KDS 설계기준 143025 강구조 연결 설계기준 (허용응력설계법)

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1. 일반사항

1.1 목적

허용응력설계법에 따른 강구조물 연결 설계 방법과 최소한의 요구조건을 규정합니다.

1.2 적용 범위

강구조물 연결부의 설계에 적용합니다.

1.3 참고 기준

KDS 14 30 05 (1.3) 에 따릅니다.

1.4 용어의 정의

KDS 14 30 05 (1.4) 에 따릅니다.

1.5 기호의 정의

KDS 14 30 05 (1.5) 에 따릅니다.

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

KDS 14 30 05 (3) 에 따릅니다.

4. 설계

4.1 일반규정

4.1.1 설계일반

접합은 보강재, 거세트 플레이트, 브라켓 등 접합소재와 용접, 볼트로 구성됩니다.
이러한 요소들은 구조체에 작용하는 하중에 대한 필요강도 이상이 되거나 또는 접합부가 충분한 내력을 발휘할 수 있는 강도 이상이어야 합니다.

4.1.2 단순접합

설계도서에서 별도 지정이 없는 경우 작은보, 큰보, 트러스의 접합은 통상적으로 전단력에 대해서만 설계합니다.
보접합은 단순보로서 충분한 단부의 회전능력이 있어야 하며, 이를 위해서는 비탄성변형도 허용할 수 있습니다.

4.1.3 강접합

보 및 트러스의 강접합은 접합강성으로 유발되는 모멘트와 전단의 조합력에 따라 설계해야 합니다.

4.1.4 편심접합

편심력이 작용되는 접합에서는 편심의 영향을 고려하여야 합니다.

4.1.5 기둥의 이음 및 지압접합

기둥 이음부의 고력볼트 및 용접 접합은 이음부의 응력을 전달함과 동시에 이들 접합허용내력은 피접합재 부재내력의 1/2 이상이어야 합니다.
다만, 이음부에서 단면에 인장응력이 발생할 염려가 없고, 접합부 단부면이 절삭 마감에 의하여 밀착되는 경우에는 소요 압축력 및 소요 휨모멘트 각각의 1/4은 접촉면에 의해 직접 응력전달을 시킬 수 있습니다.

4.1.6 접합부의 최소강도

접합부는 30 KN 이상 지지하도록 설계해야 합니다.
다만, 연결재, 새그로드, 띠장은 제외합니다.

4.1.7 용접 또는 볼트의 배열

편심에 대한 별도의 지정이 없는 경우, 축방향 힘을 전달하는 부재의 단부에서 용접이나 볼트의 군은 그 군의 중심이 부재의 중심과 일치하도록 배열하여야 합니다.
정적으로 재하되는 ㄱ형강, 쌍 ㄱ형강부재 또는 이와 유사한 부재의 단부 접합에서는 상기 (1)은 해당되지 않습니다.

4.1.8 용접과 볼트의 병용

고장력 볼트는 기본적으로 용접과 조합해서 하중을 부담시킬 수 없습니다. 이러한 경우, 용접에 전체하중을 부담시키도록 합니다.
마찰접합의 고장력 볼트와 용접을 병용할 경우 고장력 볼트를 먼저 시공한 후 용접을 시공하는 경우에만 하중을 고장력 볼트와 용접에 분담시킬 수 있습니다.
용접에 의하여 기존 구조부에 증축, 개축할 때는 고장력 볼트는 기존 구조물의 고정하중을 지지하고 있으므로 상기 (2)로 설계할 수 있습니다.

4.1.9 부분용입 용접

부분용입 용접은 그 이음에 휨모멘트 또는 편심력이 작용하지 않도록 해야합니다.

4.1.10 이음부 설계 세칙

응력을 전달하는 필릿용접 이음부의 길이는 모살치수의 10배 이상 또한 40 mm 이상을 원칙으로 합니다.
응력을 전달하는 겹침이음은 2열 이상의 필릿용접을 원칙으로 하고, 겹침길이는 얇은 쪽 판두께의 5배 이상 또한 20 mm 이상 겹치게 해야 합니다.
고장력 볼트, 리벳, 볼트의 구멍의 지름은 표 4.1-1, 표 4.1-2, 표 4.1-3에 따릅니다.
고장력 볼트, 리벳, 볼트의 구멍 중심간 거리는 공칭직경의 2.5배 이상으로 합니다.
고장력 볼트, 리벳, 볼트의 구멍 중심에서 피접합재의 연단 또는 측단까지의 최소거리는 표 4.1-4에 따릅니다.
고장력 볼트 구멍 중심에서 볼트머리 또는 너트가 접하는 접합부재의 연단까지의 최대거리는 판두께의 12배 이하 또한 150 mm 이하로 합니다.

