KDS 설계기준 142010 콘크리트구조 해석과 설계 원칙

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콘크리트 구조 해석 및 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 콘크리트 구조물 해석 및 설계에 관한 원칙과 최소 요구 조건 규정

1.2 적용 범위

• 철근 콘크리트 구조물 부재 설계 시, 하중 계수 및 강도 감소 계수 적용
• 모든 예상 하중 조합에 구조물이 저항할 수 있도록 설계
• 수평력 저항 시스템을 통해 풍하중 및 지진하중에 적절히 저항하도록 설계

1.3 참고 기준

• KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항
• 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 72 콘크리트 벽체 설계기준
• KDS 14 20 74 기타 콘크리트구조 설계기준
• KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계기준
• 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
• b : 부재의 복부폭 와 내민 플랜지의 유효길이를 합한 길이, mm
• b_f : 플랜지가 있는 부재의 복부폭, mm
• D : 고정하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• d : 단면의 유효깊이, mm
• d’ : 압축연단에서 압축철근의 도심까지 거리, mm
• E_c : 콘크리트의 할선탄성계수, MPa
• E_ci : 콘크리트의 초기접선탄성계수, MPa
• E_p : 긴장재의 탄성계수, MPa
• E_s : 철근의 탄성계수, MPa
• E_st : 형강의 탄성계수, MPa
• F : 유체의 밀도를 알 수 있고, 저장 유체의 높이를 조절할 수 있는 유체의 중량 및 압력에 의한 하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• f_ci : 프리스트레스를 도입할 때의 콘크리트 압축강도, MPa
• f_ck : 콘크리트의 설계기준압축강도, MPa
• f_cm : 콘크리트의 평균 압축강도, MPa
• f_pe : 긴장재의 유효프리스트레스 응력, MPa
• f_ct : 콘크리트의 쪼갬인장강도, MPa
• f_yk : 철근의 설계기준항복강도, MPa
• H : 흙, 지하수 또는 기타 재료의 횡압력에 의한 수평방향 하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• V : 흙, 지하수 또는 기타 재료의 자중에 의한 연직방향 하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• h : 부재의 전체 두께, mm
• I : 충격 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• L : 부재의 순경간
• Q : 활하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• Q_r : 지붕활하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• ρ_c : 콘크리트의 단위용적질량, kg/m³
• M_n : 균형상태에서 공칭축강도
• M_u : 주어진 편심에서 공칭축강도
• R : 강우하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• S : 적설하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• T : 온도, 크리프, 건조수축 및 부등침하의 영향 등에 의해서 생기는 단면력
• t_f : 플랜지의 두께
• N_d : 계수하중 또는 이에 의해서 생기는 단면에서 저항하여야 할 소요강도
• V_c : 콘크리트에 의한 부재 단면의 공칭전단강도
• W : 계수분포하중
• W : 풍하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
• γ_l : 경량콘크리트 계수
• γ_v : 토피 두께의 연직방향 하중 에 대한 보정계수
• β : 콘크리트 강도에 따른 중립축 위치에 관련된 계수. KDS 14 20 20(4.1.1(7)③) 참조
• ε_cu : 공칭축강도에서 최외단 인장철근의 순인장변형률: 유효프리스트레스 힘, 크리프, 건조수축 및 온도에 의한 변형률은 제외함
• ε_y : 철근의 설계기준 항복변형률
• γ : 강도감소계수
• ρ_t : 인장철근비
• ρ_c : 압축철근비
• ρ_b : 균형철근비

2. 조사 및 계획

• 내용 없음

3. 재료

• KDS 14 20 01(3)에 따름

4. 설계

4.1 하중과 외력

4.1.1 적용하중

• 시공 중 또는 완성 후 구조물에 작용하는 하중 및 외적 작용 고려
  • 활하중, 고정하중, 풍하중, 지진하중, 적설하중, 토압 및 유체압
  • 프리스트레스 힘, 작업하중, 진동, 충격, 건조수축, 크리프, 온도 변화, 탄성수축, 받침부의 부등침하

4.1.2 하중의 계산

• 해당 시설물편 규정에 따름

4.2 강도

4.2.1 일반사항

• 모든 단면에서 소요강도 이상의 설계강도를 갖도록 설계
• 사용하중에 대해 충분한 기능 확보

4.2.2 소요강도

• 하중 계수 및 하중 조합 고려하여 최대 소요강도에 대한 만족도 확보
• 하중계수
  • : 연직방향 하중 에 대한 보정계수 ( = 1.2, = 1.4)
  • : = 1.4, = 1.6
  • : = 1.3, = 1.5
  • : = 1.2, = 1.5
  • : = 1.0, = 1.1
  • : = 1.0, = 1.0
  • : = 1.0, = 1.0
  • : = 1.0, = 1.0
• 차고, 공공집회 장소, 5.0kN/m² 이상인 모든 장소 이외에는 0.5로 감소 가능
• 충격의 영향이 있는 경우 활하중()을 충격효과()가 포함된 ()로 대체
• 부등침하, 크리프, 건조수축, 팽창콘크리트의 팽창량 및 온도변화는 실제 상황 고려하여 계산
• 포스트텐션 정착부 설계 시, 최대 프리스트레싱 강재의 긴장력에 대한 하중계수 1.2 적용

