KDS 14 31 55 강구조물 사용성 및 물고임 설계 시방서
1. 일반사항
1.1 목적
- 강구조물의 사용성 설계 및 물고임 설계에 대한 기술적 사항을 규정하여 구조물 성능 확보
1.2 적용 범위
- 강구조물 전체, 각 구조부재, 연결부(접합부) 및 연결재(접합재)에 적용
- 지붕시스템은 구조해석을 통해 물고임 상태 시 적절한 강도 및 안정성을 확보하도록 검토
- 다만, 지붕 표면이 배수방향으로 단위미터당 20mm 이상 기울기 갖거나 적절한 배수시스템 설치된 경우는 제외
1.3 참고 기준
- KDS 14 31 05(1.3)
1.4 용어의 정의
- KDS 14 31 05(1.4)
1.5 기호의 정의
- ：공칭고정하중
- ：주부재의 단면2차모멘트 (mm4)
- ：보조부재의 단면2차모멘트 (mm4)
- ：보조부재에 의해 지지되는 데크의 단면2차모멘트 (mm4/m)
- ：큰보방향의 기둥간격 (주요 부재길이) (m)
- ：큰보의 수직방향 기둥간격(보조 부재길이) (m)
- ：물고임의 기여를 제외한 빗물이나 눈에 의한 공칭하중 (MPa)
- ：보조부재간격 (m)
- ：하중조합에 의한 응력
2. 조사 및 계획
- 내용 없음
3. 재료
- KDS 14 31 05(3)
4. 설계
4.1 사용성 설계
4.1.1 일반규정
- 건축물의 기능, 외관, 유지관리, 내구성 및 거주자 편안함 등이 확보되는 상태를 사용성으로 정의
- 최대변위, 가속도 등 구조반응 평가 시 적절한 하중조합 고려
4.1.2 치올림
- 치올림 크기, 방향, 위치를 구조설계도면에 명시
4.1.3 처짐
- 사용하중에 의한 구조부재 또는 골조의 처짐은 강구조 건축물의 사용성이 저해되지 않도록 설계
4.1.4 수평변위
- 사용하중에 의한 강구조 건축물의 수평변위는 내부칸막이벽과 외부마감재 손상 포함하여 사용성 저해되지 않도록 설계
- 부재 강도설계용 하중조합에 의한 수평변위는 인접건축물 충돌 유발하지 않도록 설계
- 설계기준에 제시된 수평변위 제한 값 초과해서는 안됨
4.1.5 진동
- 보행하중, 기계실 및 기타 진동원에 의한 진동은 거주자 편안함과 강구조 건축물 기능 저해되지 않도록 설계 시 고려
4.1.6 바람에 의한 수평진동
- 바람에 의한 강구조 건축물 흔들림은 거주자 편안함 저해되지 않도록 설계 시 고려
4.1.7 팽창과 수축
- 강구조 건축물 외부마감재 손상은 누수와 부식 야기할 수 있으므로 열팽창과 수축 효과 고려하여 설계
4.1.8 연결부(접합부) 미끄럼
- 구조물 사용성이 볼트 연결부(접합부) 미끄럼으로 인해 저해될 수 있는 설계에서는 연결부(접합부) 미끄럼효과 고려
- 연결부(접합부)에 미끄럼현상 발생하지 않도록 설계하는 것을 원칙
4.2 물고임 설계
4.2.1 물고임에 대한 개략설계
- 지붕구조는 물고임에 대한 적절한 강도와 강성을 확보
-
다음 두 조건을 모두 만족해야 함:
- (4.2-1)
- (4.2-2)
-
: 큰보방향의 기둥간격 (주요 부재길이) (m)
- : 큰보의 수직방향 기둥간격(보조 부재길이) (m)
- : 보조부재간격 (m)
- : 주부재의 단면2차모멘트 (mm4)
- : 보조부재의 단면2차모멘트 (mm4)
- : 보조부재에 의해 지지되는 데크의 단면2차모멘트 (mm4/m)
- 트러스와 강재 장선의 경우 단면2차모멘트, 를 15% 저감
- 강재 데크가 주부재에 의해 직접 지지되는 경우 보조부재로 간주
4.2.2 물고임에 대한 개선된 설계
-
4.2.1보다 더 정확한 지붕구조 강성을 평가하는 경우 다음 계수 사용 가능:
- 주부재 응력지표 : (4.2-3)
- 보조부재 응력지표 : (4.2-3)
-
: 하중조합에 의한 응력
- : 공칭고정하중
- : 물고임의 기여를 제외한 빗물이나 눈에 의한 공칭하중 (MPa)
-
주부재와 보조부재로 구성된 지붕구조 조합강성은 다음과 같이 평가 가능:
- 주부재에 대해 계산된 응력지표 에 해당하는 값을 그림 4.2-1에서 찾음
- 보조부재에 대해 계산된 값까지 수평으로 이동한 후 가로좌표축 눈금을 읽음
- 그 눈금은 주요부재의 유연도상수 상한치를 나타냄
- 주부재에 대해 계산된 값보다 크면 주부재와 보조부재 조합된 강성은 충분한 것으로 판단 가능
- 그렇지 않은 경우 주부재 또는 보조부재에 대한 강성보강 필요
- 그림 4.2-2를 사용하여 비슷한 과정 검토 필요
-
등간격 벽체보로 구성된 지붕구조 강성은 다음과 같이 평가 가능:
-
보조부재들은 무한강성의 주부재에 의해 지지되는 것으로 간주
- 계산된 응력지표 를 그림 4.2-2에서 찾고 를 나타내는 수평선과 에 해당하는 곡선의 교차점으로부터 보조부재의 유연도상수 상한치 를 결정
-
기둥에 지지된 보 사이에 설치된 메탈데크로 이루어진 지붕구조의 경우:
- 지붕데크의 1m 폭 ()에 해당하는 유연도상수 를 계산
- 그림 4.2-1 또는 그림 4.2-2를 이용하여 강성 평가
-
그림 4.2-1 주부재의 한계연성도계수
- 그림 4.2-2 보조부재의 한계연성도계수