| 고장력 볼트의 지름 (mm) | 볼트구멍의 지름 (mm) | |—|—| | d < 24 | d + 2.0 | | d ≥24 | d + 3.0 | | d : 고장력 볼트 축부지름 | |

| 리벳의 지름 (mm) | 리벳 구멍 지름 (mm) | |—|—| | d < 20 | d + 1.0 | | d ≧ 20 | d + 1.5 | | d : 리벳의 축부지름 | |

| 볼트의 지름 (mm) | 볼트 구멍 지름 (mm) | |—|—| | 모든 볼트 | d + 0.5 | | d : 볼트의 축부지름 | |

| 리벳 또는 볼트의 공칭직경 | 연단거리 | 측단거리1) | |—|—|—| | 16 | 28 | 22 | | 20 | 34 | 26 | | 22 | 38 | 28 | | 24 | 42 | 30 | | 27 | 48 | 34 | | 30 | 52 | 38 |

주 1) 자동가스 절단 및 기계톱 절단 시는 측단거리를 적용한다.

4.1.11 접합부 설계세칙

접합부 판넬의 보플랜지 위치에는 다이어프램을 설치해야 합니다.
중공단면 기둥의 외부 다이어프램 형식의 경우, 중공단면 기둥 및 다이어프램에 국부좌굴이 발생하지 않도록 해야 합니다.
재단접합부의 거세트트플레이트는 접합부재에서의 작용력이 일방향인 것을 제외하고는 인장력, 압축력이 작용하는 것으로 간주하여 설계해야 합니다. 특히 압축력이 작용하는 경우는 면외변형을 고려해야 합니다.
트러스부재 단부 접합부의 허용내력은 부재허용내력의 1/2 이상으로 합니다.

4.2 용접

4.2.1 맞댐용접

유효면적
- 맞댐용접의 유효면적은 용접의 유효길이에 유효목두께를 곱한 것으로 합니다.
- 맞댐용접의 유효길이는 접합되는 부분의 폭으로 합니다.
- 완전용입된 맞댐용접의 유효목두께는 접합판 중 얇은 쪽 판두께로 합니다.

4.2.2 부분용입용접

부분용입용접의 유효목두께는 t (mm) 이상으로 합니다.
다만, t 는 두꺼운 쪽 판두께입니다.
부분용입 용접부의 단면형상에 따른 유효목두께 산정은 표 4.2-1에 따릅니다.

4.2.3 필릿용접

유효면적
- 필릿용접의 유효면적은 유효길이에 유효목두께를 곱한 것으로 합니다.
- 필릿용접의 유효길이는 필릿용접의 총 길이에서 2배의 모살치수를 공제한 값으로 합니다.
- 필릿용접의 유효목두께는 모살치수의 0.7배로 합니다.
- 구멍모살과 슬로트필릿용접의 유효길이는 목두께의 중심을 잇는 용접 중심선의 길이로 합니다.
필릿용접의 최소치수는 건축구조물의 경우 표 4.2-2, 토목구조물의 경우 표4.2-3에 따릅니다.

| 접합부의 얇은 쪽 소재 두께 (mm) | 필릿용접의 최소 치수 (mm) | |—|—| | t < 6 | 3 | | 6 ≤ t < 12 | 5 | | 12 ≤ t < 20 | 6 | | 20 ≤ t | 8 |

| 접합부의 두꺼운 쪽 소재 두께 (mm) | 필릿용접의 최소 치수 (mm) | |—|—| | t ≤ 20 | 6 | | 20 < t | 8 |

4.2.4 플러그 및 슬롯용접

유효면적
- 플러그 및 슬롯용접의 유효 총단면적은 평면 내에서 플러그 및 슬로트의 공칭 단면적으로 합니다.
최소 간격
- 플러그 용접의 최소중심간격은 구멍 직경의 4배로 해야 합니다.
- 슬로트 용접길이에 횡방향인 슬로트 용접선의 최소 간격은 슬로트 폭의 4배로 합니다. 횡방향의 최소 중심간격은 슬로트 길이의 2배로 합니다.

