KDS 설계기준 142030 콘크리트구조 사용성 설계기준

“

콘크리트 구조 사용성 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

콘크리트 구조물의 사용성에 관한 설계 방법과 최소 요구 조건 규정

1.2 적용 범위

구조물 또는 부재가 사용 기간 동안 충분한 기능과 성능을 유지하기 위해 사용 하중을 받을 때 사용성과 내구성 검토
사용성 검토는 균열, 처짐, 피로의 영향 등을 고려하여 이루어져야 함

1.3 참고 기준

KDS 14 20 01 콘크리트 구조 설계(강도 설계법) 일반사항
KDS 14 20 10 콘크리트 구조 해석과 설계 원칙
KDS 14 20 20 콘크리트 구조 휨 및 압축 설계 기준
KDS 14 20 22 콘크리트 구조 전단 및 비틀림 설계 기준
KDS 14 20 24 콘크리트 구조 스트럿-타이 모델 기준
KDS 14 20 26 콘크리트 구조 피로 설계 기준
KDS 14 20 40 콘크리트 구조 내구성 설계 기준
KDS 14 20 50 콘크리트 구조 철근 상세 설계 기준
KDS 14 20 52 콘크리트 구조 정착 및 이음 설계 기준
KDS 14 20 54 콘크리트 용 앵커 설계 기준
KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 64 구조용 무근 콘크리트 설계 기준
KDS 14 20 66 합성 콘크리트 설계 기준
KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계 기준
KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계 기준
KDS 14 20 74 기타 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 80 콘크리트 내진 설계 구조 설계 기준
KDS 14 20 90 기존 콘크리트 구조물의 안전성 평가 기준

1.4 용어의 정의

KDS 14 20 01(1.4)에 따름

1.5 기호의 정의

E_c : 콘크리트의 탄성 계수, MPa
t_min : 부재의 최소 두께, mm
I_cr : 균열 단면의 단면 2차 모멘트
I_eff : 유효 단면 2차 모멘트
I_g : 철근을 무시한 콘크리트 전체 단면의 중심축에 대한 단면 2차 모멘트
f’_ck : 콘크리트의 설계 기준 압축 강도, MPa
f_ct : 콘크리트의 파괴 계수, MPa
f_yk : 인장 철근의 설계 기준 항복 강도, MPa
f_t : 콘크리트의 쪼갬 인장 강도, MPa
q : 활하중
l : 부재의 길이, mm
l₀ : 보 부재의 순 경간, 2방향 슬래브의 긴 변의 순 경간
M_max : 처짐을 계산할 때 부재의 최대 휨 모멘트
M_cr : 외력에 의해 단면에서 휨 균열을 일으키는 휨 모멘트
ρ_c : 콘크리트의 단위 체적 질량, kg/m³
d_c : 철근을 무시한 전체 단면의 중심축에서 인장 연단까지 거리
β : 보 양쪽의 슬래브 판의 중앙선에 의하여 구획되는 슬래브의 휨 강성에 대한 보 휨 강성의 비
β_m : 한 슬래브 주변의 모든 보의 값의 평균값
α_l : 2방향 슬래브에서 단변 방향에 대한 장변 방향의 순 경간비
γ_k : 경량 콘크리트 계수 (KDS 14 20 10(4.4) 참고)
δ_L : 장기 추가 처짐에 대한 계수
φ_t : 지속 하중에 대한 시간 경과 계수
ρ_s : 압축 철근비

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

KDS 14 20 01(3)에 따름

4. 설계

4.1 균열

다음 (2) 및 (3)의 경우를 제외하고는 KDS 14 20 20(4.2.3)을 포함하여 이 구조 기준의 다른 모든 규정을 만족하는 경우 균열에 대한 검토가 이루어진 것으로 간주
특별히 수밀성이 요구되는 구조는 적절한 방법으로 균열에 대한 검토를 하여야 함. 이 경우 소요 수밀성을 갖도록 하기 위한 허용 균열폭을 설정하여 검토
미관이 중요한 구조는 미관상의 허용 균열폭을 설정하여 균열을 검토
부재는 하중에 의한 균열을 제어하기 위해 필요한 철근 외에도 필요에 따라 온도 변화, 건조 수축 등에 의한 균열을 제어하기 위한 추가 보강 철근을 KDS 14 20 50(4.6)에 따라 배치
균열 제어를 위한 철근은 필요로 하는 부재 단면의 주변에 분산시켜 배치하고, 철근의 지름은 가능한 한 작게, 철근의 간격은 가능한 한 좁게 하여야 함