4.2.3 설계강도

• 부재, 연결부, 단면의 휨모멘트, 축력, 전단력, 비틀림모멘트에 대한 설계강도는 공칭강도에 강도감소계수() 곱한 값으로 정의
• 강도감소계수
  • 인장지배단면 : 0.85
  • 압축지배단면
    • 나선철근 보강 : 0.70
    • 그 외 : 0.65
    • ε_cu가 압축지배와 인장지배 사이일 경우, 압축지배 값에서 0.85까지 선형적으로 증가
  • 전단력 및 비틀림모멘트 : 0.75
  • 콘크리트의 지압력 (포스트텐션 정착부, 스트럿-타이 모델 제외) : 0.65
  • 포스트텐션 정착구역 : 0.85
  • 스트럿-타이 모델
    • 스트럿, 절점부, 지압부 : 0.75
    • 타이 : 0.85
  • 프리텐션 부재의 휨 단면 (긴장재 묻힘길이가 정착길이보다 작은 경우)
    • 단부부터 전달길이 단부까지 : 0.75
    • 전달길이 단부부터 정착길이 단부까지 : 0.75에서 0.85까지 선형적으로 증가
  • 무근콘크리트의 휨모멘트, 압축력, 전단력, 지압력 : 0.55

4.2.4 철근의 설계강도

• 긴장재를 제외한 철근의 설계기준항복강도()는 600MPa을 초과하지 않아야 함

4.3 구조해석 일반

4.3.1 해석방법

• 계수하중으로 탄성이론에 의해 결정된 최대 단면력에 대해 설계
• 단순화된 가정 사용 가능
• 일반적인 구조 형태, 경간, 층고를 갖는 건물은 근사 해법 사용 가능

4.3.2 연속 휨부재의 모멘트 재분배

• 탄성이론에 의해 산정한 연속 휨부재 받침부의 부모멘트는 20% 이내에서 %만큼 증가 또는 감소 가능
• 휨모멘트 재분배 후에도 정적 평형 유지
• 최외단 인장철근의 순인장변형률()이 0.0075 이상인 경우에만 재분배 가능

4.3.3 탄성계수

• 콘크리트의 할선탄성계수
  • = 1,450~2,500kg/m³ : 식 (4.3-1)
  • 보통중량골재를 사용한 콘크리트(2,300kg/m³) : 식 (4.3-2)
  • 충분한 시험자료가 없는 경우 : 식 (4.3-3)
  • 초기접선탄성계수와 할선탄성계수 관계 : 식 (4.3-4)
• 철근의 탄성계수 : 식 (4.3-5)
• 긴장재의 탄성계수 : 실험 또는 제조자에 의해 결정, 그렇지 않은 경우 식 (4.3-6)
• 형강의 탄성계수 : 식 (4.3-7)

4.3.4 경량콘크리트

• 경량콘크리트 계수() 적용
  • 값이 규정되어 있지 않은 경우
    • 전경량콘크리트 : 0.75
    • 모래경량콘크리트 : 0.85
    • 0.75~0.85 사이 값은 모래경량콘크리트의 잔골재 체적비에 따라 직선보간
    • 0.85~1.0 사이 값은 보통중량콘크리트의 굵은골재 체적비에 따라 직선보간
    • 보통중량콘크리트의 = 1.0
  • 값이 주어진 경우 :

4.3.5 강성

• 기둥, 벽체, 바닥판, 지붕 시스템의 상대적인 휨강성과 비틀림강성 고려
• 헌치의 영향 고려

4.3.6 유효강성

• 사용하중에 대한 철근콘크리트 구조 시스템의 횡변위 산정 시 강성
  • 휨강성에 1.43배를 곱한 값을 사용하여 선형해석 또는 부재의 강성저하를 고려하여 해석
  • 단면 특성은 전 단면 특성값을 초과할 수 없음
• 설계하중에 의한 횡변위 산정 시 강성
  • 단면의 성질에 대한 강성
  • 전 단면에 대한 강성의 50%
• 2방향 슬래브를 지진력 저항 시스템의 요소로 설계할 때, 설계하중에 의한 횡변위는 선형해석에 따라 산정 가능
  • 바닥판의 강성은 검증된 모델을 따름
  • 골조의 강성은 상기 (2)에 따라 산정

