콘크리트 벽체 설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 콘크리트 벽체 설계 방법 제시 및 부재 안전성 확보를 위한 최소 요구 조건 규정
1.2 적용 범위
- 축력을 받는 벽체 설계에 적용 (휨 모멘트 작용 여부와 무관)
- 캔틸레버식 옹벽 설계는 KDS 14 20 74(4.1)에 따름
1.3 참고 기준
- 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 66 합성콘크리트 설계기준
- KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 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
- A : 전체 단면적, mm2
- As : 인장철근 단면적, mm2
- Asv : 벽체의 축방향 철근의 유효단면적, mm2
- c : 압축측 연단에서 중립축까지 거리, mm
- d : 압축측 연단에서 인장철근 중심까지 거리, mm
- e : 편심거리, mm
- Ec : 콘크리트의 탄성계수, MPa
- Es : 철근의 탄성계수, MPa
- fck : 콘크리트의 설계기준압축강도, MPa
- fyk : 철근의 설계기준항복강도, MPa
- h : 부재의 두께, mm
- I : 균열단면에 대한 단면2차모멘트, mm4
- λ : 압축부재의 유효길이계수
- l : 받침부 사이의 수직길이, mm
- lw : 전단력 방향의 전체 벽 또는 부분적인 벽의 길이, mm
- M : 처짐을 계산할 때 부재의 최대 휨모멘트
- Mcr : 외력에 의해 단면에서 휨균열을 일으키는 휨모멘트, 균열휨모멘트
- Mn : 공칭휨강도
- Mu : 단면의 계수휨모멘트
- Mu0 : 효과를 포함하지 않고 계수 횡하중 및 편심하중에 의해 벽체의 중간높이에서 유발되는 휨모멘트
- Nn : 주어진 편심에서 공칭축강도
- Nu : 주어진 편심에서 계수축력
- δcr : 균열휨모멘트가 작용할 때 벽체중간부에서 계산된 면외방향 처짐량, mm
- δn : 공칭모멘트가 작용할 때 벽체중간부에서 계산된 면외방향 처짐량, mm
- δu : 사용하중이 작용할 때 벽체중간부에서 계산된 면외방향 처짐량, mm
- δv : 계수하중이 작용할 때 벽체중간부에서 계산된 처짐량, mm
- γm : 강도감소계수
2. 조사 및 계획
- 내용 없음
3. 재료
- KDS 14 20 01(3)에 따름
4. 설계
4.1 설계 일반
- 벽체: 계수연직축력이 0.4fck 이하이고 총 수직철근량이 단면적의 0.01배 이하인 부재
- 계수연직축력이 0.4fck 초과 또는 총 수직철근량이 단면적의 0.01배 초과하는 부재는 KDS 14 20 20, KDS 14 20 50의 압축부재 설계 및 배근 원칙 적용
- 벽체는 작용하는 편심축하중, 수평하중 및 기타 하중에 안전하게 저항하도록 설계
- 축하중을 받는 벽체 설계는 4.1, 4.2 및 4.3의 규정에 따름
- 정밀한 구조해석을 하지 않는 경우, 각 집중하중에 대한 벽체의 유효수평길이는 하중 사이의 중심거리, 그리고 하중 지지폭에 벽체 두께의 4배를 더한 길이 중 작은 값을 초과하지 않도록 함
- 전단력에 대한 설계는 KDS 14 20 22(4.9)의 규정에 따름
- 벽체와 일체가 된 압축부재의 설계는 KDS 14 20 20(4.3.1(4))의 규정에 따름
- 벽체의 철근은 교차하는 구조 부재 (바닥, 지붕, 기둥, 벽기둥, 부벽, 교차벽체 및 기초 등)에 충분히 정착
