2015 가을학기 철근콘크리트 구조설계 김진근 교수 건설 및 환경공학과 KAIST.

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1 2015 가을학기 철근콘크리트 구조설계 김진근 교수 건설 및 환경공학과 KAIST

2 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 Syllabus
철근 콘크리트 구조설계 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 담당교수: 김진근, Room 3204, tel : 3614, 담당조교: 안경희, Room 3222, tel : 3654 강의시간: 10:30-11:50 AM 화, 목 강의실 : 1211호

3 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 Syllabus 교재
철근 콘크리트 구조설계 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 교재 1. 교재 1 : “콘크리트구조설계” 도서출판 동화기술 2. 교재 2 : “콘크리트 구조기준 해설” 한국콘크리트학회 3. 교재 3 : Handout * 2012 개정 콘크리트 구조기준 pdf 파일 홈페이지에 업로드

4 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 Syllabus 강의내용 교재 1 교재 2 교재 3 철근 콘크리트 구조설계
1. 설계 일반 Chap.1, 2, 11 Chap.3, 4, 5 Chap. 1, 2 2. 보 부재 설계 Chap.3, 4, 5, 6, 7 Chap. 6, 7, 8 Chap. 3 3. 기둥부재 설계 Chap. 8, 9, 10 4, 5, 7 Chap. 4 4. 슬래브 설계 Chap. 12, 13 Chap. 10, App. Ⅱ Chap. 5 5. 기초판 설계 Chap. 15 Chap. 12 Chap. 6 6. 기타부재 설계 Chap. 16 Chap. 11, 13 -

5 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 Syllabus 평가 항목 비중(%) 중간고사 30 기말고사 40
철근 콘크리트 구조설계 CE 314 철근콘크리트 구조설계 2015 가을학기 평가 항목 비중(%) 중간고사 기말고사 과제 출석 Homework delay : 1 week delay - 80%, more than 1 week - 50% Copy : 0 point!! T.A. : 안 경 희 (Tel. 3654, 홈페이지 : Lecture/철근콘크리트 구조설계

6 (Design of Reinforced Concrete Structures)
철근콘크리트 구조 설계 (Design of Reinforced Concrete Structures) 1. 설계 일반 2. 보 부재 설계 3. 기둥 부재 설계 4. 슬래브 설계 5. 기초판 설계 6. 기타 부재 설계 1. Design General 2. Design of Beam 3. Design of Column 4. Design of Slab 5. Design of Footing 6. Others

7 1. 설계 일반(Design General) 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사(History of Concrete Materials) 1.2 설계의 의미(Definition of Design) 1.3 철근콘크리트 구조설계법(Design of RC Structures) 1.4 하중계수와 강도감소계수(Load factor and Strength Reduction Factor) 1.5 재료(Materials) 1.6 구조 해석(Structural Analysis) 1.7 사용성과 내구성(Serviceability and Durability) 1.8 철근 상세(Detail of Reinforcements)

8 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 1. Design General 콘크리트의 유래

9 ? 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 콘크리트 재료의 발전 방향 앞으로 2010년은 ? 1. Design General
Million ton 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 1756 – Natural cement 사용 1824 – Portland cement 개발 1928 – 분말도 증가 C3S 함량증가 & 분말도 증가 2010 – 전 세계 시멘트 생산량 28억 톤2050 – 전 세계 시멘트 생산성 56억 톤 ? CO2 발생량 증가율 Atmospherical CO2 시멘트에 의한 CO2 발생량 증가율 Cement Production 앞으로 2010년은 ? 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2060 2100 2140 2180 2220 [참조: 연합뉴스, 2010]

10 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 고대 콘크리트(석회 콘크리트) 석회콘크리트에 대한 최초의 문헌기록
1. Design General 고대 콘크리트(석회 콘크리트) 고고학적 발굴조사 결과에 의하면 석회콘크리트(lime concrete)의 발명시기는 적어도 BC 8000~BC 9000년까지로 소급 가능 예리고(jerico) 유적지: BC 9000년 경 조성된 것으로 추정되는 이곳의 방바닥은 석회콘크리트로 만들어져 있음 석회콘크리트에 대한 최초의 문헌기록 비트르비우스(Vitruvius)의 ‘건축십서’ “석회석을 소성하면 수분이 증발하면서 중량의 1/3 정도가 감소되면서 기공이 열리고 재질이 물러지게 된다.” 중국과 동북아시아 회축(灰築) : 기초나 기단 등의 터를 다지는 공법. 석회에 풍화토나 모래를 소정비율로 섞은 진흙을 혼합한 회토(灰土)에 물을 부어 되비벼 다져서 단단한 기반을 조성. AD 3~4세기 경, 고구려시대의 돌무덤

11 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 근대 콘크리트(자연 시멘트) 1. Design General
18~19세기 초, 영국과 프랑스에서는 수경성 시멘트의 연구가 진행 1750년 경 영국의 스미튼(Smeaton) : 석회와 점토를 일정 비율로 혼합하여 소성하면 수경성을 갖게 될 수 있음을 발견 → Eddystone light house 1796년, 영국의 파커(Parker) : 석회질 이회토를 높은 온도로 소성하여 수경성 석회 제 조 성공. 이를 로만 시멘트(Roman Cement)라고 명명. 파커의 시멘트는 자연산으로 채취한 원료를 다른 재료의 배합없이 단순히 소성연마하여 제조한 것이기 때문에 자연산 시멘트(natural cement)라고 할 수 있음. Eddystone Light house