4.2 처짐

4.2.1 1방향 구조

큰 처짐에 의하여 손상되기 쉬운 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지하지 않는 1방향 구조물의 경우 표 4.2-1에 정한 최소 두께를 적용
처짐 계산에 의하여 표 4.2-2를 만족하는 경우 표 4.2-1의 최소 두께를 적용할 필요가 없음
처짐을 계산할 때 하중의 작용에 의한 순간 처짐은 부재 강성에 대한 균열과 철근의 영향을 고려하여 탄성 처짐 공식을 사용하여 계산
부재의 강성도를 엄밀한 해석 방법으로 구하지 않는 한, 부재의 순간 처짐은 콘크리트 탄성 계수와 식 (4.2-1)의 유효 단면 2차 모멘트를 이용하여 구하며, 어느 경우라도 I_eff는 I_g 이하이어야 함
연속 부재인 경우에 정 및 부 모멘트에 대한 위험 단면의 유효 단면 2차 모멘트를 식 (4.2-1)로 구하고 그 평균값을 사용
엄밀한 해석에 의하지 않는 한, 일반 또는 경량 콘크리트 휨 부재의 크리프와 건조 수축에 의한 추가 장기 처짐은 해당 지속 하중에 의해 생긴 순간 처짐에 다음 계수를 곱하여 구함
식 (4.2-1)의 값과 식 (4.2-4)의 장기 처짐 효과를 고려하여 계산한 처짐량이 표 4.2-2에 제시된 최대 허용 처짐값 이하이어야 함
보행자 및 차량 하중 등 동하중을 주로 받는 구조물의 최대 허용 처짐은 다음 규정을 만족해야 함

4.2.2 2방향 구조

단변 경간에 대한 장변 경간의 비가 2를 초과하지 않는 슬래브 또는 기타 2방향 구조의 최소 두께는 4.2.2의 규정을 따라야 함
테두리 보를 제외하고 슬래브 주변에 보가 없거나 보의 강성비 β_m 이 0.2 이하일 경우, 슬래브의 최소 두께는 표 4.2-3의 값을 만족해야 하고, 또한 다음 값 이상으로 하여야 함
보의 강성비 β_m 이 0.2를 초과하는 보가 슬래브 주변에 있는 경우 슬래브의 최소 두께는 다음 규정을 따라야 함
처짐이 4.2.1(6)의 규정에 의해 표 4.2-2에서 규정한 값 또는 4.2.1(7)의 제한값 이하라는 것이 계산에 의해 확인된 경우, 상기 (1)에서 (3)까지에 규정한 최소 두께보다 작은 두께의 슬래브를 사용 가능. 이때 처짐은 패널의 크기, 모양, 지지 조건, 패널 단부의 구속 상태 등을 고려하여 계산해야 함

4.2.3 프리스트레스트 콘크리트 구조

KDS 14 20 60의 규정에 의해 설계된 휨 부재에 대하여, 순간 처짐은 일반적인 처짐 해석 방법이나 탄성 처짐 공식으로 계산
KDS 14 20 60(4.1.2(3))에 규정된 비 균열 등급 부재는 콘크리트 전체 단면의 단면 2차 모멘트 I_g를 사용 가능
KDS 14 20 60(4.1.2(3))에 규정된 완전 균열 등급과 부분 균열 등급 부재의 처짐은 균열 환산 단면 해석에 기초하여 2개의 직선으로 구성되는 모멘트-처짐 관계나 식 (4.2-1)에 따른 유효 단면 2차 모멘트 I_eff를 적용하여 계산
프리스트레스트 콘크리트 부재의 추가 장기 처짐은 지속 하중이 작용할 때 콘크리트와 철근의 응력을 고려하고, 콘크리트의 크리프 및 건조 수축과 긴장 재의 릴랙세이션의 영향을 고려하여 계산
상기 (1)과 (2)에 의해 계산된 처짐은 표 4.2-2와 4.2.1(7)에 규정된 제한값을 초과하지 않도록 해야 함