- 철근량 및 벽두께 제한은 4.2 및 4.3.2(3)의 규정을 따름 (정밀 구조해석으로 충분한 강도와 구조안정성을 확인할 수 있는 경우 제외)
- 벽체의 밑면에서 기초판으로 하중전달은 KDS 14 20 70(4.2.3)의 규정에 따름
4.2 최소 철근비
- 벽체의 수직 및 수평 최소 철근비는 4.2(2) 및 4.2(3)의 규정을 따름
- KDS 14 20 22(4.9.2(5)), (4.9.3)의 규정에 의해 요구되는 전단보강철근의 소요량이 더 큰 경우에는 그 소요량 적용
- 벽체의 전체 단면적에 대한 최소 수직철근비:
- 설계기준항복강도 400MPa 이상으로서 D16 이하의 이형철근: 0.0012
- 기타 이형철근: 0.0015
- 지름 16mm 이하의 용접철망: 0.0012
- 벽체의 전체 단면적에 대한 최소 수평철근비:
- 설계기준항복강도 400MPa 이상으로서 D16 이하의 이형철근: 0.0020 x 400/fyk (단, fyk는 500 MPa를 초과할 수 없음)
- 기타 이형철근: 0.0025
- 지름 16mm 이하의 용접철망: 0.0020
- 두께 250mm 이상의 벽체:
- 수직 및 수평철근을 벽면에 평행하게 양면으로 배치 (지하실 벽체 제외 가능)
- 외측 면 철근: 각 방향에 대한 전체 소요철근량의 1/2 이상, 2/3 이하 (외측 면부터 50mm 이상, 벽 두께의 1/3 이내에 배치)
- 내측면 철근: 각 방향에 대한 소요철근량의 잔여분 (내측면부터 20mm 이상, 벽 두께의 1/3 이내에 배치)
- 수직 및 수평철근 간격: 벽두께의 3배 이하, 450mm 이하
- 수직철근이 집중배치된 벽체 부분의 수직철근비가 0.01배 이상인 경우 KDS 14 20 50(4.4.2)의 규정에 따른 횡방향 띠철근 설치 (수직철근이 압축력을 받는 철근이 아닌 경우 제외)
- 띠철근 수직간격: 벽체두께 이하
- 모든 창이나 출입구 등의 개구부 주위:
- 4.2(1)에 규정된 최소 철근량 이외에도 수직 및 수평방향으로 이열배근된 벽체에서 두 개의 D16 이상 철근, 일렬배근된 벽체에서 한 개의 D16 이상의 철근 배치
- 개구부 모서리에서 설계기준항복강도를 발휘할 수 있도록 정착
4.3 벽체의 설계
4.3.1 압축부재로서 벽체의 설계
- 축력을 받거나 축력과 휨모멘트를 동시에 받는 벽체 설계는 KDS 14 20 20(4.1), (4.4), (4.5), (4.6.1), (4.7), 이 기준의 4.1 및 4.2의 규정에 따름 (해당 조건을 만족할 경우 4.3.2의 실용 설계법 적용 가능)
4.3.2 실용 설계법
- 직사각형 단면의 벽체로서 4.1, 4.2의 모든 요구 조건을 만족하고 계수하중의 합력이 벽두께의 중앙 1/3 이내에 작용하는 경우 적용 가능
- 벽체의 설계축강도 Nu는 식 (4.3-1)에 의해 산정 (4.3.1의 규정에 의할 때에는 적용하지 않음)
- Nu = 0.85fckA + 0.4fykAsv (4.3-1)
- λ: 유효길이계수
- 상·하단이 횡구속 벽체로서
- 상·하 양단 중의 한쪽 또는 양쪽의 회전이 구속된 경우: 0.8
- 상·하 양단 모두 회전이 구속되지 않은 경우: 1.0
- 비횡구속 벽체: 2.0
- 상·하단이 횡구속 벽체로서
- 벽체의 최소 두께:
- 수직 또는 수평 받침점 간 거리 중에서 작은 값의 1/25 이상, 100mm 이상
- 지하실 외벽 및 기초 벽체의 두께: 200mm 이상
4.3.3 세장한 벽체의 대체설계법