12 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 근대 콘크리트(자연 시멘트) 1. Design General
자연시멘트와 포틀랜드시멘트의 사용량 비교 (미국) 단위:1000 Barrels

13 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 현대 콘크리트(포틀랜드 시멘트) 1. Design General
1824년 영국인 벽돌공 아스프딘(Joseph Aspdin), 최초의 포틀랜드 시멘트 발명. 석회석과 점토를 분쇄 혼합한 것을 높은 온도로 소성하여 클링커(clinker)로 만들고, 이것을 다시 분쇄연마하여 분말로 만든 것. 존슨(Isaac Charles Johnson), 소성온도와 가열과정 등에 관한 원리를 최초로 발견 포틀랜드 시멘트의 본격적인 제조생산 시작 1850년을 전후하여 영국, 프랑스, 독일 등 유럽 여러 나라 1871년 미국 1919년 오노다시멘트주식회사의 평양지사 승호리 공장 - 우리 한반도에 최초 설립된 시멘트 공장

14 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 미래 콘크리트 1. Design General 새로운 개념의 시멘트 개발
현재의 시멘트가 가진 단점 극복 CO2 저감형 시멘트 부산물 재활용 효율적 생산 체계 (IT 등 융합 기술, 품종 다양화)

15 + 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 시멘트 생산에 따른 CO2 발생량 1. Design General
5% 콘크리트 제조 &시공 3% + [참조: J.S. Damtoft, Sustainable Development and climate Change Initiative, 2007] 건설산업의 CO2 발생량 순위: 전체 3위 (2003년) 1위: 철강(제1차 금속) 2위: 전력가스 및 수도 3위: 건설 (시멘트&콘크리트 부문 6,000만 톤) [참조: 박필주 외, 산업별연관표를 활용한 산업별 CO2 배출 원단위 분석, 2009] 시멘트 1 ton 당 CO2 발생 총량 : 1.2 ton 석회석으로부터 550kg 발생 석회석의 소성에너지로부터 300kg 발생 시멘트 운반, 콘크리트 제작, 시공과정에 350 kg 발생 CO2 Emission in Cement Production [참조: Zina Deretsky, National Research Foundation] [참조: J.S. Damtoft, Sustainable Development and climate Change Initiative, 2007]

16 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 1.1.2 콘크리트 구조 및 설계법의 발전 구조 시스템의 변화 철근콘크리트
1. Design General 콘크리트 구조 및 설계법의 발전 구조 시스템의 변화 Dome, Arch, Vault 압축부재 인장부재(휨부재) 철근콘크리트 압축부재 Arch Dome Vault

17 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 철근콘크리트 1. Design General
F. Kahn ; 강재와 콘크리트를 왜 결혼시키지 않는가? 1850년 프랑스의 랭보(Lambot), 철망 혼입 콘크리트 배 제작(1855년 파리세계박람회) 1853년 프랑스의 코아니에(F. Coignet), 경간 6m의 철근콘크리트 지붕 1855년 영국의 윌킨슨(Wilkinson), 철근콘크리트 구조 방식에 대한 특허 취득 1865년 프랑스의 모니에(F. Joseph Monier), 모니에식 격자배근법 특허 취득 1875년 미국의 워드(W. E. Ward), 뉴욕에 철근콘크리트 가옥 건설 1875년 미국의 하얏트(T. P. Hyatt), 영국의 커컬디(D. Kirkaldy) 박사를 고용해 철근콘크리트구조 시험 실시, 보고서 간행 1898년 프랑스의 앙네비크(F. Hennebique), 철근콘크리트 보의 배근법에 관한 특허 취득. 보의 주철근에 스터럽을 배치하고 굽힘철근(bent-up bar)을 사용하는 방식

18 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 1. Design General
프리스트레스트 콘크리트의 원리 - 프랑스 사람 Eugene Freyssinet 에 의해 제안

19 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사
1. Design General 콘크리트의 현황 및 나아갈 방향 전세계 시멘트 생산량 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요 내용을 입력하세요

20 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 전세계 콘크리트 생산량 1. Design General 전 세계 콘크리트 생산량
130 억 톤 시멘트 18 억 톤 골재 100 억 톤 물 12 억 톤 전 세계 물 사용량의 8% 건설재료로서 콘크리트의 특성 대량 생산(⇒ Green Technology) 현장 생산(⇒ Smart Technology ) - 원재료 수급이 용이하고 경제성이 높음. - 건설 현장 및 지역에 따른 재료의 특성 차이가 큼. - 재료 특성 및 성능에 대한 불확실성이 높음. - 재료의 품질 및 특성에 대한 제어가 어려움.

