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강구조(철골구조) 통합과정 (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 11개 챕터, 103강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 1장. 강구조의 개요 | ||
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[1강] 강구조의 개요
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강구조의 개요: 역사, 특징 및 발전
• 강구조 재료 특성: 높은 강도·인성·연성을 바탕으로 공장 제작 및 현장 조립하는 방식으로, 고층·장스팬 건축에 유리. • 강구조 핵심 설계 요소: 내화성, 부식, 좌굴 등 재료적 단점을 보완하고, 고력볼트 또는 용접을 이용한 접합부의 정밀한 설계가 요구됨. • 강구조 설계기준: 과거 허용응력도설계법에서 재료와 하중의 불확실성을 고려한 한계상태설계법(LRFD)으로 발전 및 표준화. |
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| 2장. 강재 | ||
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[2강] 강재의 개요. 강재의 제법. 강재의 화학적 성질
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강재의 개요, 제법 및 화학적 성질
• 강재 제법: 제선·제강·성형 3단계 공정으로 생산하며, 제강 시 탈산 정도에 따라 킬드강과 림드강으로 구분 • 강재 화학 성질: 탄소(C) 함량이 강도·연성·용접성을 결정하고, 망간(Mn)·크롬(Cr)·인(P) 등이 기계적 성질에 영향 • 강재 용접성 평가: 탄소당량($C_{eq} \le 0.44\%$)과 용접갈라짐 감수성조성($P_{CM} \le 0.3\%$)을 지표로 용접 적합성 판단 |
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[3강] 강재의 기계적 성질 (1)
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강재의 기계적 성질과 응력-변형도 곡선 분석
• 응력-변형도 곡선: 인장시험을 통해 얻는 강재의 기계적 거동 지표로, 탄성·소성·변형도경화·파괴 4개 영역으로 구성. • 항복강도 및 인장강도: 구조 설계의 기준이 되는 재료의 강도 지표로, 곡선의 항복점과 최대응력점으로 각각 정의. • 연성 및 인성: 파괴까지의 소성 변형 능력(연성)과 에너지 흡수 능력(인성)을 나타내는 지표로, 응력-변형도 곡선의 형태와 면적으로 평가. |
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[4강] 강재의 기계적 성질 (2)
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강재의 반복/충격하중 특성 및 온도 변화에 따른 성질
• 강재의 반복하중 거동: 소성 변형을 통한 에너지 흡수(내진설계)와 항복강도 이하 응력에서 발생하는 피로 파괴(S-N 곡선) 현상. • 러멜러 테어링: 열간압연 방향성으로 인해 판 두께 방향의 연성이 취약해져, 용접 수축 등 인장 응력 발생 시 층상으로 파괴되는 현상. • 온도에 따른 성질 변화: 고온에서 강도·강성 저하, 저온에서는 연성·인성 감소로 취성파괴 위험이 증가하는 상반된 기계적 특성. |
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[5강] 강재의 기계적 성질 (3)
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구조용 강재의 종류, 치수 표시법 및 재료 강도
• 구조용 강재 종류 및 강도: KS 규격에 따른 강재(SS, SM, SN) 분류와 최저인장강도($F_u$) 기반 명칭 체계 및 항복강도($F_y$) 정의 • 주요 형강 치수 표시법: H형강($H \times B \times t_1 \times t_2$), ㄱ형강, 강관 등 주요 강재의 단면 치수 표기 방식 • 재료 정수 및 항복 조건: 탄성계수(E), 푸아송비($\nu$) 등 주요 정수와 복합응력 상태의 폰 미세스(von Mises) 항복 조건 |
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| 3장. 설계개념 및 하중 | ||
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[6강] 설계개념 및 하중 (1)
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강구조 설계법: 허용응력설계법과 한계상태설계법의 비교
• 허용응력설계법(ASD): 탄성 이론 기반, 부재 최대응력이 안전율로 나눈 허용응력 이내로 제한하는 전통적 설계 방식. • 한계상태설계법(LSD): 확률/통계 기반, 저항계수(φ)와 하중계수(γ)를 적용하여 구조물의 저항능력(R)이 하중효과(Q)보다 크도록 설계하는 현대적 방식. • 강도 및 사용성 한계상태: 구조물 파괴 방지(소요강도 ≤ 설계강도)를 위한 강도한계상태와 과도한 변형·진동 제어를 위한 사용성한계상태로 구분하여 검토. |
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[7강] 설계개념 및 하중 (2)
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강구조 설계 하중의 종류와 활하중 저감 방법
• 강구조 설계 하중: 고정·활·적설·풍·지진하중으로 구분되며, 연직하중(고정, 활)과 횡하중(풍, 지진)으로 분류. • 활하중 저감: 영향면적 36㎡ 이상 시 저감계수(C)를 적용하며, 지지 층수 및 건물 용도에 따라 저감률 제한. • 지붕 활하중 저감: 부하면적(R1)과 지붕 물매(R2)에 따라 별도 저감계수를 적용하며, 영향면적법으로 부재별 하중 산정. |
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[8강] 설계개념 및 하중 (3)
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구조설계 특수하중과 강도한계상태설계법의 하중조합
• 강도한계상태설계법: 적설, 풍, 지진 등 특수 하중을 확률 통계적으로 조합하여 구조 안전성을 확보하는 설계 원리 • 하중조합: 건축구조기준(KBC)에 따라 고정·활·풍·지진하중을 조합하여 부재에 요구되는 최대 힘, 즉 소요강도를 산출하는 절차 • 소요강도와 설계강도: 하중조합으로 산출된 요구 성능(소요강도)이 강도감소계수를 적용한 부재의 저항 능력(설계강도)보다 작거나 같아야 하는(ΦPn ≥ Pu) 안전성 검토 기준 |
