KDS 설계기준 142054 콘크리트용 앵커 설계기준

“

콘크리트구조용 앵커 설계 기준

1. 일반사항

(1) 목적

• 콘크리트구조용 앵커 설계 방법 제시
• 부재 안전성 확보를 위한 최소 요구 조건 규정

(2) 적용 범위

• 인장, 전단, 또는 이들의 조합 하중을 전달하는 콘크리트용 앵커 설계 조건 제시
• 규정된 안전율은 사용 시 조건을 고려한 값
• 선설치 앵커(헤드볼트, 헤드스터드, 갈고리 볼트)와 후설치 앵커(비틀림제어 확장앵커, 변위제어 확장앵커, 언더컷앵커, 부착식 앵커)에 모두 적용
• 부착식 앵커는 재령 21일 이상 콘크리트에 설치되어야 함
• 특수 삽입물, 관통 볼트, 다수 앵커의 묻힌 단부 쪽에 한 개의 강판에 연결된 앵커, 그라우트 앵커, 화약 또는 압축 공기에 의해 직접 앵커링되는 못 또는 볼트는 포함하지 않음
• 매설물의 일부로 사용되는 철근은 별도 규정에 따라 설계
• 적용 대상 앵커:
  • 비균열 콘크리트에서 특정 뽑힘 강도를 발휘하는 헤드스터드, 헤드볼트, 갈고리 볼트
  • 해당 시험 방법의 평가 조건을 만족하는 확장앵커, 언더컷앵커, 부착식 앵커
• 고주파 피로 하중 또는 충격 하중에 대한 앵커 설계는 적용 불가

(3) 참고 기준

• KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항
• KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙
• …
• 콘크리트용 앵커 설계법 및 예제집((사)한국콘크리트학회)

(4) 용어의 정의

• KDS 14 20 01(1.4)에 따름

(5) 기호의 정의

• : 스터드 또는 앵커볼트의 헤드 지압 면적, mm²
• : 인장을 받는 부착식 앵커의 부착강도 산정을 위한 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 투영영향면적, mm²
• : 연단거리 또는 간격에 제한을 받지 않는 경우, 인장을 받는 부착식 단일 앵커의 투영영향면적, mm²
• …
• : 시설물별 기준에 따른 지진하중에 대한 시스템초과강도계수

