10장 기초 10.1 개요 기초의 개념 :건물의 전하중을 기둥이나 벽체를 통하여 지반에 전달 10장 기초 10.1 개요 기초의 개념 :건물의 전하중을 기둥이나 벽체를 통하여 지반에 전달 기초의 기능 : 건물에서 전달되는 하중을 지반이 지지할 수 있는 힘의 크기로 하중을 분산시키는 기능 기초 설계의 목적   -침하량을 최소화 : 충분한 지내력을 가진 지반층에 기초를 설치.   -부동침하 방지 : 구조체에 2차응력 발생 및 균열 발생을 억제. 기초의 설계 : 상부 건물의 하중을 지지하고(지내력이 부담), 지반으로 부터  작용하는 토압에 견딜수 있도록 설계.     cf) ┏ 지내력: 흙의 특성에 따라 지반이 받을 수 있는 저항력         ┗ 토압: 상부구조물의 하중에 따라 지반으로부터 기초에 작용하는 외력.

기초의 종류 연속기초(Wall footing) 내력벽 또는 조적벽을 지지하는 기초 독립기초(isolated footing or spread footing)    개개의 기둥을 독립적으로 지지하는 정사각형 또는 직사각형의 2방향  슬래브 기초 말뚝기초(pile foundation)  독립기초와 같은 형태이나 말뚝으로  지지. 복합기초(combined footing)   2개 이상의 기둥을 지지하는    긴 직사각형 기초 온통기초(Mat foundation, Raft, Floating foundation)

10.2 기초해석의 기본사항 (1) 기초에 작용하는 토압 토압 : 기초를 떠받치고 있는 지반의 압력 토압의 분포 : 지반의 종류와 기초의 지반에 대한 상대강성에 영향을 받는다. 사질토 :기초 주위의 흙이 바깥쪽으로 이동하기 때문에 기초중심에서 증가하고, 주변에서는 감소 점토 :강한 점착력 때문에 흙의 이동이 일어나지 않고, 기초 주변에 평균토압과 전단저항력이 형성되어 기초중심에서 감소하고, 주변에서는 증가 설계시 토압분포    : 균등 토압분포로 가정.

(2) 허용지내력과 기초의 크기 허용지내력 -지내력에 대한 영향요인 : 기초의 형태와 깊이, 상부하중의 크기, 지하수의 위치,   -지내력에 대한 영향요인     : 기초의 형태와 깊이,  상부하중의 크기,  지하수의 위치, 토질의 종류   -기초의 지압파괴     :기초 하부의 지반이 이동하는 현상.   -극한지내력     :기초의 지압파괴시의 토압. 허용지내력=극한지내력(qu)/안전율 (F.S: Factor of safety)      F.S=2.5~3.0 : 침하를 허용한계 이내로 유지하기 위한 계수

허용지내력

기초의 크기 결정 원칙 : 하중의 면적당 크기 < 허용지내력 단, 하중 : 하중계수는 적용하지 않은 실제 하중.      단, 하중 : 하중계수는 적용하지 않은 실제 하중.                 안전율은 (10-1)식에서 이미 적용되었기 때문. 기초가 지지하는 하중       고정하중 D, 적재하중 L,       풍하중 W (또는 지진하중 E)       기초의 자중 Db,       기초위에 채워지는 흙 및 흙 위의 상재하중Ds          ∴ 기초의 크기              또는

기둥 또는 벽체로 부터 전달되는 상부하중에 의한 지내력을 유효허용지내력qe로 표시하면,           이므로, 식(10-2)는               또는 기초설계용 토압 qu     → 기초판 계산용 외력 또는     (cf) Db, Ds에 의한 토압은 힘의 평형으로 상쇄되기 때문에 고려되지 않음

10-3 독립기초의 설계 단일 기둥을 지지하는 기초로서 보통 정사각형으로 설계되지만, 기둥 단면이 직사각형일 때는 직사각형으로 가능. 휨모멘트, 전단, 철근의 정착, 기둥과 닿는 면에서의 지압 등이 검토되어야 한다. 기초판의 최소두께 : 하단철근으로부터 150mm 이상       "      피복두께 : 70mm 이상