4.2.5 용접부의 허용응력

용접부의 허용응력은 표 4.2-4에 따릅니다.
다만, 각 강종에 적합한 용접재료를 사용하여야 합니다.

4.2.6 용접의 혼용

접합부에서 2가지 이상의 용접유형(맞댐용접, 필릿용접, 플러그용접, 슬롯용접)을 혼용할 경우, 용접군의 축에 대하여 독립적으로 계산해야 합니다.

4.3 고장력 볼트

4.3.1 고장력 볼트의 설계볼트장력

고장력 볼트의 설계볼트장력은 표 4.3-1에 따릅니다.
마찰이음용 고장력 볼트의 설계볼트장력은 표 4.3-2에 따릅니다.

| 호칭 | 종류 | M16 | M20 | M22 | M24 | M27 | M30 | F8T | F10T | F13T | |—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—| | | F8T | 84 | 105 | 136 | | | | 131 | 164 | 213 | | | F10T | | | | 163 | 203 | 264 | 189 | 236 | 307 | | | F13T | | | | | | 307 | | | 376 |

| 볼트의 등급 | 나사호칭 | F8T | F10T | S10T1) | |—|—|—|—| | | M 20 | 31 | 39 | 39 | | | M 22 | 39 | 48 | 48 | | | M 24 | 45 | 56 | 56 |

주 1) S10T : T/S 볼트의 기계적 성질에 따른 등급을 나타내는 기호

4.3.2 고장력 볼트 허용내력

고장력 볼트 허용응력
- 고장력 볼트의 허용응력은 표 4.3-3에 따르며, 허용응력은 볼트 축단면적에 대해 산정합니다.
- 지압이음용 고장력 볼트의 허용전단응력 및 모재의 허용지압응력은 표 4.3-4 및 표 4.3-5에 따릅니다.

| 고장력 볼트의 종류 | 인장() | 전단() | |—|—|—| | F8T | 250 | 120 | | F10T | 310 | 150 |

| 볼트의 등급 | 허용전단응력 | |—|—| | B8T | 150 | | B10T | 190 |

| 모재 및 거셋 플레이트의 강종 | 강재판두께 (mm) | SS275 | SM275 SMA275 | SM355 SMA355 | SM420 | SM460 SMA460 | SM355-TMC | SM420-TMC | HSB380 | SM460-TMC | HSB460 | HSB690 | |—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—|—| | | 16 이하 | 250 | 250 | 320 | 380 | 415 | | | | | | | | | 16 초과 40 이하 | 240 | 240 | 310 | 370 | 405 | | | | | | | | | 40 초과 75 이하 | 220 | 230 | 300 | 360 | 385 | | | | | | | | | 75 초과 100이하 | 220 | 295 | 350 | 380 | | 310 | 370 | 340 | 405 | 415 | 620 |

허용전단력
- 고장력 볼트의 허용전단력 Fv는 다음과 같습니다.
  
  Fv = n * Av * τv (4.3-1)
- 여기서,
  - n : 전단면의 수
  - Av : 볼트 축단면적 (mm²)
  - τv : 고장력 볼트의 허용전단응력 (MPa)
허용인장력
- 고장력 볼트의 허용인장력 Ft는 다음과 같습니다.
  
  Ft = Av * τt (4.3-2)
- 여기서,
  - Av : 볼트 축단면적 (mm²)
  - τt : 고장력 볼트의 허용인장응력 (MPa)

4.3.3 인장력 및 전단력 조합시 허용력

고장력 볼트가 인장력과 전단력을 동시에 받는 경우, 표 4.3-3의 허용전단응력은 다음 감소계수를 곱하여 저감시킵니다.

τv = τv * (1 – (Ft / (Av * τt))²) (4.3-3)
여기서,
- σt : 볼트에 작용하는 인장응력 (MPa)
- Av : 고장력 볼트 축단면적 (mm²)
- Ft : 설계볼트장력 (N) (표 4.3-1 참조)

4.4 리벳 및 볼트

4.4.1 리벳 및 볼트의 허용내력

리벳 및 볼트의 허용응력
- 리벳 및 볼트의 허용응력은 표 4.4-1에 따릅니다.

| 재료 | 인 장 | 전 단 | |—|—|—| | 리벳 | SV330, SV400 SBV330, SBV400 | 160 | 120 | | 볼트 | SS275, SM275 중볼트 | 120 | 90 | | | SS315 중볼트 | 140 | 110 | | | SM355 중볼트 | 180 | 140 | | | SM420 중볼트 | 210 | 160 | | | SM460 중볼트 | | |

허용전단력
- 리벳 및 볼트접합의 허용전단내력 Fv는 식 (4.4-1) 및 식 (4.4-2) 중 작은 값으로 합니다.
  