2. 조사 및 계획

• 내용 없음

3. 재료

• KDS 14 20 01(3)에 따름

4. 설계

(1) 설계 일반

• 앵커와 앵커 그룹은 탄성해석에 의해 계수하중에 대해 설계
• 소성해석은 변형 적합 조건이 고려되고 공칭강도가 연성강재요소에 의해 결정될 때 허용
• 임계 간격 이하로 2개 이상의 앵커가 함께 사용되는 경우 앵커 그룹 효과 고려
• 앵커의 강도는 KDS 14 20 10(3.2)의 적용 가능한 하중조합에 의해 결정되는 최대 소요강도 이상
• 내진 설계:
  • 지진구역II의 내진특등급과 지진구역I의 내진I등급 및 내진특등급 구조물에 사용하는 앵커는 추가 요구 사항 만족
  • 이 기준의 규정은 지진력에 대한 콘크리트 구조물의 소성힌지영역의 앵커설계에는 적용하지 않음
  • 후설치앵커를 지진하중에 대해 사용하려면 해당 시험방법에 따라 검증해야 함
  • 인장력에 대한 요구 사항:
    • 강도 수준(strength level)의 지진력에 의해 단일 앵커 또는 앵커 그룹에 작용하는 인장력이 총 계수 인장력의 20% 이하인 경우, 4.3과 4.2(2)의 인장 강도 요구 사항 만족
    • 강도 수준(strength level)의 지진력에 의해 단일 앵커 또는 앵커 그룹에 작용하는 인장력이 총 계수 인장력의 20%를 초과하는 경우, 앵커 및 부속물은 4.1(3)④다에 따라 설계
    • 앵커 설계인장강도는 4.1(3)④라에 따라 결정
    • 앵커 및 부속물은 다음 중 하나를 만족해야 함:
      • 콘크리트 지배 강도(콘크리트에 의해 지배되는 강도)가 앵커의 강재강도보다 커야 함
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 연성 항복 메커니즘에 의해 전달되는 최대인장력에 대해 설계
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 항복하지 않는 부속물에 의해 전달될 수 있는 최대인장력에 대해 설계
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 초과강도계수에 의해 증가되는 지진력을 포함하는 설계하중조합으로부터 얻은 최대인장력에 대해 설계
  • 전단력 요구 사항:
    • 강도 수준(strength level)의 지진력에 의해 단일 앵커 또는 앵커 그룹에 작용하는 전단력이 동일한 하중조합에서 총 계수 전단력의 20% 이하인 경우, 4.4와 4.2(2)의 전단 강도 요구 사항 만족
    • 강도 수준(strength level)의 지진력에 의해 앵커에 작용하는 전단력이 동일한 하중조합에서 총 계수 전단력의 20%를 초과하는 경우, 앵커 및 부속물은 4.1(3)⑤다에 따라 설계
    • 지진에 저항하기 위한 앵커 설계전단강도는 4.4에 따라 결정
    • 앵커 및 부속물은 다음 중 하나를 이용하여 설계해야 함:
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 휨, 전단, 지압 또는 이들의 조합하중 상태에서 발현되는 부속물의 연성 항복 메커니즘 뿐만 아니라 부속물의 초과 강도와 변형경화 효과를 고려하여 앵커 또는 앵커 그룹으로 전달될 수 있는 최대전단력에 대해 설계
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 항복하지 않는 부속물에 의해서 앵커로 전달될 수 있는 최대전단력에 대해서 설계
      • 앵커 또는 앵커 그룹은 초과강도계수에 의해서 증가되는 지진력을 포함하는 설계하중조합으로부터 얻은 최대전단력에 대해 설계
  • 인장력과 전단력을 함께 받는 단일 앵커 또는 앵커 그룹은 4.1(3)④라에 따라 산정된 앵커 설계인장강도를 가져야 하며, 4.5의 요구사항을 만족하도록 설계
  • 지진구역II의 내진특등급과 지진구역I의 내진I등급 및 내진특등급 구조물에 사용하는 앵커철근은 이형철근이어야 하며, KDS 14 20 80(4.1.5) 또는 KS D 3504에서 정하는 SD300, SD400S로 제한
• 수평 또는 상향으로 경사진 부착식 앵커는 해당 시험방법에 따라 설치방향 민감도에 대한 요구성능을 검증
• 지속 인장하중을 받는 부착식 앵커는 4.2(3)을 만족
• 경량콘크리트에 대한 수정계수:
  • 선설치앵커와 언더컷앵커에서 콘크리트 브레이크아웃파괴: …
  • 확장앵커와 부착식 앵커에서 콘크리트 브레이크아웃파괴: …
  • 부착식 앵커에서 부착파괴: …
• 이 기준에서 계산 용도로 사용하는 콘크리트 설계기준압축강도 는 선설치앵커의 경우 70MPa, 후설치앵커의 경우 55MPa을 초과할 수 없음
  • 후설치앵커를 사용할 때 콘크리트 설계기준압축강도가 55MPa을 초과하는 경우 시험으로 검증

(2) 앵커 강도에 관한 일반 규정

• 앵커 강도 설계는 다음 파괴유형에 적합한 실험 결과의 제5백분위수를 사용한 평가 또는 설계 모델을 이용한 계산에 따라 정함
  • 인장을 받는 앵커의 강재강도(4.3.1)
  • 인장을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도(4.3.2)
  • 인장을 받는 선설치앵커, 후설치확장앵커, 언더컷앵커의 뽑힘강도(4.3.3)
  • 인장을 받는 헤드앵커의 콘크리트 측면 파열강도(4.3.4)
  • 인장을 받는 부착식 앵커의 부착강도 (4.3.5)
  • 전단을 받는 앵커의 강재강도(4.4.1)
  • 전단을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도(4.4.2)
  • 전단을 받는 앵커의 콘크리트 프라이아웃강도(4.4.3)
• 추가로 쪼갬파괴를 방지하기 위해 4.6에서 규정된 연단거리, 간격, 두께를 만족해야 함
• 파괴유형별 앵커 설계항목은 표 4.2-1에 따름
  • 지진하중에 대해서는 4.1(3)을 만족해야 함
  • 지속 인장하중을 받는 부착식 앵커는 4.2(3)을 만족해야 함
• 지속 인장하중을 받는 부착식 앵커는 식 (4.2-1)을 만족해야 함
• 와 가 동시에 작용하는 경우 충분한 실험을 근거로 개발된 상관관계식을 사용하거나 4.5항을 따름
• 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 공칭강도는 종합적인 실험 결과를 실질적으로 예측할 수 있는 설계 모델에 의하여야 함
  • 콘크리트 브레이크아웃파괴를 구속하는 보조철근의 효과는 설계 모델에 포함될 수 있음
  • 지름이 100mm를 초과하지 않는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도에 관한 요구 사항은 설계 방법에 의해 만족
• 묻힘깊이 를 갖는 부착식 앵커의 부착강도는 4.3.5를 만족해야 함
• 앵커의 강도감소계수 :
  • 연성강재요소의 강도에 의해 지배되는 앵커:
    • 인장력: 0.75
    • 전단력: 0.65
  • 취성강재요소의 강도에 의해 지배되는 앵커:
    • 인장력: 0.65
    • 전단력: 0.60
  • 콘크리트 브레이크아웃, 측면파열, 부착, 뽑힘 또는 프라이아웃강도에 의해 지배되는 앵커:
    • 전단력:
      • 조건 A: 0.75
      • 조건 B: 0.70
    • 인장력:
      • 선설치 헤드스터드, 헤드볼트, 갈고리볼트:
        • 조건 A: 0.75
        • 조건 B: 0.70
      • 후설치앵커 범주 1:
        • 조건 A: 0.75
        • 조건 B: 0.65
      • 후설치앵커 범주 2:
        • 조건 A: 0.65
        • 조건 B: 0.55
      • 후설치앵커 범주 3:
        • 조건 A: 0.55
        • 조건 B: 0.45