10-3 독립기초의 설계 (1) 휨모멘트와 철근배근 작용하는 힘:기초판의 돌출한 부분에 작용하는 상부방향의 지내력에 의한 휨모멘트 최대 휨모멘트    가로방향 :A-A 면  Mu=    세로방향 :B-B 면  Mu=    여기서, ℓ1,ℓ2 : 기초판의 가로, 세로 길이         c1, c2:기둥의 가로, 세로길이                             qu : 설계용 토압 기초판의 휨모멘트에 대한 위험단면 (a)콘크리트 기둥, 페데스탈, 벽체를 지지하는 기초에서는 기둥, 페데스탈, 벽체의 면 (b)조적조 벽체를 지지하는 기초에서는 벽체중심과 벽체면과의 중심 (c)강재 base plate를 갖는 기둥을 지지하는 기초에서는 기둥면과 base plate   단부와의 중심

휨보강 철근량 As As=Mu/(фfyjd), j=0.9 단, 휨보강근의 최소철근비 이상으로 배근 or              또는 필요 철근양(As)을 4/3배 증가시킨 양 정사각형 기초판 : 양방향으로 균등하게 배근하고, 직사각형 기초판 : 장변방향으로는 균등하게 배근, 단변방향으로는 그림 10-5와  같이 3구간으로 나누어 배근한다.  배분방법 β=기초판 장변(ℓ)/단변(B)의 비

(2) 기초판의 전단 1방향 전단 : 보 또는 슬래브의 1방향 전단과 동일하다. 전단위험단면 :그림 10-6(a)와 같이 기둥면에서 d만큼 떨어진 위치. 기초판은 전단보강이 불가능하므로 фVc≧Vu 를 만족하도록 해야 한다.    Vu=qu X 빗금친 부분의 단면적    

2방향 전단 : 기둥 4면 주위의 뚫림 전단현상 위험단면:그림 10-6(b)와 같이 기둥면에서 d/2만큼 떨어진 위치.                둘레길이 bo=2(c1+d)+2(c2+d)               (10-10) 기초판은 전단보강이 불가능하므로 фVc≧Vu를 만족하도록 해야한다. 소요강도:  Vu=qu X 빗금친 부분의 단면적 설계공칭강도:                    (10-11a)                                         (10-11b)                                                   (10-11c)             중 가장 작은 값                          여기서, βc=c2/c1,  αs=40: 가운데 기둥                                    =30: 모서리를 제외한 외부 기둥   =20: 모서리 기둥 콘크리트 기초판의 유효춤 d는 뚫림전단에 의해 결정된다.           ∴기초판의 두께 결정 시 뚫림전단을 먼저 검토

(3) 기둥 밑면에서의 힘의 전달 기둥밑면에서 기초로의 힘과 모멘트의 전달 경로 - 기초 콘크리트의 지압    - 기초 콘크리트의 지압    - 기둥-기초 접합부를 관통하는 장부철근(dowel bar)    - 기둥철근 기둥과 기초의 연결부에서 힘의 전달이 고려되어야 하는 이유    -기둥콘크리트와 기초콘크리트의 강도가 다를 수 있다.         (기둥 : 고강도콘크리트, 기초 : 일반콘크리트)    -기둥철근의 주근이 전부 기초콘크리트에 연장되지 않는 경우도 있다.       (기둥의 최소철근비 : 1%, 장부철근 철근비 :0.5%)    -시공상 일체로 타설되지 않는 경우가 많다.       (특히, 프리스트레스트 콘크리트, 철골기둥 등) 따라서, 기초 위의 기둥에서 전달되는 하중은 기둥과 기초의 접촉면에서의 지압으로 지지되어야 한다.

콘크리트의 지압강도 여기서, ф=0.7, A1 : 기둥단면적, A2 : 그림 10-7 참조 여기서,  ф=0.7,                   A1 : 기둥단면적,                   A2 : 그림 10-7 참조 기초콘크리트의 설치에서 기둥과의 연결을 원활히 하기 위하여 기초 윗면에 전단키를 두고 장부철근을 배근한다.    장부철근양 : 기둥단면적의 0.5%    기둥 정착길이 : 압축철근 정착길이

(4) 철근의 정착 최대 휨모멘트가 발생하는 기둥면에서 단부로 뻗은 철근의 길이가 인장철근의 정착길이 이상이어야 한다. 정착길이가 확보되지 않을 때는 단부철근을 표준Hook로 정착의 적합성을 검토한다.