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| 4장. 접합의 기본 | ||
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[9강] 볼트접합의 일반사항
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강구조 볼트접합의 일반사항 및 파괴 형식
• 강구조 볼트접합: 피치·게이지·연단거리 등 볼트 배치 용어와 접합부의 기본 개념 정의 • 볼트접합 파괴 형식: 볼트의 전단·인장 파괴와 피접합판의 지압·연단·측단 파괴로 구분되는 주요 파괴 유형 • 볼트접합부 설계 강도: 연단·측단 파괴 방지를 위한 최소 거리 규정과 재료 강도를 기반으로 한 볼트의 공칭 전단·인장강도 산정 |
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[10강] 고장력볼트 접합 (1)
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고장력볼트 접합의 종류, 원리 및 기계적 성질
• 고장력볼트 접합: 높은 초기장력으로 응력을 전달하는 방식으로 마찰접합, 지압접합, 인장접합으로 분류. • 마찰접합 및 지압접합: 마찰접합은 접합면 마찰력으로, 지압접합은 볼트 전단력과 부재 지압으로 전단 하중에 저항. • 인장접합 및 볼트 등급: 인장접합은 볼트 축의 인장 내력으로 저항하며, F10T 등급은 볼트의 공칭 인장강도와 기계적 성질을 규정. |
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[11강] 고장력볼트 접합 (2)
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고장력볼트 접합 강도: 미끄럼, 인장/전단, 지압 강도 계산
• 설계미끄럼강도: 마찰접합의 미끄럼 한계상태 강도로, 볼트 구멍 종류(강도저항계수 φ), 마찰면 상태(미끄럼계수 μ), 필러 유무(필러계수 hf)를 반영하여 산정. • 설계인장·전단강도: 주로 지압접합의 인장·전단파단 한계상태 강도로, 공칭강도(Fn)와 볼트 공칭단면적(Ab)을 이용해 산정. • 설계지압강도: 접합판의 지압파단 한계상태 강도로, 구멍 변형 고려 여부에 따라 공칭지압강도(Rn)를 계산하여 전단강도와 비교. |
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[12강] 고장력볼트 접합 예제 문제 풀이 (1)
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고장력볼트 지압 및 마찰접합 설계강도 예제 풀이
• 지압접합 설계강도: 볼트의 설계전단강도와 구멍의 설계지압강도 중 작은 값으로 결정. • 마찰접합 설계강도: 설계미끄럼강도, 볼트 전단강도, 구멍 지압강도 중 가장 작은 값으로 결정. • 인장/전단 동시 작용 시 강도 검토: 지압접합은 감소된 공칭인장강도를, 마찰접합은 미끄럼강도에 감소계수(Ks)를 적용하여 안전성 평가. |
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[13강] 고장력볼트 접합 (3)
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고력볼트 접합의 마찰면 처리, 장력 및 조임 방법
• 고장력볼트 마찰면 처리: 숏블라스트 등으로 흑피를 제거하여 미끄럼계수(μ≥0.5)를 확보하는 접합 성능의 기본 조건 • 설계볼트장력과 표준볼트장력: 강도 계산 기준(To)과 시공 시 10% 할증된 조임 목표치(1.1To)로 구분되는 볼트 축력 • 고장력볼트 조임 방법: 너트회전법, 토크관리법, T.S.볼트법 등 표준볼트장력을 도입하기 위한 다양한 시공 기술 |
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[14강] 용접 (1)
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강구조 용접의 종류, 이음 형태 및 결함
• 강구조 용접: 강재를 국부적으로 용융시켜 일체화하는 접합 방식으로, 피복아크(SMAW)·서브머지드아크(SAW) 등 보호 방식에 따라 분류 • 용접 이음 형태: 부재 끝을 개선(groove)하여 접합하는 그루브용접과, 부재 모서리를 채워 접합하는 필릿용접으로 구분 • 용접 결함 및 검사: 라멜라테어링·언더컷·균열 등 주요 결함을 방지하고, 방사선(RT)·초음파(UT) 등 비파괴검사로 품질 확보 |
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[15강] 용접 (2)
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용접이음 도시법 및 접합부 설계
• 용접 기호 도시법: 지시선, 기선, 보조 기호를 이용해 용접 종류, 사이즈, 길이 등 정보를 도면에 표기하는 규약. • 용접 유효면적 산정: 그루브 및 필릿용접의 유효목두께와 유효길이를 계산하고 판 두께 기반 사이즈 제한 규정을 적용하는 절차. • 용접접합부 설계강도: 모재와 용접재의 강도를 각각 산출한 후, 더 작은 값으로 최종 접합부 성능을 결정하는 원리. |
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[16강] 용접 예제 문제 풀이 (1)
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강구조 용접 이음 설계 예제 풀이
• 용접 이음 도시법: 필릿(△) 및 그루브(V) 용접 정보를 지시선과 기준선을 이용해 사이즈(S)-길이(L)-간격(P) 순서로 표기하는 규칙. • 필릿 용접 설계강도($\phi R_n$): 모재 두께(T)로 결정된 필릿 사이즈(S)와 유효면적($A_w$)을 통해 이음부 안전성($\phi R_n \ge P_u$)을 검토하는 핵심 지표. • 편심 고려 용접 길이 산정: 부재 도심을 기준으로 모멘트 평형을 만족하도록 총 유효 용접 길이를 배분하여 접합부 편심을 방지하는 설계. |
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[17강] 용접 예제 문제 풀이 (2), 용접 (3)
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필릿용접 예제 풀이 및 병용접합의 개념