(3) 인장하중에 대한 설계 조건

• 4.3.1 인장력을 받는 앵커의 강재강도
  • 강재의 파괴에 의해 결정되는 앵커의 공칭인장강도 는 앵커의 재질과 치수를 근거로 계산
  • 인장을 받는 앵커의 공칭강도 는 식 (4.3-1) 값 이하
• 4.3.2 인장력을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도
  • 인장력을 받는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 공칭콘크리트 브레이크아웃강도 또는 는 다음 값 이하:
    • 단일 앵커: 식 (4.3-2)
    • 앵커 그룹: 식 (4.3-3)
  • 균열 콘크리트에서 인장력을 받는 단일 앵커의 기본 콘크리트 브레이크아웃강도 는 식 (4.3-5) 값을 초과할 수 없음
  • 앵커가 세 개 또는 네 개의 가장자리부터 보다 짧은 거리에 위치한 경우, 산정시의 와 식 (4.3-2)부터 식 (4.3-9)까지의 는 와 앵커 그룹의 경우 최대 앵커 간격의 1/3 중 큰 값으로 함
  • 인장력의 편심이 작용하는 앵커 그룹에 대한 수정계수는 식 (4.3-7)과 같이 구함
  • 인장력을 받는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 가장자리 영향에 관한 수정계수는 식 (4.3-8)과 식 (4.3-9)에 의해 구함
  • 부재가 사용하중을 받을 때 콘크리트에 균열이 발생하지 않는다고 해석된 위치에 설치된 앵커는 다음 수정계수를 사용할 수 있음:
    • 선설치앵커: …
    • 식 (4.3-5)의 로 7을 사용한 후설치앵커: …
  • 쪼개짐을 제어하기 위한 보조철근을 사용하지 않는 비균열 콘크리트에 사용되는 후설치앵커의 수정계수는 다음과 같음:
    • 인 경우: 식 (4.3-10)
    • 인 경우: 식 (4.3-11)
  • 플레이트나 와셔가 앵커의 헤드에 부착되어 있는 경우 브레이크아웃 파괴면의 투영면적은 그 플레이트나 와셔의 유효경계부터 밖으로 투영된 브레이크아웃 파괴면에 대해 계산
  • 앵커철근이 콘크리트 브레이크아웃 파괴면을 기준으로 양쪽으로 KDS 14 20 52에 따라 정착되어 있으면, 앵커철근의 설계강도는 콘크리트 브레이크아웃강도를 대신하여 계산에 사용
• 4.3.3 인장력을 받는 선설치앵커, 후설치 확장앵커 및 언더컷앵커의 뽑힘강도
  • 인장력을 받는 단일 선설치앵커, 후설치 확장앵커 및 언더컷앵커의 공칭뽑힘강도 은 식 (4.3-12)의 값 이하
  • 후설치 확장앵커, 언더컷앵커의 경우 의 값은 별도의 실험과 평가를 통해 하위 5%를 기초로 함
  • 선설치 헤드스터드와 헤드볼트는 식 (4.3-13)을 사용하여 인장에 대한 단일 앵커의 뽑힘강도를 계산
  • 단일 J, L볼트에 대한 것은 식 (4.3-14)를 사용하여 인장에 대한 뽑힘강도를 계산
  • 부재가 사용하중을 받을 때 균열이 없는 것으로 해석된 위치의 단일 앵커에 대하여 식 (4.3-15)의 수정계수를 사용할 수 있음
• 4.3.4 인장력을 받는 앵커의 콘크리트측면파열강도
  • 묻힘깊이가 깊고 가장자리에 인접해 로 설치된 단일 헤드앵커에 대한 공칭측면파열강도 는 식 (4.3-16)의 값 이하
  • 묻힘깊이가 크고 로 가장자리에 인접해 있으면서 앵커 간격이 보다 작은 값을 가지는 앵커 그룹의 공칭측면파열강도 는 식 (4.3-17)의 값 이하
• 4.3.5 인장력을 받는 부착식 앵커의 부착강도
  • 인장력을 받는 단일 부착식 앵커의 공칭부착강도 또는 부착식 앵커 그룹의 공칭부착강도 는 다음 값을 초과할 수 없음:
    • 단일 부착식 앵커: 식 (4.3-18)
    • 부착식 앵커 그룹: 식 (4.3-19)
  • 균열 콘크리트에서 인장력을 받는 단일 부착식 앵커의 기본 부착강도 는 식 (4.3-22) 값을 초과할 수 없음
  • 인장력의 편심이 작용하는 부착식 앵커 그룹에 대한 수정계수 는 식 (4.3-23)과 같이 구함
  • 인장력을 받는 단일 부착식 앵커 또는 부착식 앵커 그룹의 가장자리 영향에 관한 수정계수 는 식 (4.3-24)와 식 (4.3-25)에 의해 구함
  • 쪼개짐을 제어하기 위한 보조철근을 사용하지 않는 비균열 콘크리트에 사용되는 부착식 앵커의 수정계수 는 식 (4.3-26)과 식 (4.3-27)에 의해 구함