4.3.7 경간

• 받침부와 일체로 되어 있지 않은 부재의 경간은 순경간에 보나 슬래브의 두께를 더한 값
• 그 값이 받침부의 중심간 거리를 초과할 필요는 없음
• 휨모멘트를 구할 때 사용하는 경간은 받침부의 중심간 거리
• 받침부와 일체로 시공된 보의 경우 받침부 전면의 휨모멘트로 설계 가능
• 받침부와 일체로 된 3m 이하의 순경간을 갖는 슬래브는 연속보로 해석 가능

4.3.8 기둥

• 축력은 모든 바닥판 또는 지붕에 작용하는 계수하중에 의해 전달되는 힘 사용
• 최대 휨모멘트는 인접한 바닥판 또는 지붕의 한쪽 경간에 작용하는 계수하중에 의한 휨모멘트 사용
• 축력에 대한 휨모멘트의 비가 최대가 되는 재하조건 고려
• 내·외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 편심하중의 영향 고려
• 연직하중으로 인한 기둥의 휨모멘트 계산 시, 일체로 된 기둥의 먼 단부는 고정되어 있다고 가정 가능
• 바닥판에서 기둥으로 전달되는 휨모멘트는 상하측 각 기둥의 상대 강성과 구속조건에 따라 분배

4.3.9 활하중의 배치

• 활하중은 해당 바닥판에만 재하된 것으로 보아 해석 가능
• 일체로 시공된 기둥의 먼 단부는 고정된 것으로 가정 가능
• 고정하중과 활하중의 하중조합은 다음 두 가지만으로 제한 가능
  • 모든 경간에 재하된 계수고정하중과 두 인접 경간에 만재된 계수활하중의 조합하중
  • 모든 경간에 재하된 계수고정하중과 한 경간씩 건너서 만재된 계수활하중과의 조합하중

4.3.10 T형보

• 슬래브와 보를 일체로 친 T형보의 유효폭()은 다음 중 가장 작은 값으로 결정
  • 양쪽으로 각각 내민 플랜지 두께의 8배씩
  • 양쪽의 슬래브의 중심 간 거리
  • 보의 경간의 1/4
  • 반 T형보
    • 한쪽으로 내민 플랜지 두께의 6배
    • 보의 경간의 1/12
    • 인접 보와의 내측 거리의 1/2
• 독립 T형보의 추가 압축면적을 제공하는 플랜지의 두께는 복부폭의 1/2 이상, 유효폭은 복부폭의 4배 이하
• 장선구조를 제외한 T형보의 플랜지로 취급되는 슬래브에서 주철근이 보의 방향과 같을 때, 보의 직각방향으로 슬래브 상부에 철근 배치
  • 횡방향 철근은 T형보의 내민 플랜지를 캔틸레버로 보고 계수하중에 대해 설계
  • 독립 T형보의 경우 내민 플랜지 전폭을 유효폭으로 보아야 함
  • 그 밖의 T형보의 경우 상기 (1)에 따라 계산된 유효폭만 고려
  • 횡방향 철근의 간격은 슬래브 두께의 5배 이하, 450mm 이하

4.3.11 장선구조

• 장선구조로서 역할을 하려면 다음 사항 만족
  • 일정한 간격의 장선과 그 위의 슬래브가 일체로 되어 있는 구조형태
  • 장선은 1방향 또는 서로 직각을 이루는 2방향으로 구성
  • 장선의 폭은 100mm 이상, 깊이는 장선의 최소 폭의 3.5배 이하
  • 장선 사이의 순간격은 750mm를 초과하지 않아야 함
  • 제한 규정을 만족하지 않는 경우 슬래브와 보로 설계
• 설계 시 다음 사항 고려
  • 압축강도 이상의 충전재 사용 시
    • 장선과 접합되어 있는 충전재의 수직부분은 전단과 부모멘트 강도계산에 포함 가능
    • 충전재의 다른 부분은 강도계산에 포함 불가능
    • 충전재 위의 슬래브 두께는 장선 간 순간격의 1/12 이상, 40mm 이상
    • 1방향 장선구조는 KDS 14 20 50(4.6)에 따라 수축·온도철근 배치
  • 제거용 거푸집 또는 충전재 사용 시
    • 슬래브 두께는 장선 순간격의 1/12 이상, 50mm 이상
    • 하중의 집중을 고려하여 휨모멘트에 필요한 철근 배치
    • 철근은 KDS 14 20 50(4.6)에 따라 요구되는 철근량 이상
  • 슬래브 내에 도관을 묻도록 허가된 경우, 슬래브 두께는 도관의 전체 높이보다 25mm 이상 크게
  • 도관이 장선구조의 강도를 현저하게 감소시키지 않아야 함
• 장선구조에서 콘크리트에 의한 단면의 전단강도()는 KDS 14 20 22에 규정된 전단강도보다 10% 만큼 크게 취할 수 있음

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참고:

• 위 내용은 시방서의 일부 내용을 마크다운으로 정리한 것입니다.
• 실제 건설 시방서는 더욱 상세하고 복잡한 내용을 포함하고 있으므로, 해당 시방서를 참고하여 설계 및 시공해야 합니다.

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