• 필릿용접 설계: 계수하중과 모재 두께를 기준으로 필릿사이즈를 결정하고 소요 유효용접길이를 산출하는 절차. • 조합응력 필릿용접: 편심 하중으로 발생하는 전단응력과 휨응력을 계산, 벡터 합으로 조합하여 안전성을 검토. • 병용접합 원리: 고장력볼트와 용접 병용 시 강성이 큰 쪽이 전내력을 부담하며, 시공 순서에 따라 설계법이 결정됨. |
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[18강] 용접 연습 문제 풀이 (1)
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강구조 접합부 설계: 용접 및 고장력볼트 문제풀이
• 필릿 용접부 설계강도: 소요강도를 만족하도록 용접재 강도와 유효목두께를 기반으로 유효용접길이를 산정하는 절차 • 고장력볼트 마찰접합부 설계강도: 설계 미끄럼강도, 전단강도, 지압강도를 각각 산정하여 그중 최솟값으로 접합부 성능을 결정 • 고장력볼트 필요 개수 산정: 소요강도를 볼트 1개당 최저 설계강도(미끄럼, 전단, 지압 중 지배)로 나누어 접합에 필요한 수량을 결정 |
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[19강] 용접 연습 문제 풀이 (2)
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강구조 용접 접합부 설계: 볼트 조합응력 및 용접 기호
• 고장력볼트 조합응력: 인장과 전단 동시 작용 시, 전단응력을 고려한 수정 공칭인장강도($f'_{nt}$)를 적용하여 안전성을 검토하는 원리 • 편심 하중 필릿용접부: 용접 그룹을 단일 단면으로 간주하여 단면적($A_w$)과 단면계수($S_w$)를 산출하고 휨-전단 조합응력을 계산하는 방법 • 그루브 용접 기호: 지시선·기선·꼬리를 이용해 V형·베벨형 등 개선 형태, 루트 간격, 현장 용접 여부 등 시공 정보를 표기하는 체계 |
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| 5장. 인장재 | ||
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[20강] 인장재 개요. 순단면적
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강구조 인장재의 개요 및 순단면적 계산
• 인장재 한계상태 설계: 총단면의 항복과 구멍이 있는 순단면의 파단, 두 가지 파괴 모드를 검토하는 원리 • 순단면적 계산: 볼트 배열(정렬·엇모)에 따라 총단면적에서 구멍 결손을 빼고 대각선 파단 경로를 보정하는 절차 • ㄱ형강 순단면적: 단면을 가상 평면으로 펼친 후 게이지(g) 거리를 보정하여 순단면적을 산정하는 방법 |
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[21강] 인장재 예제 문제 풀이 (1)
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인장재 순단면적($A_n$) 계산 예제 풀이
• 인장재 순단면적($A_n$): 총단면적($A_g$)에서 파단선 상의 볼트 구멍 면적을 제외한 유효 단면적으로, 모든 잠재적 파단 경로 중 최소값을 적용. • 엇모배치 순단면적 계산: 대각선 파단 경로를 포함하는 경우, 구멍 단면적을 뺀 값에 보정항($\sum \frac{s^2}{4g}t$)을 더하여 순단면적을 산정. • ㄱ형강 순단면적: 부재를 평면으로 펼친 전개도를 기준으로 게이지 거리(g)를 정확히 산정하여 파단선을 검토하고 순단면적을 계산. |
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[22강] 유효순단면적
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강구조 인장재의 유효순단면적과 전단지연
• 전단지연: 인장재의 일부만 접합 시 발생하는 편심으로 인한 불균등 응력 분포 현상. • 전단지연계수(U): 접합부 길이(l)와 편심 거리(x̄)의 관계로 산정하는 전단지연 보정 계수. • 유효순단면적(Ae): 순단면적(An)에 전단지연계수(U)를 곱하여 구하는 실제 유효 단면적. |
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[23강] 블록전단파단, 인장재의 설계
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블록전단파단 강도 계산 및 인장재 설계 원리
• 블록전단파단 강도: 전단 항복/파단과 인장 파단이 조합된 파괴 형태로, 전단 및 인장 순단면적을 이용해 공칭강도($R_n$)를 계산하는 접합부 설계 원리 • 인장재 설계 강도: 총단면 항복($\phi_t=0.9$)과 유효순단면 파단($\phi_t=0.75$)의 두 한계상태를 검토하여 더 작은 값으로 공칭인장강도($P_n$)를 결정 • 인장재 종합 설계 원칙: 총단면 항복, 유효순단면 파단, 블록전단파단 및 접합부 강도를 모두 검토하여 가장 작은 값을 최종 설계 강도로 채택 |
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[24강] 인장재 예제 문제 풀이 (2)
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인장재 설계강도 산정 예제 풀이 (H형강, ㄱ형강)
• 인장재 설계강도: 총단면 항복, 유효순단면 파단, 블록전단파단 세 가지 파괴 모드의 강도 중 최솟값으로 결정하는 설계 원리. • 유효순단면 파단강도: 전단지연계수(U)를 적용하여 편심 하중 효과를 반영한 유효순단면적(Ae)을 산정하는 절차. • 블록전단파단 강도: 전단 항복-인장 파단 조합과 전단 파단-인장 파단 조합을 비교하여 공칭강도를 결정하는 접합부 파괴 검토. |
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[25강] 인장재 예제 문제 풀이 (3)
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인장재 설계인장강도 계산 예제 풀이
• 인장재 설계인장강도: 총단면 항복, 순단면 파단, 블록전단 파단의 세 가지 파괴 모드를 검토하여 가장 작은 값으로 결정 • 유효순단면적 산정: 접합부 전단 지연 현상(Shear Lag)을 고려하여 순단면적에 전단지연계수(U)를 적용하는 계산 절차 • 블록전단 파단: 전단 항복-인장 파단 및 전단 파단-인장 파단 조합을 비교하여 공칭강도를 결정하는 접합부 파괴 모드 |
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[26강] 인장재 연습 문제 풀이 (1)
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강구조 인장재 개념 및 순단면적 계산 연습