(4) 전단하중에 대한 설계 조건

• 4.4.1 전단력을 받는 앵커의 강재강도
  • 강재에 의해 지배될 때, 전단력을 받는 앵커의 공칭강도 는 앵커의 재료적 특성과 치수에 근거하여 계산
  • 전단력을 받는 앵커의 공칭강도 는 다음 값 이하:
    • 선설치 헤드스터드: 식 (4.4-1)
    • 선설치 헤드볼트와 갈고리볼트 그리고 슬리브가 전단 파괴면까지 연장되어 있지 않은 후설치앵커: 식 (4.4-2)
    • 슬리브가 전단 파괴면까지 연장되어 있는 후설치앵커의 는 별도의 실험결과에 기초하여 산정
  • 그라우트로 채워 높인 부위에 사용되는 앵커에 대하여 공칭강도에 계수 0.80을 곱함
• 4.4.2 전단력을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도
  • 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 전단력에 대한 공칭콘크리트 브레이크아웃강도 또는 는 다음 값 이하:
    • 단일 앵커에서 가장자리에 직각방향으로 작용하는 전단력: 식 (4.4-3)
    • 앵커 그룹에서 가장자리에 직각방향으로 작용하는 전단력: 식 (4.4-4)
    • 가장자리에 평행한 방향으로 작용하는 전단력에 대한 또는 는 각각 식 (4.4-3)과 식 (4.4-4)로부터 정해지는 값의 2배로 할 수 있음
    • 모서리에 위치한 앵커에 대한 공칭콘크리트 브레이크아웃강도는 각 가장자리에 대해 구해지는 값 중 최솟값을 사용
  • 균열 콘크리트에 있는 단일 앵커가 전단력을 받을 때의 기본 콘크리트 브레이크아웃강도 는 식 (4.4-6)과 (4.4-7) 중 작은값 이하
  • 10mm 이상 그리고 앵커 지름의 1/2에 해당하는 최소 두께를 갖는 강재 부속물에 연속 용접된 선설치 헤드스터드, 헤드볼트 또는 갈고리볼트에서, 균열 콘크리트에 있는 단일 앵커의 전단력에 대한 기본 콘크리트 브레이크아웃강도 는 식 (4.4-7)과 (4.4-8) 중 작은 값 이하
  • 폭이 좁고 두께가 충분하지 않은 단면에 앵커가 정착되어 있어서, 양쪽 연단거리 와 부재 두께 가 모두 보다 작은 경우, 계산과 식에 사용되는 은 다음 값 중 큰 값 이하:

    –
  • 전단력에 대한 편심을 받는 앵커 그룹에 대한 수정계수는 식 (4.4-9)과 같이 구함
  • 전단을 받는 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 가장자리 효과에 대한 수정계수는 식 (4.4-10)과 식 (4.4-11)에 의해 구함
  • 부재가 사용하중을 받을 때 콘크리트에 균열이 발생하지 않는다고 해석된 위치에 설치된 앵커를 설계할 때는 수정계수 를 사용할 수 있음
  • 인 부재에 사용되는 앵커에는 식 (4.4-12)의 수정계수를 사용해야 함
  • 앵커철근이 콘크리트 브레이크아웃 파괴면을 기준으로 양쪽으로 KDS 14 20 52에 따라 정착되어 있으면, 앵커철근의 설계강도는 콘크리트 브레이크아웃강도를 대신하여 계산에 사용
• 4.4.3 전단력을 받는 앵커의 콘크리트프라이아웃강도
  • 공칭콘크리트프라이아웃강도 와 는 식 (4.4-12)와 식 (4.4-13)의 값 이하:
    • 단일 앵커: 식 (4.4-13)
    • 앵커 그룹: 식 (4.4-14)

(5) 인장력과 전단력의 동시 작용

• 4.2(4)에 의하지 않는 경우, 전단력과 인장력을 동시에 받는 단일 앵커나 앵커 그룹은 다음 조건을 만족하도록 설계:
  • 인 경우, 전체 인장강도를 사용할 수 있고 를 적용
  • 인 경우, 전체 전단강도를 사용할 수 있고 를 적용
  • 이고 인 경우, 식 (4.5-1)을 적용

(6) 쪼갬파괴를 방지하기 위한 연단거리, 앵커 간격, 두께

• 쪼개짐을 제어하기 위한 보조철근이 배치되어 있지 않으면, 앵커의 최소 간격과 연단거리 및 부재의 최소 두께는 다음 규정에 따라야 함:
  • 앵커의 최소 중심 간격은 비틀림이 가해지지 않는 선설치앵커에서 4, 비틀림이 가해지는 선설치앵커 및 후설치앵커에서 6
  • 비틀림이 가해지지 않는 선설치 헤드앵커에 대한 최소 연단거리는 KDS 14 20 50(4.3)의 철근의 피복 두께 요구 조건에 근거
  • 비틀림이 가해지는 선설치 헤드앵커에 대한 최소 연단거리는 6 이상
  • 후설치 앵커에 대한 최소 연단거리는 KDS 14 20 50(4.3)의 철근의 피복 두께 요구 조건 이상 또는 별도의 시험에 따른 제품의 최소 연단거리 요구 조건에 근거하여야 하되, 최대 골재 크기의 두 배 이상
  • 비틀림이 가해지지 않거나 설치할 때 쪼개짐을 발생시키지 않는 앵커에 대해, 연단거리나 앵커 간격이 규정된 값보다 작으면 를 더 작은 값 로 대체하여 계산
  • 확장 또는 언더컷 후설치앵커에 대한 값은 부재치수의 2/3와 (부재치수-100mm) 중 큰 값 이하
  • 위험 연단거리 는 다음 값 이상:
    • 부착식 앵커: …
    • 언더컷앵커: …
    • 비틀림제어 확장앵커: …
    • 변위제어 확장앵커: …
  • 시공 도면과 시방서에 설계에서 가정된 최소 연단거리를 갖는 앵커를 사용할 것을 명기

(7) 앵커 설치와 검사

• 앵커는 설계 도서 또는 제조사의 설치방법에 따라 설치
• 부착식 앵커는 숙련된 작업자가 설치
• 앵커 설치에 대한 검사는 시설물별 기준에 따라 검사
  • 부착식 앵커는 다음 규정을 준수해야 함:
    • 부착식 앵커에 대해 시공 도서에는 해당 시험방법에 근거한 강도 입증을 명시
    • 지속 인장하중을 받는 수평 또는 상향으로 경사진 앵커는 숙련된 작업자가 설치
    • 지속 인장하중을 받는 수평 또는 상향으로 경사진 부착식 앵커의 설치과정은 관련 전문지식을 가진 감독관이 계속해서 감독

”