합성콘크리트 휨부재 및 압축부재 설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 합성콘크리트 휨부재와 압축부재에 대한 설계 방법 및 최소 요구 조건 규정
1.2 적용 범위
- 별도 시공된 강재, 강관 또는 프리캐스트 콘크리트 부재와 현장치기 콘크리트가 일체화된 합성콘크리트 부재의 설계 방법 규정
- 특별 규정 제외 시, 본 기준 모든 규정을 합성콘크리트 휨부재 및 압축부재 설계에 적용
- 합성콘크리트 건물 부재 설계는 철골 철근콘크리트 구조 계산 기준 적용 가능
1.3 참고 기준
- KDS 24 00 00 교량설계기준
- KCS 14 20 12 거푸집 및 동바리
- KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항
- KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙
- KDS 14 20 20 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준
- KDS 14 20 22 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준
- KDS 14 20 24 콘크리트구조 스트럿-타이모델 기준
- KDS 14 20 26 콘크리트구조 피로 설계기준
- KDS 14 20 30 콘크리트구조 사용성 설계기준
- KDS 14 20 40 콘크리트구조 내구성 설계기준
- KDS 14 20 50 콘크리트구조 철근상세 설계기준
- KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준
- KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준
- KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트구조 설계기준
- KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트구조 설계기준
- KDS 14 20 64 구조용 무근콘크리트 설계기준
- KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계기준
- KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계기준
- KDS 14 20 74 기타 콘크리트구조 설계기준
- KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계구조 설계기준
- KDS 14 20 90 기존 콘크리트구조물의 안전성 평가기준
1.4 용어의 정의
- KDS 14 20 01(1.4)에 따름
1.5 기호의 정의
- : 수평전단에 대한 접촉 면적, mm²
- : 전체 단면적, mm²
- : 합성단면에서 구조용 형강 또는 강관의 단면적, mm²
- : 거리 이내의 전단 연결재의 단면적, mm²
- : 각형강의 폭, mm
- : 수평전단 검토 접촉 면적의 단면 폭, mm
- : 콘크리트의 설계기준 압축강도, MPa
- : 철근의 설계기준 항복강도, MPa
- : 합성부재의 전체 깊이, mm
- : 강관 단면의 지름, mm
- : 철근 무시한 콘크리트 전체 단면의 중심축에 대한 단면 2차 모멘트
- : 합성부재 단면의 중심축에 대한 구조용 형강 또는 강관의 단면 2차 모멘트
- : 압축부재의 단면 회전반지름
- : 부재 길이 방향 전단 연결재 간격
- : 공칭 수평전단강도, N
- : 설계 시 고려하는 단면의 계수 전단력
- : 횡구속 골조에서는 , 비횡구속 골조에서는 사용
- : 횡구속 골조에서 각 하중 조합 계산된 최대 계수 축력에 대한 최대 계수 지속 축력 비
- : 비횡구속 골조에서 1개 층 전체 최대 계수 전단력에 대한 최대 계수 지속 전단력 비
- : 경량 콘크리트 계수 (KDS 14 20 10(4.4) 참조)
- : 접촉 면적에 대한 전단 연결재 면적 비
2. 조사 및 계획
- 내용 없음
3. 재료
- KDS 14 20 01(3)에 따름
4. 설계
4.1 설계 일반
- 전체 합성부재 또는 일부를 압축력, 전단력, 휨 모멘트에 저항하도록 사용 가능
- 각 부재 요소는 시공 과정부터 발생 가능한 모든 위험한 하중 조건 검토
- 요소 기준 강도, 단위 질량, 기타 특성 차이 발생 시, 각 요소 특성 사용 또는 가장 불리한 값 사용
- 합성부재 강도 계산 시, 동바리를 받쳐 시공한 부재와 동바리 없이 시공한 부재 구분 없음
- 합성부재 모든 요소는 합성부재로서 설계 기준 강도 완전히 발휘 전 작용하는 모든 외력 지지 가능하도록 설계
- 하중 저항 목적 외에 균열 제어, 합성부재 요소 간 상호 분리 방지 위해 추가 철근 배치
- 합성휨부재는 KDS 14 20 30(4.2.4)의 처짐 제한 규정 만족
4.2 합성콘크리트 휨부재의 설계
4.2.1 수직전단강도
- 합성콘크리트 휨부재 전체 단면이 수직 전단력 저항한다고 가정 시, 동일 단면 형상의 일체 시공 부재에 대한 KDS 14 20 22 요구 조건 만족
- 전단 철근은 상호 연결된 부재 속으로 충분히 정착
- 연장 또는 정착된 전단 철근은 수평 전단에 대한 전단 철근으로 취급 가능
4.2.2 수평전단강도
- 합성콘크리트 휨부재에서 수평 전단력이 상호 연결된 요소들의 접촉면에서 충분히 전달되는지 확인
- 계산 결과가 4.2.2((3), (4)) 규정에 부합되는 경우 제외하고, 수평 전단에 대한 단면 설계는 식 (4.2-1)에 따라야 함.