4.2.4 합성 구조

합성 휨 부재가 시공 중 가설 지주로 지지되어 고정 하중이 작용하기 전에 일체가 된 경우에 대한 처짐을 계산할 때, 합성 부재는 일체로 제작된 부재와 동등
프리스트레스되지 않은 부재의 경우 부재의 압축을 받는 부분의 콘크리트에 의해 표 4.2-1의 보통 중량 콘크리트 또는 경량 콘크리트 중 어느 것에 대해 적용할 것인지를 결정
처짐을 계산할 경우에 프리캐스트 부분과 현장 치기 부분의 건조 수축 차이에 의한 곡률과 프리스트레스트 콘크리트 부재의 경우 축 방향 크리프 영향을 고려
가설 지주가 설치되지 않은 구조물의 경우, 프리스트레스되지 않은 프리캐스트 휨 부재의 두께가 표 4.2-1에 규정된 값 이상인 경우는 처짐을 계산할 필요가 없음
프리스트레스되지 않은 합성 부재의 두께가 표 4.2-1의 규정을 만족하는 경우, 부재가 합성된 후에 생기는 처짐은 계산할 필요가 없으나, 합성 작용의 효과를 나타내기 이전 하중의 크기와 지속 시간에 대하여 프리캐스트 부재의 장기 처짐은 검토해야 함
상기 (1)과 (2)에 따라 계산한 처짐은 표 4.2-2와 4.2.1(7)에서 규정한 제한값 이하이어야 함

부록. 균열의 검증

1. 일반사항

1.1 목적

균열의 검증 방법 규정

1.2 적용 범위

철근 콘크리트 구조물의 내구성, 사용성 및 미관 등에 대한 균열폭 검증이 필요한 경우에 적용
수밀성이 요구되는 구조물은 이 부록의 규정에 따라 검토
미관이 중요한 구조물은 발주자 또는 건축주의 특별한 요구가 없는 경우 내구성에 대한 허용 균열폭으로 검토 가능

1.3 참고 기준

KDS 14 20 01 콘크리트 구조 설계(강도 설계법) 일반사항
KDS 14 20 10 콘크리트 구조 해석과 설계 원칙
KDS 14 20 20 콘크리트 구조 휨 및 압축 설계 기준
KDS 14 20 22 콘크리트 구조 전단 및 비틀림 설계 기준
KDS 14 20 24 콘크리트 구조 스트럿-타이 모델 기준
KDS 14 20 26 콘크리트 구조 피로 설계 기준
KDS 14 20 40 콘크리트 구조 내구성 설계 기준
KDS 14 20 50 콘크리트 구조 철근 상세 설계 기준
KDS 14 20 52 콘크리트 구조 정착 및 이음 설계 기준
KDS 14 20 54 콘크리트 용 앵커 설계 기준
KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 64 구조용 무근 콘크리트 설계 기준
KDS 14 20 66 합성 콘크리트 설계 기준
KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계 기준
KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계 기준
KDS 14 20 74 기타 콘크리트 구조 설계 기준
KDS 14 20 80 콘크리트 내진 설계 구조 설계 기준
KDS 14 20 90 기존 콘크리트 구조물의 안전성 평가 기준