• 인장재 한계상태설계: 총단면 항복과 유효순단면 파단 두 한계상태를 검토하여 설계인장강도(ϕPn)가 소요인장강도(Pu) 이상이 되도록 설계하는 원칙. • 엇모배치 순단면적: 볼트의 엇갈린 배열에서 대각선 파단 경로를 고려, 가산항(Σ S²/4G * t)을 적용하여 가능한 모든 경로 중 최솟값을 산정. • ㄱ형강 순단면적: 단면을 가상으로 전개하여 평판으로 간주하고, 모서리를 가로지르는 게이지 거리(G) 계산 시 판 두께(t)를 차감하여 산정. |
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[27강] 인장재 연습 문제 풀이 (2)
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강구조 인장재 설계 강도 및 안전성 검토 문제 풀이
• 설계인장강도: 총단면 항복강도(φ=0.9)와 유효순단면적을 이용한 순단면 파단강도(φ=0.75) 중 작은 값으로 결정되는 인장재의 저항 능력. • 전단지연 현상: ㄱ형강 등 단일 부재의 접합 형태에 따라 발생하는 응력 불균일 현상으로, 전단지연계수(U)를 적용하여 유효순단면적(Ae)을 산정. • 설계 블록전단파단강도: 볼트 접합부에서 전단과 인장이 조합된 한계상태로, 전단항복-인장파단과 전단파단-인장파단 중 작은 공칭강도로 계산. |
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| 6장. 압축재 | ||
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[28강] 압축재 개요. 압축재의 좌굴 (1)
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압축재의 좌굴 개념 및 오일러 탄성좌굴하중 유도
• 판폭두께비: 단면의 국부좌굴 안정성을 결정하는 기준으로, 값에 따라 조밀·비조밀·세장판으로 분류. • 압축재 좌굴: 세장한 부재가 재료의 압축강도에 도달하기 전 횡방향 변형으로 불안정해지는 현상. • 오일러 탄성좌굴하중: 이상적인 기둥의 임계하중을 미분방정식으로 유도한 공식으로, 세장비(KL/r)가 핵심 변수. |
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[29강] 압축재의 좌굴 (2)
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압축재의 비탄성좌굴 및 국부좌굴, 판폭두께비 검토
• 비탄성좌굴: 압축응력이 비례한도를 초과할 때 발생하는 좌굴 현상으로, 잔류응력 등 초기결함이 좌굴내력을 저하시킴. • 국부좌굴: 압축재를 구성하는 얇은 판 요소가 전체 좌굴 이전에 국부적으로 찌그러지는 현상으로 압축강도를 결정함. • 판폭두께비: 국부좌굴 저항 성능을 나타내는 지표로, 강재 단면을 조밀·비조밀·세장판단면으로 분류하는 기준. |
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[30강] 압축재의 좌굴 (3)
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압축재의 유효좌굴길이, 세장비 및 좌굴하중 산정
• 유효좌굴길이계수(K) : 압축재 양단 지지조건과 횡이동 구속 여부를 반영하여 탄성좌굴하중($P_{cr}$)을 산정하는 핵심 계수. • 골조 유효좌굴길이 산정 : 가새골조(K≤1)와 비가새골조(K≥1)에서 기둥과 보의 상대강성계수(G)를 계산하고 도표를 이용해 K값을 결정. • 탄성좌굴하중 및 세장비 : 강축과 약축의 좌굴하중 중 작은 값이 부재 강도를 결정하며, 세장비($KL/r$)는 200 이하를 권장. |
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[31강] 압축재의 설계 (1)
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압축재의 설계: 휨좌굴 강도 계산 및 안전성 검토
• 압축재 설계 기본 원리: 소요압축강도($P_u$)가 설계압축강도($\phi_c P_n$) 이하($P_u \le \phi_c P_n$)가 되도록 안전성을 검토하는 과정 • 휨좌굴강도($F_{cr}$) 산정: 세장비($KL/r$)를 한계값($4.71\sqrt{E/F_y}$)과 비교하여 비탄성 좌굴과 탄성 좌굴 구간으로 나누어 계산 • 압축재 설계 절차: 단면 가정 후 판폭두께비와 세장비($KL/r$)를 검토하고, 휨좌굴강도를 산정하여 최종 안전성을 판정하는 체계적 과정 |
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[32강] 압축재 예제 문제 풀이 (1)
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강구조 압축재 설계 예제 풀이: 단면 산정과 골조 안전성 검토
• 압축재 설계 절차: 단면 가정 후 판폭두께비(국부좌굴)와 세장비(전체좌굴)를 검토하여 최종 설계압축강도를 확인하는 과정 • 골조 기둥 안전성 검토: 기둥-보 강성비(G) 계산 및 계산도표를 통해 유효좌굴길이계수(K)를 산정하여 부재 안전성을 평가하는 방법 • 유효좌굴길이계수 비탄성 보정: 비탄성 좌굴 구간에서 강성 저하 계수(τa)를 적용, 강성비(G)를 보정하여 K값을 재산정하는 절차 |
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[33강] 압축재의 설계 (2)
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압축재의 비틀림 및 휨-비틀림 좌굴, 단일 ㄱ형강 설계
• 휨-비틀림 좌굴: 1축 대칭 및 비대칭 압축재의 좌굴 현상으로, 단면 형상(2축/1축/비대칭)에 따라 탄성좌굴응력($F_e$)을 구분하여 산정. • T형강 압축강도: 1축 대칭 부재의 설계 원리로, x축 휨 좌굴과 y-z축 휨-비틀림 좌굴 강도를 각각 계산 후 더 작은 값으로 최종 설계강도를 결정. • 단일 ㄱ형강 설계: 비대칭 부재의 간편 설계법으로, 접합 조건과 트러스 종류에 따라 규정된 유효세장비($KL/r$)를 적용하여 압축강도를 평가. |
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[34강] 조립압축재
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조립압축재의 세장비 계산과 구조 제한
• 조립압축재 기본 개념: 여러 강재를 조합한 압축재로, 전체 부재 좌굴이 개별 부재 좌굴에 선행하도록 설계. • 유효세장비 산정: 충복축과 비충복축을 구분하며, 비충복축은 전단 변형을 고려한 수정 세장비를 적용. • 구조 제한 규정: 단부 접합, 덧판 간격, 래티스재 세장비(140/200) 및 기울기(60°/45°) 등 설계 요건 준수. |