  Fv = n * Av * τv (4.4-1)
  
  Fv = (π/4) * d² * τb (4.4-2)
- 여기서
  - Fv : 리벳 또는 볼트 1개당 허용전단력 (N)
  - n : 전단면의 수
  - Av : 리벳 또는 볼트 축부단면적 (mm²)
  - τv : 리벳 또는 볼트의 허용전단응력 (MPa) (표 4.4-1참조)
  - d : 리벳 또는 볼트의 축지름 (mm)
  - t : 접합부의 두께 (mm)
  - τb : 허용지압응력 (MPa) (4.9(2) 참조)
허용인장력
- 리벳 및 볼트접합의 허용인장내력 Ft는 다음과 같습니다.
- 다만, 편심에 영향이 있는 경우 이를 고려해야 합니다.
  
  Ft = Av * τt (4.4-3)
- 여기서,
  - Av : 리벳 또는 볼트 축단면적 (mm²)
  - τt : 리벳 또는 볼트의 허용인장응력 (MPa)

4.5 블록전단 강도

인장재 접합단부의 블록전단강도에 대한 허용전단강도를 다음의 식으로 검토하여야 합니다.

Fv = (τy/√3) * As (4.5-1)
여기서,
- τy : 강재의 인장강도 (MPa)
- As : 순전단면적 (mm²)
- At : 순인장면적 (mm²)

4.6 접합요소

4.6은 보강재, 거세트플레이트, ㄱ형강, 브라켓과 보-기둥의 패널영역과 같은 접합요소의 설계에 적용합니다.

4.6.1 편심접합

축방향으로 응력을 받는 교차부재는 그 중심축이 가능하면 한 점에서 만나도록 합니다. 만일 그렇지 않으면 편심력에 의한 휨 및 전단응력에 대한 조건을 충족해야 합니다.

4.7 끼움재

용접구조에서 두께 6 mm 이상의 끼움재는 이음판의 연단 밖으로 돌출해야 하며 끼움재의 표면에 작용하는 하중을 이음판에 전달하는데 충분하도록 용접되어야 합니다.
두께가 6 mm 이하인 끼움재의 단부는 이음판 단부와 일치되게 용접해야 합니다. 이음 두께에 끼움재 두께를 더한 크기를 수용할 수 있도록 용접해야 합니다.

4.8 이음

플레이트거더 또는 보의 맞댐용접이음은 작은 쪽 이음 단면의 전강도로 설계해야 합니다.
플레이트거더 또는 보의 단면 내에서 다른 형태의 이음은 이음점에서의 소요강도에 충분하도록 설계해야 합니다.

4.9 허용지압응력

선단 밀착 접합부의 기계가공면, 핀 구멍, 지점 보강재 등이 지압을 받을 때 접촉면의 허용지압응력 τb는 다음과 같이 산정합니다.

τb = 0.4 * fy (4.9-1)
리벳 및 볼트 접합부의 허용지압응력 τb는 다음과 같이 산정합니다.

τb = 0.6 * fy (4.9-2)
여기서,
- fy : 지압재 모재의 항복강도 (MPa)

4.10 앵커볼트

앵커볼트는 주각부의 베이스플레이트가 부담해야 할 휨모멘트, 전단력, 인장력 등 모든 설계조건에 대해 저항할 수 있도록 설계되어야 합니다. 앵커볼트, 핀, 다듬볼트의 허용응력은 표4.10-1에 표시한 값과 같습니다.
기타 사항은 콘크리트구조설계기준에 따릅니다.

| 강종 | 응력종류 | 부재종류 | SS275 | SM 30C | SM 35C | |—|—|—|—|—|—| | | 전단응력 | 앵커볼트 | 60 | 70 | 80 | | | | 핀 | 100 | 120 | 140 | | | | 다듬볼트 | 90 | 108 | 120 | | | 휨응력 | 핀 | 190 | 230 | 260 | | | 지압응력 | 다듬볼트 | 210 | 250 | 280 | | | | 핀(회전을 동반하지 않는 경우) | 210 | 250 | 280 | | | | 핀 (회전을 동반하는 경우) | 105 | 125 | 140 |

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