KDS 설계기준 418010 알루미늄구조 설계기준

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KDS 41 80 10 알루미늄 구조부재 및 접합부 해석 및 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 알루미늄 구조부재 및 접합부의 해석 및 설계에 대한 일반적인 요구사항을 규정

1.2 적용 범위

• 하중에 저항하는 알루미늄 합금 부재의 설계에 적용
• 명시되지 않은 사항은 합리적인 해석 결과 적용 가능

1.3 참고 기준

• 관련 법규: 없음
• 관련 기준:
  • KDS 41 12 00 건축물 설계하중
  • KDS 41 30 10 강구조 설계기준
  • KS D 6759 알루미늄 합금 압출 형재

1.4 용어의 정의

• 없음

1.5 기호의 정의

| 기호 | 설명 | |—|—| | | 유효순단면적 (용접 영향 구간) | | | 요소 전단면적 | | | 요소 전단면적 중 압축 면적 | | | 웨브 또는 봉의 순단면적, 파이프 또는 강관의 순단면적 | | | 전단면적 | | | 용접 영향 구간의 단면적 | | | 용접 영향 구간 중 압축 면적 | | | 봉 지름 | | | 파이프 혹은 강관 외경 | | | 파이프 혹은 강관 내경 | | | 휨압축하중을 받는 요소 응력 | | | 용접 영향 없는 부재의 휨압축응력 | | | 용접 영향 전체 부재의 휨압축응력 | | | 용접 영향 없는 부재의 균일압축응력 | | | 용접 영향 전체 부재의 균일압축응력 | | | 용접 영향 없는 부재의 전단응력 | | | 용접 영향 전체 부재의 전단응력 | | | 단면2차모멘트 (균일압축하중 요소) | | | 축 단면2차모멘트 | | | 단면2차모멘트 (휨압축하중 요소) | | | 파이프 혹은 원형 강관의 전단력 최대 지점에서 0인 지점까지의 길이 | | | 파이프 또는 강관의 중간 두께에 대한 반지름 (원형/타원형) | | | 중립축에서 압축측 단면계수 | | | 중립축에서 인장측 단면계수 | | | 축 단면계수 | | | 소성단면계수 | | | 웨브 순 높이와 스티프너 사이의 간격 (작은 값) | | | 웨브 순 높이와 스티프너 사이의 간격 (큰 값) | | | 지지되지 않은 단부에서 지지요소의 두께 중간까지의 거리 | | | 중심축에서 압축연단까지의 거리 | | | 중심축에서 최대압축응력이 발생하는 압축연단까지의 거리 | | | 균일압축하중을 받는 요소 중심선에서 단면중심축까지의 거리 | | | 단면중심축에서 균일압축하중 요소 최단부까지의 거리 | | | 휨압축하중을 받는 요소 압축연단에서 단면중심축까지의 거리 | | | 중심축에서 반대편 연단까지의 거리 | | | 보의 춤, 휨 거동시 단면 강봉 치수 | | | 단면에 수직인 방향의 강봉 치수, 웨브 두께, 파이프 또는 강관 두께 | | | 기둥 세장비 |

1.6 해석과 설계 원칙

1.6.1 일반사항

• 알루미늄 구조물의 해석 및 설계에 대한 일반적인 요구사항

1.6.2 하중과 하중조합

• KDS 41 12 00에 따름

1.6.3 설계기본원칙

• 소요강도와 강도설계는 KDS 41 12 00에 따름
• 구조 부재와 접합부의 소요강도는 탄성해석으로 산정
• 설계기준 전단 및 압축 재료강도는 인장항복강도에서 표 1.6-1에 따라 결정
• 안정성 설계는 4.6에 따름

1.6.4 좌굴계수

• 좌굴계수 , , , 는 표 1.6-2, 1.6-3, 1.6-4에 따름

1.6.5 요소 강도

• 균일한 압축을 받는 요소 강도는 다음과 같이 산정:
  • 용접되지 않은 요소:
  • 용접된 요소:
• 일단구속 평판요소의 압축강도는 표 1.6-5에 의해 결정
• 양단구속 평판요소의 압축강도는 표 1.6-6에 의해 결정
• 휨압축을 받는 요소 강도는 다음과 같이 산정:
  • 용접되지 않은 요소:
  • 용접된 요소:
• 양단구속 또는 압축단구속-인장단자유 평판요소의 휨압축강도는 표 1.6-7에 의해 결정
• 인장단구속-압축단자유 평판요소의 휨압축강도는 표 1.6-8에 의해 결정