1.4 용어의 정의

KDS 14 20 01(1.4)에 따름

1.5 기호의 정의

A_s : 콘크리트의 유효 인장 면적, 일반적으로 철근이나 긴장 재 주위의 콘크리트 유효 인장 깊이와 단면의 폭으로 결정되는 콘크리트 면적, mm²
A_st : 휨 부재의 인장 철근량, mm²
d : 유효 깊이, mm
d_b : 철근의 지름이나 다발 철근의 등가 지름, mm
d_bm : 크기가 각기 다른 철근을 사용하는 경우의 평균 철근 지름, mm
d_c : 콘크리트 유효 인장 깊이, mm
c : 최외단 주철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트 최소 피복 두께, mm
E_c : 콘크리트의 탄성 계수, MPa
E_ci : 재령 28일에서 콘크리트의 초기 접선 탄성 계수, MPa
E_s : 철근의 탄성 계수, MPa
f_ct : 콘크리트의 유효 인장 강도로 일반적인 경우에는 평균 인장 강도, 재령 28일 이전의 균열을 검토할 때는 그 재령에서의 인장 강도, MPa
f_ctm : 콘크리트의 평균 인장 강도, MPa
σ_s : 균열 단면의 철근 응력, MPa
h : 단면의 전체 깊이, mm
α_b : 부착 강도에 따른 계수
α_d : 부재의 하중 작용에 따른 계수
s_cr : 평균 균열 간격, mm
n_d1 : 철근의 지름이 d₁ 인 철근의 개수
n_d2 : 철근의 지름이 d₂ 인 철근의 개수
N : 철근에 작용하는 인장력
E_s/E_c : 콘크리트의 탄성 계수에 대한 철근의 탄성 계수 비
t : 시간
w_k : 내구성, 사용성(누수)에 관련하여 허용되는 균열폭, mm
w_r : 설계 균열폭, mm
w_m : 평균 균열폭, mm
x : 균열 단면에서 콘크리트 압축 연단부터 중립 축까지 거리, mm
ε_c : 콘크리트의 변형률
ε_cm : 균열 간격 내의 평균 콘크리트 변형률
ε_s : 철근의 변형률
ε_sm : 균열 간격 내의 평균 철근 변형률
ε_t1 : 편심을 가진 직접 인장력을 받는 부재의 단면 표면 인장 변형률 중 큰 값
ε_t2 : 편심을 가진 직접 인장력을 받는 부재의 단면 표면 인장 변형률 중 작은 값
γ_w : 균열폭 변동성을 고려한 균열폭 평가 계수
θ : 축 방향의 철근과 주 인장 응력 방향 사이의 각도, °
ρ_eff : 유효 철근비

2. 조사 및 계획

2.1 노출 환경

구성에 관한 균열폭을 검토할 경우 구조물이 놓이는 환경 조건을 고려
강재의 부식에 대한 환경 조건으로서 부록 표 2-1과 같이 건조 환경, 습윤 환경, 부식성 환경, 고부식성 환경 등 4종류로 구분

3. 재료

내용 없음

4. 설계

4.1 균열의 검증

4.1.1 균열폭의 검증

해석에 의해 균열을 검증할 때에는 부록 식 (4.1-1)에 따라 균열폭을 검증
균열 검증에 적용하는 지속 하중은 설계 수명 동안 항상 작용하는 고정 하중과 설계 수명의 절반 이상의 기간 동안 지속해서 작용하는 하중들의 합으로서, 구조물의 특성을 고려하여 발주자 또는 건축주가 결정 가능

4.1.2 허용 균열폭

철근 콘크리트 구조물의 내구성 확보를 위한 허용 균열폭은 부록 표 4.1-1에 따라야 함
수처리 구조물의 내구성과 누수 방지를 위한 허용 균열폭은 부록 표 4.1-2에 따라야 함

4.1.3 균열폭의 계산

설계 균열폭은 부록 식 (4.1-2)에 따라 계산
평균 균열 간격 s_cr은 부착된 철근의 중심 간격이 d_b 이하인 경우는 부록 식 (4.1-3)으로 계산하고, 부착된 철근의 중심 간격이 d_b를 초과하는 경우는 부록 식 (4.1-4)로 계산
평균 변형률은 부록 식 (4.1-7)에 의해 계산
균열폭 평가 계수 γ_w의 값은 구조물의 특성을 고려하여 발주자 또는 건축주가 결정 가능. γ_w의 값은 평균 균열폭을 계산할 때에는 1.0을 적용하며, 최대 균열폭을 계산할 때에는 1.7을 적용
철근이 직교 2방향으로 보강된 부재에서 주 응력 축과 철근 방향 사이의 각이 15°보다 클 때는 부록 식 (4.1-9)에 의해 최대 균열 간격 s_cr을 산정 가능

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