10-4 연속기초의 설계 연속기초 :벽체 양쪽의 기초판의 Cantilever작용으로 지반에 전달 휨모멘트 위험단면     내력벽 : 벽면     조적벽 : 벽체 중심과 벽체면과의 중앙 전단 위험 단면     - 1방향 전단만 검토    - 벽면으로부터 d만큼 떨어진 거리 단위길이 1m에 대하여 식(10-2) 또는 식(10-4)를 적용하여 기초폭을 산정.

10-5 복합기초 2개 이상의 기둥이나 벽체를 하나의 기초판으로 지지하는 구조 복합기초로 설계하는 조건 -두 기둥이 가까이 있어 독립기초로 하기 어려울 때 -외부기둥이 대지 경계선에 가까이 있어 독립기초로 균형유지가 불가능할 때

(1) 직사각형 기초 두 기둥에 작용하는 하중 합력의 작용점이 도심이 되도록 기초길이를 결정한다 → 지반 토압이 기초에 균등하게 작용한다 기초폭 h는 길이를 미리 결정하여 기초면적을 길이로 나누어 결정한다 하중은 기초판 위에 있는 기둥하중의 합력 기초면적 토압

기초판 해석:기초판을 거꾸로 하면 두기둥으로 지지되는 단순보로 가정된다 철근 보강  : 휨모멘트에 의해 산정된 보강근을 길이방향으로 배근    횡방향 보강근 범위= =횡방향 기둥치수 + 유효춤d/2  cf) 휨보강 최소 철근량 또는 온도 및 건조수축 철근량을 사용 전단 검토    1방향전단-기둥면에서 d만큼 떨어진 위험단면의 전단력으로 검토    2방향전단-기둥면에서 d/2만큼 떨어진 위험 단면에 대하여 검토  1방향전단으로 기초 두께가 결정되는 경우가 많다

(2) 캔틸레버 기초 인접내부 기둥이 상당히 떨어져 있을 때 직사각형으로 하면 과다한 모멘트가 발생하여 비경제적 → 내부기둥과 외부기둥을 보로 연결

외부기둥 설계용 토압 내부기둥에서의 힘의 평형조건에서 ∑M2=0 : P1ℓ-R1(ℓ-e)=0 R1ℓ=P1ℓ- R1e R1=P1+R1e/ℓ=P1+∆R =P1+P1e/(ℓ-e)            ∴ P1ℓ- (P1+∆R)((ℓ-e)=0               P1ℓ-P1(ℓ-e)-∆R(ℓ-e)=0          P1e-∆R(ℓ-e)=0              ⇒ ∆R=P1e/(ℓ-e)               R1=P1+∆R  을 사용하여 설계 내부기둥:실제 내부기둥의 반력 R2=P2-∆R이지만 안전측을 고려하여 P2를 사용하여 설계용토압을 산정 전단력 :dM/dx=V=∆R 에 대하여 안전하도록 보를 설계(보설계 방법)

10-6 말뚝기초 연약한 지반이 적당한 깊이만큼 존재하고, 암반이 있는 경우에 사용 기둥의 하중을 기초판을 통하여 분산시켜 말뚝에 전달하고, 말뚝으로 부터의  반력에 의한 전단력과 모멘트를 지지 말뚝의 허용지지력 Ra=극한지지력/3 말뚝의 수 中 큰 값                 말뚝의 수 : 3개 이상 말뚝의 배치 : 휨모멘트와 전단력이 최소가 되도록 배치

말뚝의 최소 중심간격 ①기성콘크리트 말뚝:말뚝머리 지름의 2.5배 이상 또는 750mm 이상   ②제자리 콘크리트 말뚝 : 말뚝머리 지름의 2.5배 이상 또는 900mm 이상     ③강재 말뚝 : 말뚝머리 지름의 2.5배 이상 또는 900mm 이상 기초 단부에서 주변 말뚝의 중심까지 거리 : 위의 간격 1/2이상 말뚝기초의 면적 : 1방향전단, 2방향전단, 휨모멘트에 대한 안전성 검토 설계용 말뚝의 반력                       中 큰 값 기초판에 대한 설계는 기둥에서 전달되는 힘(전단 및 모멘트) 및 말뚝의 반력으로 전달되는 힘에 대하여 안전성을 검토해야 한다