2. 조사 및 계획

• 없음

3. 재료

3.1 일반사항

• 구조용 알루미늄은 KS D 6759에 적합한 것으로 사용
• KS규격 이외의 제품은 동등 이상의 품질이 확인된 경우 사용 가능
• 알루미늄의 재료정수는 표 3.1-1에 따름
• 용접의 영향을 받지 않은 주조품의 재료 강도는 표 3.1-2에 따름
• 주조품의 용접 강도는 용접 절차 인정 시험에서 얻은 강도로 함

3.2 접합재료의 강도

• 알루미늄 볼트의 공칭재료강도는 표 3.2-1에 따름
• 용접봉의 공칭강도는 표 3.2-2에 따름
• 알루미늄 리벳의 공칭강도는 표 3.2-3에 따름

4. 설계

4.1 인장재

4.1.1 일반사항

• 인장재의 설계인장강도 는 총단면의 항복한계상태와 유효순단면의 파단한계상태 중 작은 값으로 함
• 인장 부재의 단부 접합부에 대한 블록전단 파단 강도는 KDS 14 31 10(4.1)에 따름

4.1.2 단면적의 산정

• 부재의 순단면적 과 유효순단면적 는 KDS 14 31 10(4.1)에 따라 산정
• 알루미늄 구조에서는 다음을 고려:
  • 드릴로 만든 구멍이나 리머구멍의 폭은 구멍의 공칭 지름을 사용
  • 펀칭된 구멍의 폭은 공칭 지름에 0.8mm를 더한 값을 사용
  • 용접된 부재의 경우 플러그 또는 슬롯 용접 부분은 순단면적에 포함되지 않음

4.2 압축재

4.2.1 일반사항

• 압축재의 설계압축강도 는 좌굴, 국부좌굴, 상호작용 중 작은 값을 사용

4.2.2 부재좌굴

• 부재의 공칭좌굴강도 는 다음과 같이 구함:
• 용접되지 않은 부재의 경우 는 와 를 통해 산정
• 용접된 부재의 경우 는 , 표 1.6-2, 1.6-3, 를 통해 산정
• 전체가 용접의 영향을 받는 부재의 경우 는 와 를 통해 산정
• 용접된 부재의 경우 는 표 1.6-2, 를 통해 산정
• 부재 단면이 용접된 경우:
  • 양단부 지지, 단부로부터 0.05 이상 용접되지 않은 경우:
  • 양단부 지지, 단부로부터 0.05 이상 용접된 경우, 또는 한쪽 단부만 용접된 경우:
  • 부재 길이방향으로 용접된 경우:

4.2.3 국부좌굴

• 부재의 국부좌굴강도는 가중평균방법을 통해서 산정:

4.2.4 부재좌굴과 국부좌굴의 상호작용

• 탄성좌굴응력 값이 부재의 좌굴응력보다 작을 경우 부재의 공칭 압축강도는 다음 값 이상이어서는 안 됨:

4.3 휨부재

• 주축에 평행하며 전단중심을 통과하는 평면에 재하되는 경우, 또는 부재 길이방향 축에 대한 회전강성이 지점과 재하위치에 구속된 경우에 적용

4.3.1 일반사항

• 휨부재의 설계휨강도 는 항복, 파단, 국부좌굴, 횡비틀림좌굴 중 작은 값을 사용

4.3.2 항복 및 파단

• 항복한계상태에 대해 기성품의 공칭휨강도 은 , 와 중 가장 작은 값을 사용
• 항복한계상태에 대해 주조품의 공칭휨강도 은 와, 중 가장 작은 값을 사용
• 파단한계상태에 대해 공칭휨강도는 다음과 같다:

4.3.3 국부좌굴

• 평판요소와 곡면요소의 조합으로 이루어진 형태의 국부좌굴에 의한 공칭휨강도 는 가중평균법으로 산정
• 국부좌굴한계상태는 와이어, 로드, 강봉에 적용할 수 없음:
• 단면중심축에서 압축 플랜지보다 더 먼 위치에 스티프너가 설치되어 있다면, 휨압축강도는 다음 값 이상이어서는 안 됨:

4.3.4 횡비틀림좌굴강도

• 횡비틀림좌굴 한계상태에서의 축으로 지정된 공칭휨강도 는 표 4.3-1과 같다
• 용접되지 않은 부재의 경우 횡비틀림좌굴강도 는 를 사용하여 산정
• 전체가 용접의 영향을 받는 부재의 경우 부재의 공칭 횡비틀림 좌굴강도 는 를 통해 산정
• 부재 단면이 용접된 경우:
  • 양단부 지지, 단부로부터 0.05 이상 용접되지 않은 경우:
  • 양단부 지지, 단부로부터 0.05 이상 용접된 경우, 또는 한쪽 단부만 용접된 경우:
  • 부재 길이방향으로 용접된 경우:

4.3.4.1 횡좌굴모멘트수정계수

• 기본적으로 KDS 14 31 10(4.3)에 따라 산정하여 적용
• 다음의 경우는 별도로 고려:
  • 양단 지지된 경우: 균일 휨하중을 받는 부재의 경우, 을 사용
  • 캔틸레버: 2축대칭인 단면 부재가 자유단에서 횡지지 되어 있지 않다면 값은 하중의 경우에 따라 표 4.3-2에 의해 결정
  • 1축 대칭 형태의 단면의 횡지지점 사이에 대한 는 이거나 일 때, 을 적용

4.3.4.2 횡비틀림좌굴의 세장비

• 휨축에 대칭인 단면 형상의 세장비는 다음과 같다:
• 휨축에 대칭이지 않은 개방형 단면 형상이 인 경우, 세장비는 식(4.3-7)을 이용하여 산정
• 폐쇄형 형상의 세장비는 다음과 같다:
• 각형강봉 형상의 세장비는 다음과 같다:
• 그 외 다른 형상이나 휨주축에 대해 비대칭인 형상의 세장비는 다음과 같다:

4.3.5 국부좌굴과 횡비틀림좌굴의 상호작용

• 다음에 모두 해당하는 개방형 단면에 적용:
  • 플랜지가 평판 요소로 균일 압축 하중을 받으며 한쪽 단부가 지지된 경우
  • 플랜지의 탄성좌굴응력 가 1.6을 통해 산정된 보의 횡비틀림좌굴하중 보다 작은 경우
• 횡비틀림좌굴강도는 다음 값 이상이어서는 안 됨:

4.4 전단력을 받는 부재

• 전단력을 받는 부재의 설계전단강도 은 전단좌굴, 전단항복, 전단파단 한계상태 중 작은 값을 사용

4.4.1 전단파단

• 전단파단 한계상태에 대한 공칭전단강도 은 다음과 같다:
  • 평판 웨브 또는 봉 부재의 경우:
    • 용접되지 않은 부재:
    • 용접된 부재:
  • 파이프, 원형 또는 타원형 강관 부재의 경우:
    • 용접되지 않은 부재:
    • 용접된 부재:

4.4.2 전단항복 및 전단좌굴

• 전단항복과 전단좌굴에 대한 공칭전단강도 은 다음과 같다:
  • 용접되지 않은 구조부재:
  • 용접된 부재:
• 전단면적은 다음과 같이 산정:
  • 양단지지 또는 일단지지의 평판 웨브 부재의 경우:
  • 파이프, 원형 또는 타원형 강관 부재의 경우:
  • 봉 부재의 경우:
• 전단응력은 다음과 같이 산정:
  • 양단지지의 평판 웨브 부재의 경우, 는 표 4.3-1을 통해 결정
  • 일단지지의 평판 웨브 부재의 경우, 는 표 4.4-2를 통해 결정
  • 파이프, 원형 또는 타원형 강관 부재의 경우, 는 표 4.4-3을 통해 결정
  • 봉 부재의 경우,

4.5 조합력을 받는 부재

• 휨과 축력을 받는 부재는 KDS 14 31 10(4.4)를 만족해야 함

4.6 골조의 안정성

• 2차효과를 고려하는 골조의 안정성 설계는 KDS 14 31 15에 따름

4.7 접합부 설계

• 기본적으로 KDS 14 31 25(4.1)에 따름

4.7.1 접합재

• 접합재와 용접이 조합된 경우 접합재는 하중을 분담하지 않는 것으로 간주
• 접합재 간의 최대 간격:
  • 인장 부재를 접합하는 접합재의 피치와 게이지는 75+20(mm) 이하이어야 함 ( 는 외부 부재의 두께)
  • 압축 부재를 접합하는 외부 부재는 다음을 만족해야 함:
    • 부재의 강도는 4.2.2의 요구조건을 만족해야 하며 유효길이 로 한다 ( 는 피치)
    • 접합재가 여러 열로 배치된 경우, 부재의 강도는 폭 에 대해 1.6.5(1)②의 요구조건을 만족해야 한다 ( 는 게이지)

4.7.2 용접

• 다음에 해당하는 그루브용접은 완전용입용접에 해당:
  • 양면 모두를 용접하되, 첫 번째 용접 후 두 번째 용접을 하기 전 백가우징하여 금속면을 건전하게 형성한 경우
  • 임시 혹은 영구 뒷댐재를 사용하여 한쪽 면을 용접한 경우
  • 루트부분은 뒷댐재 없이 AC-GTAW를 사용하여 한쪽 면을 용접한 경우
  • 키홀(keyhole) 모드로 한쪽 면을 용접한 경우

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