- 휨인장이 벽체의 면외방향 설계를 지배하는 경우 적용 (KDS 14 20 20(4.4.1) 만족)
- 4.3.3에 따라 설계된 벽체는 4.3.3(2)의 규정을 만족해야 함
- 벽판은 단순지지되고 벽체 중앙에서 최대 모멘트 및 최대 처짐이 발생되는 면외 균등한 횡하중을 받는 압축부재로 고려하여 설계
- 단면적은 전높이에 대하여 일정
- 벽체는 인장이 지배적인 거동을 하도록 설계
- 철근은 식 (4.3-2)와 같은 설계휨강도를 확보하도록 산정
- Mu = 0.85fckI/d (4.3-2)
- 벽체 높이의 중앙부분에서 작용되는 집중 수직하중:
- 지압폭과 지압면 양측 면에서 수직으로 2, 수평으로 1의 비율로 확대한 폭을 더한 값과 같음
- 집중하중 간격 이하
- 벽판의 연단을 초과하지 않음
- 벽체 높이의 중앙부분의 수직응력 σv는 fck를 초과하지 않아야 함
- 축력과 휨모멘트를 받는 벽체 높이의 중앙부의 설계휨강도 Mu는 식 (4.3-3)과 같은 조건을 만족해야 함
- Mu = γm(Mu0 + 0.5N*e) (4.3-3)
- e = Mu0/N (4.3-4)
- Mu0: 계수횡하중과 편심 수직하중에 의한 벽체 높이 중앙부의 최대 계수휨모멘트 ( 효과 고려하지 않은 값)
- e: 식 (4.3-5)에 의해 계산한 값
- e = δv/(8l^2/EI) (4.3-5)
- δv: 처짐을 반복적으로 대입하여 계산하거나 식 (4.3-6)을 이용하여 직접 계산
- δv = (5Mu0l^4)/(384EI) + (Nel^3)/(24EI) (4.3-6)
- γm: 식 (4.3-7)과 같음
- γm = 1.0 – 0.5*(δv/δcr)^2 (4.3-7)
- δcr: 균열휨모멘트 Mcr가 작용할 때 벽체중간부에서 계산된 면외방향 처짐량
- γm: 6 이상
- 효과를 고려한 사용하중에 의한 최대 면외 처짐 δu: δn을 초과하지 않아야 함
- δn: 사용 횡하중과 편심 수직하중에 의한 벽체 높이 중앙부의 최대 휨모멘트 ( 효과 고려한 값)
- δn이 δu를 초과한다면, δu는 식 (4.3-8)에 의해 계산
- δu = (5Mul^4)/(384EI) + (Nel^3)/(24EI) (4.3-8)
- δn이 δu를 초과하지 않는다면, δu는 식 (4.3-9)에 의해 계산
- δu = (δn/γm) * (1.0 – 0.5*(δn/δcr)^2) (4.3-9)
- δn 및 δu: 식 (4.3-10) 및 (4.3-11)과 같음
- δn = δv + (1.0/2)(1.0 – γm)δn (4.3-10)
- δu = δn + (1.0/2)(1.0 – γm)δu (4.3-11)
- γm: 식 (4.3-7)에 의해 계산
- δcr: 면외 처짐을 반복적으로 대입하여 계산
4.4 비내력벽과 지중보
- 비내력벽 두께: 100mm 이상, 횡방향으로 지지하고 있는 부재 사이 최소 거리의 1/30 이상
- 지중보로 설계하는 벽체: KDS 14 20 20(4.1, 4.2)의 규정에 의해 산정한 휨모멘트에 소요되는 철근을 벽체의 상부 및 하부에 배치
- 전단보강에 대한 설계는 KDS 14 20 22의 규정에 따름
- 지표면 위로 노출된 지중보 벽체의 부분: 4.2의 규정 만족
주의: 위 내용은 시방서의 일부 내용을 마크다운으로 변환한 것이며, 전체 내용을 담고 있지 않습니다. 실제 건설 시방서를 참고하여 적용해야 합니다.
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