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[35강] 압축재 연습 문제 풀이 (1)
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강구조 압축재 설계 절차 및 탄성좌굴 문제 풀이
• 압축재 설계 절차: 소요강도 산정, 단면 가정, 판폭두께비·세장비 검토 후 좌굴강도를 기반으로 설계압축강도를 결정하는 과정. • 좌굴강도(Fcr) 산정: 한계세장비를 기준으로 탄성좌굴(Fcr = 0.877 Fe)과 비탄성좌굴로 구분하여 계산. • 유효좌굴길이(KL) 적용: 지지조건(K)과 중간 횡지지 여부를 고려하여 강축 및 약축 좌굴을 각각 검토하고 가장 불리한(가장 작은) 강도 값을 적용. |
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[36강] 압축재 연습 문제 풀이 (2)
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강구조 압축재 안전성 검토 및 단면 산정 문제 풀이
• 압축재 안전성 검토: 판폭두께비(국부좌굴)와 유효세장비(전체좌굴)를 기반으로 설계압축강도를 산정하고 소요강도와 비교하는 절차. • 압축재 단면 산정: 소요강도를 만족하는 단면을 가정한 후, 안전성 검토 절차를 반복 수행하여 최적 단면을 결정하는 설계 과정. • 유효좌굴길이 및 좌굴응력: 지지 조건에 따른 유효좌굴길이계수(K)를 적용하여 세장비를 계산하고, 이를 통해 탄성/비탄성 좌굴응력(Fcr)을 산정하는 핵심 과정. |
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[37강] 압축재 연습 문제 풀이 (3)
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압축재 설계 강도 및 안정성 검토 문제 풀이
• 압축재 안정성 검토 : 소요압축강도($P_U$)와 설계압축강도($\phi_c P_n$)를 비교하는 절차로, 판폭두께비·세장비·좌굴강도($F_{cr}$)를 순차적으로 산정. • 유효좌굴길이계수(K) : 골조 내 기둥의 지지조건을 반영하는 계수로, 기둥과 보의 상대적 강성비(G)를 계산하여 좌굴 계수 도표로 결정. • 휨좌굴강도($F_{cr}$) 산정 : 세장비를 한계값과 비교하여 비탄성 좌굴 또는 탄성 좌굴 여부를 판단하고, 해당 공식에 따라 좌굴 응력을 계산. |
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[38강] 세장판 요소. 추가 예제 문제 풀이
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세장판 요소를 갖는 압축부재의 강도 산정
• 공칭압축강도($P_n$) 산정: 국부좌굴 효과를 반영하기 위해 좌굴강도($F_{cr}$)에 감소계수 Q를 적용하고 총단면적($A_g$)을 곱하여 계산. • 감소계수(Q): 비구속판요소 저감계수($Q_s$)와 구속판요소 저감계수($Q_a$)의 곱($Q = Q_s \times Q_a$)으로 국부좌굴 영향을 종합적으로 반영. • 구속판요소 저감계수($Q_a$): 좌굴응력에 따른 유효폭($b_e$)으로 유효단면적($A_{eff}$)을 산정하고 총단면적($A_g$)과의 비율($A_{eff}/A_g$)로 계산. |
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| 7장. 휨재 | ||
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[39강] 휨재 개요. 휨재의 거동 (1)
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휨재의 개요 및 휨 모멘트에 따른 거동 분석
• 휨재 설계 원리: 휨과 전단으로 하중을 지지하는 부재로, 휨강도·전단강도·비틀림 등의 강도 조건과 처짐 등 사용성 조건을 만족시켜야 함. • 항복모멘트와 소성모멘트 ($M_y, M_p$): 단면 외곽의 항복 시점(항복모멘트)부터 단면 전체가 항복하여 소성힌지를 형성하는 시점(소성모멘트)까지의 휨 저항 메커니즘. • 형상계수 (Shape Factor): 소성모멘트와 항복모멘트의 비($M_p/M_y$)로, 단면 형상에 따른 소성 저항 능력과 효율성을 나타내는 지표. |
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[40강] 휨재의 거동 (2)
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휨재의 거동: 전단, 비틀림 및 횡좌굴 모멘트
• 전단중심과 전단응력: 비틀림 없는 휨을 유도하는 하중 작용점(전단중심)과 단면 내 전단력에 의한 응력 분포. • 비틀림 거동 분석: 단면 형상에 따라 순수비틀림(Saint Venant)과 뒤틀림(Warping) 저항의 합으로 총 비틀림모멘트 산정. • 탄성횡좌굴모멘트(Mcr): 휨재의 횡-비틀림좌굴 저항성능으로, 횡지지거리·약축 휨강성·비틀림 및 뒤틀림강성에 의해 결정. |
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[41강] 휨재의 좌굴
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휨재의 좌굴: 횡-비틀림 좌굴과 국부좌굴의 이해
• 횡-비틀림 좌굴: 비지지길이(Lb)에 따라 휨강도가 소성, 비탄성, 탄성 구간으로 구분되는 부재 전체의 불안정 현상. • 국부좌굴: 단면을 구성하는 판요소가 압축력에 의해 국소적으로 좌굴하는 현상으로, 판폭두께비(λ)로 제어. • 휨재 단면 분류: 판폭두께비(λ) 한계에 따라 국부좌굴 발생 가능성을 기준으로 단면을 조밀, 비조밀, 세장판으로 구분. |
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[42강] 휨재의 공칭휨강도 (1)
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휨재의 공칭휨강도: 비지지길이와 횡좌굴의 영향
• 공칭휨강도: 횡좌굴에 의해 결정되며, 비지지길이($L_b$)와 한계 비지지길이($L_p, L_r$)의 관계로 강도 영역을 구분. • 횡좌굴모멘트수정계수($C_b$): 비지지길이 내 불균일한 휨모멘트 분포 효과를 보정하여 공칭휨강도를 증가시키는 계수. • 횡좌굴 영역: 비지지길이에 따라 소성($L_b \le L_p$), 비탄성 횡좌굴($L_p < L_b \le L_r$), 탄성 횡좌굴($L_b > L_r$) 구간으로 구분하여 강도를 산정. |
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[43강] 휨재의 공칭휨강도 (2)
