KDS 설계기준 143170 강구조 성능기반 설계기준 (하중저항계수설계법)

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강구조 건축물 평가 기준

1. 일반사항

(1) 목적

본 기준은 강구조 건축물의 강도와 강성을 평가하는 방안을 명시하여 강구조 건축물 평가에 대한 기술적 사항을 규정합니다.

(2) 적용 범위

본 기준은 강구조 건축물의 성능 평가에 적용됩니다.

(3) 참고 기준

KDS 14 31 05(1.3)에 따릅니다.

(4) 용어의 정의

KDS 14 31 05(1.4)에 따릅니다.

(5) 기호의 정의

KDS 14 31 05(1.5)에 따릅니다.

(6) 설계원칙

• 강구조 건축물의 평가는 구조해석 또는 재하실험을 수행합니다. 단, 책임구조기술자 또는 도급계약서에 의해 요구될 경우 구조해석과 재하실험을 모두 수행합니다.
• 강구조 건축물의 평가를 위해 강종은 KDS 14 31 05에 나열된 것에 국한되지 않습니다.
• 본 기준에서는 지진하중이나 진동을 유발하는 이동하중에 대한 재하실험 방법은 다루지 않습니다.
• 다음과 같은 평가가 요구될 경우, 구조해석과 재하실험을 병용하여 평가를 수행할 수 있습니다.
  • 특정 조합의 설계하중에 대한 구조물의 평가
  • 하중에 저항하는 부재나 구조시스템의 설계강도 결정
  • 4.2절과 4.3절 또는 계약문건 상에 명시된 경우
• 재하실험에 의한 평가 수행 시, 책임구조기술자는 구조물을 해석하고 실험 절차를 서면상으로 구체적으로 수립하여 과도한 영구변형이나 붕괴사고를 방지해야 합니다.

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

KDS 14 31 05(3)에 따릅니다.

4. 설계

4.1 재료성질

(1) 필요한 실험의 결정

책임구조기술자는 4.1.2~4.1.6의 규정에서 요구하는 특정 실험방법과 실험 부위를 결정해야 합니다. 공사 기록이 남아 있는 경우, 소요 실험의 개수를 줄이거나 생략할 수 있습니다.

(2) 인장물성

• 부재의 인장물성은 구조해석이나 재하실험에 의한 평가에 반영되어야 합니다. 인장물성에는 항복응력, 인장강도, 연신율이 포함되어야 합니다. 제철회사, 철골제작업체가 보증한 시험 결과 보고서 또는 KS 관련 시험법에 따라 수행된 공인시험소의 실험 결과를 사용할 수 있습니다.
• 위와 같은 자료가 없는 경우, KS 관련 규정에 따라 구조부재에서 시편을 채취하여 인장시험을 수행해야 합니다.

(3) 재료의 화학적 조성

• 강구조 건축물의 보수나 변경에 용접이 사용될 것이 예상되는 경우, 용접 절차 시방서 작성에 참조할 수 있도록 강재의 화학적 성분에 대한 검사가 필요합니다. 제철회사, 철골제작업체가 보증한 시험 결과 보고서 또는 KS 관련 시험법에 따라 수행된 공인시험소의 실험 결과를 사용할 수 있습니다.
• 위 자료가 없는 경우, KS 관련 규정에 따라 인장시편을 사용하거나 동일 위치에서 채취한 시편을 사용하여 성분 분석을 수행해야 합니다.

(4) 모재의 노치인성

• 후판의 형강이나 판재의 용접 인장이음이 구조물의 성능에 결정적인 요인으로 작용하는 경우, 규정에 따라 샤르피 V-노치인성값을 결정해야 합니다.
• 만약 결과치가 관련 규정을 만족하지 못하면 책임구조기술자가 보완 조치의 필요 여부를 결정합니다.

(5) 용접재

• 구조물의 성능이 기존의 용접 연결부(접합부)와 밀접한 연관이 있는 경우, 용접재의 대표 시편을 채취하여 화학적 조성과 역학적인 특성에 대한 분석을 수행해야 합니다.
• 결함의 크기와 그 결함이 부차적으로 가져올 결과에 대한 판단을 해야 합니다. 관련 규정에 미달되면 책임구조기술자가 보완 조치의 필요 여부를 결정합니다.

(6) 볼트와 리벳

• 대표 샘플을 면밀하게 살펴서 볼트의 규격을 확인합니다. 육안으로 명확히 식별이 되지 않는 경우, 샘플을 채취하여 KS 관련 규정에 의해 인장강도를 결정하여 분류합니다. 혹은 대안으로 최저 강도로 가정할 수 있습니다.

