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.

| 용접 방법 | 용접자세 | 루트부의 개선각도 | 유효 목두께 | |—|—|—|—| | 쉴드메탈 아크용접, 서브머지드 아크용접, 가스메탈 아크용접, 플럭스코아드 아크용접 | 전 자세 | J 또는 U자 홈 | 홈의 깊이 | | | | V(베벨) 또는 V자 홈 ≥ 60° | 홈의 깊이 | | | | V(베벨) 또는 V자 홈 45°이상 60°미만 | 홈의 깊이에서 3 mm 공제 |

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.

| 용접 구분 | 응력 구분 | 허용응력 | |—|—|—| | 완접 용입용접 | 유효단면에 직교 인장 또는 압축 | 모재와 동일 | | | 용접선에 평행한 인장 또는 압축 | 유효단면에 전단 | | 부분 용입용접 | 유효단면에 직교압축 | 모재와 동일 | | | 용접선에 평행한 인장 또는 압축 | 용접선에 평행한 전단 | | | 유효단면 직교인장 | | | 필릿용접 | 유효단면의 전단 | | | | 용접선에 평행한 인장 또는 압축 | 모재와 동일 | | 플러그 및 슬롯용접 | 유효단면에 평행한 전단 | |

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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