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휨재의 횡좌굴강도 산정: 조밀, 비탄성, 탄성 구간
• 휨재 강도 산정 절차: 판폭두께비로 조밀 단면 여부 판별 후, 비지지길이(Lb)를 기준으로 횡좌굴강도 구간을 결정 • 횡좌굴강도 구간 분류: 비지지길이(Lb)와 한계 비지지길이(Lp, Lr) 비교를 통해 소성(Zone 1), 비탄성(Zone 2), 탄성(Zone 3)으로 구분 • 구간별 공칭휨강도(Mn) 산정: 각 구간에 따라 소성모멘트(Zone 1), 직선보간법(Zone 2), 탄성 횡좌굴모멘트(Zone 3) 공식을 적용 |
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[44강] 휨재의 공칭휨강도 (3), 휨재의 설계전단강도
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휨재의 국부좌굴강도와 설계전단강도 산정
• 휨재 국부좌굴강도: 플랜지 판폭두께비에 따라 비조밀(비탄성 국부좌굴) 및 세장판(탄성 국부좌굴) 단면으로 분류하여 공칭휨강도 산정. • 휨재 설계전단강도: 웨브 판폭두께비에 따라 전단항복, 비탄성 전단좌굴, 탄성 전단좌굴의 한계상태로 구분하여 강도 결정. |
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[45강] 집중하중점의 보강
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강구조 집중하중점의 파괴 유형 및 보강 설계
• 집중하중점 한계상태: 플랜지 국부휨, 웨브 국부항복, 크립플링, 압축좌굴의 설계강도를 산정하여 국부 파괴 검토 • 설계강도 산정 원리: 하중 작용점 위치 및 파괴 유형별 위험도(국부항복 φ=1.0, 크립플링 φ=0.75)에 따라 강도저항계수와 공칭강도를 차등 적용 • 스티프너 보강 설계: 산정된 설계강도가 소요강도에 미달할 시, 집중하중점에 수직 스티프너를 압축재로 설계하여 보강 |
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[46강] 휨재의 설계 (1)
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강구조 휨재 설계 및 H형강 보의 강도 검토
• 휨재 설계 원리 및 횡좌굴 영역: 비지지길이($L_b$) 기반 Zone 1·2·3 분류 및 설계휨강도($\phi M_n$) 산정 절차 • 단면 조밀성 및 국부좌굴 검토: 플랜지·웨브의 판폭두께비($\lambda$)에 따른 단면 분류 및 부재 안정성 판정 • 전단강도 및 모멘트 보정: 웨브(Web)의 전단저항 메커니즘 분석 및 수정계수($C_b$)를 활용한 휨강도 보정 분석 |
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[47강] 휨재의 설계 (2)
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휨재 설계 예제: 압연 H형강 단면 검토
• 소요 강도 및 단면 검토: 하중조합으로 소요 휨·전단강도($M_u, V_u$)를 산정하고 판폭두께비로 조밀단면 여부를 판단하는 과정 • 횡좌굴 영역 및 공칭 휨강도(Mn): 비지지 길이($L_b$)와 한계 길이($L_p, L_r$)를 비교하여 횡좌굴 영역을 결정하고 모멘트 수정계수($C_b$)를 적용해 강도 산정 • 전단강도(Vn) 및 안전성 검토: 공칭 전단강도를 계산하고, 최종 설계 강도($\phi M_n, \phi V_n$)가 소요 강도 이상인지 확인하여 단면 적합성 검증 |
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[48강] 휨재의 사용성설계
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휨재의 사용성 설계: 처짐, 진동, 물고임 한계상태
• 휨재 사용성 한계상태: 강도와 별개로 사용하중 하에서 처짐·진동·물고임을 제어하여 건물 기능 및 사용자 편의를 확보하는 설계 개념. • 처짐 제어: 비구조재 손상 방지 및 사용자 불안감 해소를 위해 활하중 L/360 등 허용 한계값 이내로 변형을 관리하는 설계. • 진동 제어: 사용자 쾌적성 확보를 위해 고유진동수(최소 3Hz)와 최대 가속도비를 제한하여 공진 및 불쾌감을 방지하는 설계. |
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[49강] 플레이트 거더. 휨재 연습 문제 풀이 (1)
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플레이트 거더의 개념 및 휨재 연습문제 풀이
• 플레이트 거더: 판폭두께비($h/t_w$)가 큰 웨브를 가진 조립 H형강으로, 스티프너로 보강하여 휨 및 전단강도를 확보하는 구조 부재 • 인장역작용: 중간 스티프너가 웨브의 후좌굴강도를 증진시키는 원리로, 웨브는 인장력, 스티프너는 압축력을 분담하여 전단력에 저항 • 공칭휨강도 산정: 국부좌굴에 따른 단면 구분과 비지지길이($L_b$)에 따른 강도 영역(Zone)을 판단하여 최종 강도($M_n$)를 결정 |
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[50강] 휨재 연습 문제 풀이 (2)
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휨재 연습 문제: 용접 H형강 국부좌굴 및 압연 H형강 횡좌굴 강도
• 용접 H형강 국부좌굴강도: 웨브(조밀)와 플랜지(비조밀)의 판폭두께비에 따라 소성모멘트와 탄성한계모멘트를 직선 보간하여 공칭휨강도 산정. • 압연 H형강 횡좌굴강도: 조밀단면의 비지지길이(Lb)를 한계길이(Lp, Lr)와 비교하여 횡좌굴 영역(Zone)을 판단하고 해당 공식으로 공칭휨강도 계산. • 휨재 강도 산정 절차: 단면의 판폭두께비 판정을 통해 국부좌굴 또는 횡좌굴 등 지배 파괴 모드를 결정하고 적합한 강도식을 적용하는 과정. |
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[51강] 휨재 연습 문제 풀이 (3)
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강구조 휨재 설계 강도 및 웨브 국부항복 검토
• 설계휨강도 산정: 비지지 길이($L_b$)를 한계 길이($L_p, L_r$)와 비교하여 횡비틀림좌굴 구간(Zone 1, 2, 3)을 판별하고 구간별 강도식을 적용하는 절차 • 웨브 전단강도 검토: 웨브의 판폭두께비($h/t_w$)를 기준으로 설계전단강도($\phi_v V_n$)를 산정하여 소요전단강도($V_u$)와 비교하는 안정성 확인 과정 • 웨브 국부항복강도 검토: 집중하중 작용 시 설계국부항복강도($\phi_L R_n$)를 계산하여 작용하중($P_u$)과 비교해 국부적 파괴를 방지하는 절차 |