- (4.2-1)
- : 공칭 수평 전단 강도
- 접촉면이 청결하고 부유물 없으며 표면 거칠게 만들어진 경우, 이하
- 4.2.3에서 규정한 최소 전단 연결재가 있으며 접촉면이 청결하고 부유물은 없으나 표면이 거칠게 만들어지지 않은 경우, 이하
- 4.2.3에서 규정한 최소 전단 연결재가 있고 접촉면이 청결하고 부유물이 없으며 표면이 약 6mm 깊이로 거칠게 만들어진 경우, 이며, 보다 크게 취할 수는 없음. 는 KDS 14 20 10(4.4)에 따르며, 임.
- 고려하는 단면에서 계수 전단력 가 를 초과하는 경우, 수평 전단력에 대한 설계는 KDS 14 20 22(4.6.2) 전단 마찰 규정에 부합
- 4.2.2에서 는 긴장재와 종방향 인장 철근 중심에서 압축측 연단까지 거리이며, 프리스트레스트 콘크리트 부재의 경우 0.8 이상
- 수평 전단력은 합성부재의 임의 요소에서 압축력이나 인장력의 실제 변화량 계산하여 구하며, 이러한 힘은 이를 지지하는 요소에 수평 전단력으로 전달
- 계수 수평 전단력은 (2)에 규정된 수평 전단 강도 이하
- 대신에 접촉 면적 사용
- 수평 전단력에 저항하는 전단 연결재 설계 시, 부재축을 따라 전단 연결재 간격과 단면적은 부재 내의 전단력 분포 반영하여 결정
- 상호 연결된 요소 사이에 접촉면을 가로질러 인장력 존재 시, 최소의 전단 연결재가 4.2.3 규정에 따라 배치된 경우에만 접촉에 의한 전달 허용
4.2.3 수평전단에 대한 연결재
- 수평 전단력 전달 시 전단 연결재 사용 시, 연결재의 단면적은 KDS 14 20 22(4.3.3(3)) 규정에서 요구하는 면적 이상
- 연결재의 수평 전단력 방향 간격은 지지 요소의 최소 치수의 4배, 600mm 이하
- 수평 전단력에 대한 전단 연결재로는 단일 철근, 철선, 다중 스터럽, 용접 철망의 수직 철근 등 사용 가능
- 모든 전단 연결재는 상호 연결된 요소들에 충분히 정착
4.2.4 구조용 강재를 철근콘크리트로 보강한 합성휨부재
- I형보 포함 구조용 강재를 철근콘크리트로 보강한 합성휨부재는 다음 (2)에서 (5)까지 규정 만족
- 콘크리트의 설계 기준 압축 강도 는 27MPa 이상
- 콘크리트의 크리프와 수축은 KDS 14 20 01(3.1.2((5), (6))) 규정에 따르며, 실험에 의한 자료 사용 가능
- 휨부재 설계 제한 사항은 KDS 14 20 20(4.2) 규정에 따라야 함.
- 교량 구조물의 전단 연결재 설계는 4.2.3 규정과 KDS 24 00 00 해당 규정에 따라야 함.
4.3 합성콘크리트 압축부재의 설계
4.3.1 일반 사항
- 합성콘크리트 압축부재는 구조용 강재, 강관 또는 튜브를 축 방향으로 보강한 압축부재를 말하며, 축 방향 철근을 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있음.
- 합성콘크리트 압축부재의 강도는 보통 철근콘크리트 부재에 적용하는 동일한 제한 조건 사용하여 구해야 함.
