판의 총단면 항복 및 순단면 파단 강도를 검토 • 기둥 이음부 플랜지 설계: 메탈터치 조건을 적용하여 존재응력 기반 소요 압축 강도를 50%로 조정하고 이음판은 총단면 항복만 검토 |
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[45강] 접합부 설계 연습 문제 풀이 (2)
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강구조 접합부 설계: 큰 보-작은 보 전단접합 문제 풀이
• 고장력볼트 설계미끄럼강도 : 표준구멍 및 2면 전단 조건을 적용해 볼트 총 설계미끄럼강도를 산출하고 소요전단력과 비교 검토 • 보 웨브 설계강도 : 전단항복, 전단파단, 블록전단파단 등 세 가지 파괴 모드를 고려하여 웨브의 설계강도를 계산하고 안전성 평가 • ㄱ형강(이음판) 설계강도 : 이음판의 전단항복, 전단파단, 블록전단파단 강도를 순차적으로 계산하여 접합부의 종합적인 안전성 확인 |
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[46강] 접합부 설계 연습 문제 풀이 (3)
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강구조 접합부 설계: 볼트 접합 및 주각부 문제 풀이
• 고장력볼트 마찰접합부 검토: 볼트 미끄럼강도, 모재의 전단항복/파단 및 블록전단파단 강도를 검토하여 접합부 안전성을 확보하는 절차 • 주각부 베이스 플레이트 크기 결정: 기둥 축하중을 견디는 콘크리트 지압강도를 기준으로 플레이트의 필요 면적을 산출하는 과정 • 베이스 플레이트 두께 결정: 플레이트 캔틸레버 작용에 의한 휨모멘트에 저항하도록 위험단면을 기준으로 필요 두께를 계산하는 설계 |
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| 11장. 트러스 | ||
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[47강] 트러스 개요. 트러스 형태와 부재설계
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강구조 트러스 개요, 형태 및 부재설계
• 트러스(Truss) 기본 원리 : 직선 부재를 삼각형으로 구성해 외부 하중을 부재의 축력(인장·압축)으로 저항하는 효율적 구조 시스템 • 평면 트러스 형태별 특징 : 프랫(사재 인장), 하우(사재 압축), 와렌(수직재 없음) 등 부재 배치에 따른 역학적 특성 구분 • 트러스 부재설계 핵심 요소 : 스팬에 따른 높이 산정, 사재 경사각(30°~60°), 면외 좌굴 방지를 위한 횡지지 계획이 필수적임 |
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[48강] 트러스의 접합부 설계
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트러스 접합부 설계: 고장력볼트, 용접, 거셋 플레이트
• 트러스 접합부 설계: 모든 부재 중심선을 한 절점에 일치시켜 편심모멘트를 방지하는 구조 설계. • 고장력볼트 및 용접 접합: 고장력볼트는 설계미끄럼강도로 개수 산정, 용접은 비대칭 단면의 도심을 고려해 필요 길이 계산. • 거셋 플레이트 설계: 볼트 개수나 용접 길이 확보를 위한 보강 부재로, 블록전단파단 및 인장강도 안전성 검토 필수. |
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[49강] 강관트러스 접합부. 중도리
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강관 트러스 접합부 및 중도리의 개념과 설계
• 강관 트러스 접합부: 하중 전달 방식에 따라 Y·K·X 이음으로 분류하며, 주관 소성화 및 뚫림전단 등의 한계상태를 검토하는 설계 방식 • 중도리: 지붕 트러스의 상현재 위에 설치되어 지붕 마감재를 지지하고 하중을 트러스에 전달하는 2차 부재 • 새그로드: 경사 지붕 중도리의 약축 방향 휨 강성을 보강하여 최대 모멘트와 처짐을 감소시키는 인장 부재 |
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[50강] 트러스 연습 문제 풀이
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트러스 접합부 설계: 용접 길이 및 고력볼트 개수 계산
• L형강 용접 설계 : 비대칭 단면의 도심 위치를 기준으로 하중을 분배하고 필릿 용접 길이를 산정하는 방법 • 고력볼트 마찰 접합부 설계 : 볼트 1개의 설계미끄럼 강도를 기준으로 소요강도를 만족하는 필요 볼트 개수 산정 • 거셋플레이트 인장강도 검토 : 총 단면 항복과 순 단면 파단 강도를 비교하여 더 불리한 값으로 설계인장강도를 결정하는 절차 |
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이은진 교수님
강구조(철골구조)Ⅱ (KBC 2016)