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[52강] 휨재 연습 문제 풀이 (4)
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휨재의 웨브 크리플링 및 구조 안전성 검토 문제풀이
• 웨브 크리플링: 집중하중 및 반력 지점부의 국부 파괴 현상으로, 부재 끝단 거리와 하중 길이 조건에 따라 강도식을 적용하여 안전성을 검토. • 횡 비틀림 좌굴: 비지지길이($L_b$)와 한계 비지지길이($L_p, L_r$)를 비교하여 좌굴 영역을 판별하고, 해당 영역의 공칭 휨강도를 산정하는 절차. • 구조 안전성 검토: 소요강도(휨, 전단)와 설계강도(휨, 전단, 크리플링)를 비교하여 부재의 전체 및 국부 안전성을 종합적으로 판정. |
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[53강] 휨재 추가 예제 문제 풀이
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강구조 휨재의 다양한 단면 형상별 전단강도 검토
• 휨재 전단강도 검토: 소요전단강도($V_u$)와 설계전단강도($\phi_v V_n$)를 비교하여 안전성 확인하는 절차. • 단면 형상별 공칭전단강도($V_n$): ㄷ형강, ㄱ형강, 각형강관 등 단면 특성에 따라 웨브 좌굴계수($k_v$)와 전단면적($A_w$)을 다르게 적용하여 산정. • 원형강관 전단강도: 좌굴응력($F_{cr}$)과 전체 단면적($A_g$)을 이용한 고유 공식($V_n = F_{cr} A_g / 2$)으로 계산. |
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| 8장. 조합력을 받는 부재 | ||
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[54강] 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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[55강] 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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[56강] 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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[57강] 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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[58강] 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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[59강] 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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[60강] 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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[61강] 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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[62강] 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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[63강] 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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[64강] 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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[65강] 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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[66강] 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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[67강] 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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[68강] 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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[69강] 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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[70강] 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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[71강] 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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[72강] 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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[73강] 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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[74강] 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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[75강] 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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[76강] 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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[77강] 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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[78강] 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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[79강] 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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[80강] 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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[81강] 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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[82강] 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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[83강] 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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[84강] 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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[85강] 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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[86강] 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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[87강] 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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[88강] 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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[89강] 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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[90강] 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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[91강] 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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[92강] 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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[93강] 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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[94강] 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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[95강] 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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[96강] 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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[97강] 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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[98강] 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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[99강] 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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[100강] 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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[101강] 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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[102강] 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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[103강] 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) 통합과정 (KBC 2016)
