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KDS 43 10 20: 케이블 구조 설계기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 케이블이 구조용 부재로 사용되는 대공간 구조물의 구조 안전성과 기능 확보
1.2 적용 범위
- 케이블 구조에 관한 설계 하중, 재료, 구조 해석 및 설계
1.3 참고 기준
- 관련 법규: 없음
- 관련 기준:
- KDS 41 12 00 건축물 설계하중
- KDS 43 10 10 막구조 설계기준
- KS D 3509 피아노 선재
- KS D 3510 경강선
- KS D 3514 와이어 로프
- KS D 3556 피아노 선
- KS D 3559 경강 선재
- KS D 7002 PC 강선 및 PC 강연선
1.4 용어의 정의
- 막구조: 자중을 포함한 외력이 막응력에 따라 저항하는 구조물, 휨 또는 비틀림에 대한 저항이 작거나 없음
- 케이블 구조: 휨에 저항이 작은 구조, 인장응력만을 받도록 케이블 부재로 제작 및 시공되는 구조물
- 초기 장력: 연성 막재의 형상 유지를 위해 도입하는 초기 하중
- 인장 강도: 재료가 견딜 수 있는 최대 인장 응력
- 형상 해석: 설계자의 의도와 역학적인 평형 조건을 동시에 만족하는 형상을 찾는 해석 과정, 연성 구조물에 적용
1.5 기호의 정의
- 없음
1.6 해석과 설계 원칙
- 1.6.1 설계 하중: KDS 41 12 00에 따르나, 케이블 구조의 형식, 구법, 시공법 등을 고려하여 특별히 발생하는 하중은 실제 상황을 고려하여 산정
- 1.6.2 하중의 종류:
- 고정 하중
- 활하중
- 설하중
- 풍하중
- 지진 하중
- 1.6.3 하중 조합: KDS 41 12 00의 허용 응력 설계법의 하중 조합을 따르며, 막구조에 적용된 케이블 부재의 설계 하중 조합은 KDS 43 10 10 (1.6.9)에 따름
2. 조사 및 계획
- 없음
3. 재료
3.1 일반사항
- 케이블 재료는 KS 규격에 맞는 선재를 냉간 가공한 소선 사용
- 표준 케이블 재료:
- 구조용 스트랜드 로프
- 구조용 스파이럴 로프
- 구조용 록 코일 로프
- 구조용 평행선 스트랜드
- 피복 평행선 스트랜드
- PC 강연선
3.2 케이블 재료의 성질
- 3.2.1 파단 하중: KS D 3514 기준, PC 강선 및 강연선은 KS D 7002에 따름
- 3.2.2 초기 신장: 표 3.2-1의 값을 표준으로 함
- 3.2.3 탄성 계수: 시험 결과에 따라 구하는 것을 원칙으로 하며, 시험을 하지 않은 경우 표 3.2-2의 값 사용
- 3.2.4 크리프: 표 3.2-3의 값을 표준으로 함
- 3.2.5 선팽창 계수: 를 기준으로 함
4. 설계
4.1 구조 해석
- 4.1.1 케이블 부재에 대한 해석상 가정: 케이블 부재는 인장력에만 저항하는 선형 탄성 부재로 가정
- 4.1.2 케이블 부재의 모델링: 경계 조건을 포함한 구조 모델 설정 후 해석 수행
- 4.1.3 초기 형상 해석: 케이블의 장력 분포와 깊은 관계가 있으므로 초기 형상 해석 수행
4.2 구조 설계
- 4.2.1 일반사항: 허용 응력 설계법 적용, 동등 이상의 구조 설계법을 적용하여 케이블 또는 그 외의 구조를 병용하는 건축물을 설계할 수 있으며, 이 경우 구조물의 안전을 확인할 수 있는 구조 계산이 적절히 이루어져야 함
- 4.2.2 안전율: 3.0을 기준으로 하며, 케이블 재료의 장기 허용 인장력은 파단 하중의 1/3을 기준으로 하고, 단기 허용 인장력은 장기 허용 인장력에 1.33을 곱한 값으로 함
- 4.2.3 케이블의 형상 설정: 고정 하중에 대해 각 케이블이 목표로 하는 장력(초기 장력) 상태에서 평형이 되도록 설정
- 4.2.4 초기 장력 설정: 구조물에 필요한 강성 확보, 외력 변화 등에 따른 케이블의 장력 손실에 따른 불안정 현상 방지
- 4.2.5 설계 요구 사항:
- 바람에 의한 진동
- 케이블 부재 및 정착 부재의 크리프, 이완의 영향
- 피로
- 온도 변화에 의한 영향
4.3 접합부 상세 설계
- 4.3.1 케이블 단부: 마찰형, 압착형, 쐐기형으로 구분되며 케이블의 장력을 정착부에 충분히 전달
- 4.3.2 케이블 교차부: 케이블의 손상 방지, 적절한 교점 정착 철구 사용
- 4.3.3 케이블 굴곡부: 휨과 측압에 의한 강도 저하 고려, 적절한 곡률을 갖는 정착 철물로 지지
- 4.3.4 정착부: 케이블의 장력을 원활하고 확실하게 지지 구조에 전달, 케이블의 변형에 충분히 대응
- 4.3.5 마감재: 부착 철물의 구조는 마감재에 가해지는 외력을 케이블에 원활하고 정확하게 전달, 케이블의 변형에 지장이 없도록 함
- 4.3.6 케이블의 방식과 방청: 방식 성능 검토, 케이블 손상 가능성이 있는 경우에는 방청 성능 확보에 주의
- 4.3.7 내화 피복: 직접 화염에 노출될 위험이 있는 경우, 재료의 고온 상태의 특성 고려, 내화 피복
4.4 지지 구조
- 케이블의 인장력을 원활하고 확실하게 처리할 수 있는 구조, 적절한 강도와 강성 확보
- 케이블 구조와 지지 구조는 서로 영향을 미칠 수 있으므로 이를 충분히 고려하여 설계
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