- 합성부재의 콘크리트가 부담하는 축 강도는 콘크리트에 지압을 주는 부재나 브래킷에 의하여 콘크리트에 전달
- 합성부재의 콘크리트가 부담하지 않은 모든 축 강도는 구조용 강재, 강관 또는 튜브 등에 직접 연결하여 발현
- 장주 효과 계산 시, 합성 단면의 회전 반지름은 식 (4.3-1) 값 이하
- (4.3-1)
- 정밀한 계산 대신에 KDS 14 20 20의 식 (4.4-6), 식 (4.4-14)의 는 KDS 14 20 20의 식 (4.4-7) 또는 다음 식 (4.3-2) 중 하나 사용
- (4.3-2)
- KDS 14 20 20(4.4.6)의 횡구속 골조인 경우 사용, KDS 14 20 20(4.4.7)의 비횡구속 골조인 경우 사용
4.3.2 콘크리트 심부를 둘러싸는 구조용 강재
- 콘크리트 심부를 구조용 강재로 둘러싸는 합성 부재에서 구조용 강재의 두께는 다음 값 이상
- 폭 인 각형 강관 단면의 경우：
- 지름이 인 원형 강관 단면의 경우：
- 콘크리트 심부 내에 배치되는 축 방향 철근은 와 계산에 포함 가능
4.3.3 구조용 강재 심부 주위를 나선철근으로 보강한 합성부재
- 구조용 강재 심부를 나선철근과 콘크리트로 보강한 합성부재는 다음 (2)에서 (6)까지 규정 만족
- 콘크리트의 설계 기준 압축 강도 는 21MPa 이상
- 심부로 사용된 구조용 강재의 설계 기준 항복 강도는 사용할 구조용 강재의 최소 항복 강도이어야 하지만, 450MPa을 초과할 수는 없음. 단, KDS 14 20 20(4.1.1)의 가정에서 사용된 힘의 평형 조건과 변형률의 적합 조건에 기초한 상세 해석과 실험을 통해 정당성이 증명될 경우, 항복 강도 450MPa을 초과하는 고강도강 사용 가능
- 나선철근은 KDS 14 20 20(4.3.2(3)) 규정에 따라야 함.
- 나선철근 내측에 배치되는 축 방향 철근량은 전체 단면적의 0.01배 이상, 0.08배 이하
- 나선철근의 내측에 배치되는 축 방향 철근량은 와 계산에 포함 가능
4.3.4 구조용 강재 심부 주위를 띠철근으로 보강한 합성부재
- 구조용 강재 심부를 띠철근과 콘크리트로 보강한 합성부재는 다음 (2)에서 (9)까지 규정 만족
- 콘크리트의 설계 기준 압축 강도 는 21MPa 이상
- 심부로 사용된 구조용 강재의 설계 기준 항복 강도는 사용할 구조용 강재의 최소 항복 강도이어야 하지만, 450MPa을 초과할 수는 없음. 단, KDS 14 20 20(4.1.1)의 가정에서 사용된 힘의 평형 조건과 변형률의 적합 조건에 기초한 상세 해석과 실험을 통해 정당성이 증명될 경우, 항복 강도 450MPa을 초과하는 고강도강 사용 가능
- 횡방향 띠철근은 구조용 강재 심부의 둘레를 완전히 둘러싸야 함.
- 띠철근의 지름은 합성 부재 단면의 가장 긴 변의 1/50배 이상이어야 하지만, D10 철근 이상이고 D16 철근 이하. 띠철근 대신 등가 단면적을 가진 용접 철망 사용 가능
- 횡방향 띠철근의 수직 간격은 축 방향 철근 지름의 16배, 띠철근 지름의 48배, 합성 부재 단면의 최소 치수의 1/2배 중에서 가장 작은 값 이하
- 띠철근 내측에 배치되는 축 방향 철근량은 전체 단면적의 0.01배 이상, 0.08배 이하
- 축 방향 철근은 직사각 단면의 모서리마다 배치하며, 축 방향 철근의 중심 간격은 합성 부재 단면의 최소 치수의 1/2 이하
- 띠철근 내측에 배치되는 축 방향 철근은 강도 계산 시 에 포함 가능하지만, 장주 효과 고려하기 위해 계산 시에는 고려 불가
참고:
- 위 내용은 주어진 텍스트에서 html 태그를 제거하고 마크다운 형식으로 재구성한 것입니다.
- 실제 건설 시방서는 다양한 내용과 추가 정보를 포함하고 있을 수 있습니다.
- 건설 관련 정보는 항상 전문가에게 문의하는 것이 안전합니다.