4.2 구조해석에 의한 평가

(1) 치수정보

• 평가에 필요한 모든 정보(스팬 길이, 기둥 높이, 부재 간격, 가새 위치, 단면 치수, 두께 및 접합 상세 등)는 현장 조사를 통해 파악해야 합니다.
• 혹은 몇몇 중요한 부분의 치수만을 현장 조사로 확인한 후, 조사되지 않는 부분에 대한 것은 구조 설계도면이나 제작도면의 치수를 사용할 수 있습니다.

(2) 강도 평가

• 부재와 연결부(접합부)에 작용하는 응력(하중 효과)은 구조물 형식에 적합한 구조해석법을 적용하여 산정합니다.
• 하중 효과는 KDS 14 31 05(1.5)에서 명기된 하중과 하중 조합을 사용하여 결정합니다.
• 부재와 연결부(접합부)의 설계 강도는 KDS 14 31 10에서 KDS 14 31 25까지의 관련 규정을 사용하여 결정합니다.

(3) 사용성 평가

• 필요하다면 사용 하중으로 인한 변형을 계산하여 보고합니다.

4.3 재하실험에 의한 평가

(1) 실험에 의한 내하력의 결정

• 기존의 바닥이나 지붕 구조물의 내하력을 실험에 의해 결정할 경우, 시험 하중은 책임구조기술자의 계획에 따라 점진적으로 증가시켜야 합니다. 각 하중 단계마다 구조물의 손상 정도와 붕괴 가능성에 대하여 정밀하게 외관 조사를 수행하도록 합니다. 이와 유사하거나 또는 비상 상황이 발생하면 적절한 조치가 취해져야 합니다.
• 구조물의 실험 강도는 최고 재하 하중에 현장에서 확인된 고정 하중을 더한 값으로 합니다. 바닥 구조물의 활하중에 대한 내하력은 실험 강도를 1.2 + 1.6에 등치시켜서 산정합니다(여기서 는 그 구조물의 공칭 고정 하중, 는 공칭 활하중을 의미합니다). 바닥 구조의 공칭 활하중은 적용 가능한 하중 기준을 기초로 계산된 값을 초과해서는 안 됩니다. 지붕 구조에 대해서는 대신에, 또는 등으로 대치해서 평가합니다. 건축법에서 요구할 경우 좀 더 불리한 하중 조합을 사용할 수 있습니다.
• 사용 하중 수준을 초과하는 구조물의 비탄성 거동이 확인되면 영구 변형과 비탄성 변형의 크기를 기록하기 위해 주기적으로 제하하도록 합니다. 시험의 전체 과정을 통하여 구조물의 변위는 재하 이전의 초기 구조물의 위치를 기준으로 위험 위치에서 모니터링합니다. 최대 시험 하중이 1시간 유지되는 동안, 변형은 가력이 초기값보다 10% 이상 증가되지 않음이 입증되어야 합니다. 기존 강구조 건축물의 내하력이 적합함을 입증하기 위해 필요하다면 위의 과정을 반복할 수 있습니다.
• 영구 변형의 크기를 결정하기 위해서 실험 하중을 제거한 이후 24시간 동안의 구조물의 변형 역시 기록해야 합니다. 허용 가능한 영구 변형의 크기는 구조 형식에 따라 변동하므로, 최대 하중에 대한 영구 변형에 대한 제한값을 이 조항에서는 적시하지 않습니다. 전체 구조물을 대상으로 한 재하실험이 부적절한 경우는 적어도 1개 스팬 이상으로 이루어진 가장 불리한 부분 구조를 선정하여 이 실험을 수행합니다.

(2) 사용성 평가

• 재하실험에 의한 사용성 평가를 수행할 때, 점진적 재하를 통하여 사용 하중에 이르도록 합니다. 1시간 동안 변형을 관찰토록 한 후, 하중을 제거하고 변형을 기록합니다.

4.4 평가보고서

• 강구조 건축물에 대한 평가가 완전히 끝나면 책임구조기술자는 평가를 문서화하여 보고서를 준비합니다.
• 평가 보고서에는 우선 평가에 적용한 방법을 분명히 기술해야 합니다(구조해석, 재하실험 또는 양자의 병용 등).
• 만일 재하시험을 사용했다면 하중, 하중 조합, 계측된 하중-변위 관계, 시간-변위 관계가 보고서에 포함되어야 합니다. 설계 도서, 재료 시험 자료, 그리고 기타의 모든 유관 정보 역시 평가 보고서에 수록해야 합니다.
• 마지막으로 평가 대상 건축 구조물이(모든 부재 및 연결부(접합부) 포함) 적정의 내하력을 보유하고 있는지에 대한 여부를 분명하게 기술합니다.

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