21 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 1. Design General 국내 현황 시멘트 산업 레미콘 출하량

22 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 콘크리트 구조물의 형태(美) 1. Design General 우리나라 외국
Marina City, Chicago, Bertrand Goldberg River City, Chicago, Bertrand Goldberg

23 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 1. Design General 콘크리트 구조물의 형태(美) 외국 우리나라

24 미래는 과거아닌 과거다! 재료 공법 설계 1.1 콘크리트 건설재료의 발전사 콘크리트 분야의 나아갈 방향
1. Design General 콘크리트 분야의 나아갈 방향 미래는 과거아닌 과거다! 재료 친환경적 신재료 개발(혼화재료, ∙∙∙) - 자연시멘트 재료의 다양화(package 화) 공법 신공법 개발(합성구조, ∙∙∙) 인력 낭비 감소(Self-compacting concrete, 자동화) 설계 미적 설계(Aesthetic Design) 지속 가능한 설계(Life-cycle Design) – 곡선으로(감성 중심) 성능 중심 설계(Performance-based Design)

25 1.2 설계의 의미 1. Design General 광의의 설계 - 기획, 계획, 설계, 시공, 유지관리(Plan, Design, Construction, Maintenance) 기능, 구조, 미(美), 경제적 측면(Function, Struture, Beauty, Economic) 협의의 설계 - 구조물형식이 있을 때, 구조 해석을 수행하여 단면 설계 단면의 크기, 재료의 강도, 철근량 등의 결정(구조 계산서, 도면) (Decision for Size of side, strength of materials, using of reinforcement) 설계 고려 성능 - 안전 성능(Strength, Ultimate limit) 사용 성능(Serviceability, Serviceability limit) 내구 성능(Durability) 지속 성능(Sustainability)

26 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1.3.1 설계 방법(Design Method) 설계법의 종류 1. Design General
구조물 해석 부재 또는 단면 설계 설계 기준 허용응력설계법 (WSD : Working Stress Design) 선형(linear) 재료의 강도 (극한)강도설계법 (USD : (Ultimate) Strength Design) (비선형 개념 일부 포함) 비선형(nonlinear) 단면의 강도 한계상태설계법 (LSD : Limit State Design) (선형 해석도 가능) 구조물의 최대 저항 능력

27 1.3 철근콘크리트 구조설계법 콘크리트 구조설계기준의 탄생 1. Design General 1902년 영국 1910년 미국
1928년 일본 1962년 한국

28 1.3 철근콘크리트 구조설계법 용어의 정의 Standards (표준)
1. Design General 용어의 정의 Standards (표준) technical standard of industrial products - KS(한국공업표준), ISO(국제표준화규격), ASTM(미국 재료 시험 협회)... Design Code (설계 기준) provisions for design of structures - Model code : ACI design code, CEB-FIP design code, ACMC - Legal code : Euro Code, IBC, 콘크리트 구조 설계기준... Specification (시방서) provisions for materials and construction - 콘크리트 표준시방서

29 1.3 철근콘크리트 구조설계법 설계기준 - 미국 Model Code ACI design code Legal Code
1. Design General 설계기준 - 미국 Model Code ACI design code Legal Code 2000년 이전 - UBC(Uniform Building Code) : 서부 - BOCA(Building Officials and Code Administrators) : 북동부 및 중부 - SBC(Standard Building Code) : 남서부 2000년 이후 - IBC(International Building Code) - AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials)

30 1.3 철근콘크리트 구조설계법 설계기준 – 유럽, 아시아 Model Code Model Code CEB-FIP fib 2010
1. Design General 설계기준 – 유럽, 아시아 유럽 아시아 Model Code Model Code CEB-FIP fib 2010 ACMC(Asian Concrete Model Code) Legal Code Legal Code DIN, BS Eurocode 일본 ACI 영향권 Eurocode 영향권

31 1.3 철근콘크리트 구조설계법 설계기준 - 한국 1972년 ‘철근콘크리트 구조계산 규준’ 작성 1. Design General
대한토목학회 대한건축학회 1962년 콘크리트 표준시방서 제정 1983년 콘크리트 표준시방서 1차 개정 (허용응력 설계법→강도 설계법) 1988년, 1996년 콘크리트 표준시방서 개정 1998년 콘크리트 표준 시방서 개정 설계편은 ‘콘크리트구조 설계기준’으로 이관. 1972년 ‘철근콘크리트 구조계산 규준’ 작성 1975년, 1977년 규준 수정, 보완 1988년 ‘극한강도설계법에 의한 철근콘크리트 구조계산 규준’ 작성 (ACI 구조설계기준 기반) 1994년 1차 개정 통합 1998년 콘크리트 구조설계기준으로 재편 2003년 개정 2007년 개정 2012년 개정

32 Performance based code
1.3 철근콘크리트 구조설계법 1. Design General 설계법의 변화 Prescriptive code Performance based code 장점 적용 및 조절이 간단함 여러 가지 방법으로 목적을 달성할 수 있음 신기술과 세계시장에 대해 열려있음 단점 신기술이 적용되기 어려움 주로 경험에 기반을 둠 개발이 어려움 더 많은 지식이 필요함 적용 및 조절이 어려움

33 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1. Design General 성능중심 설계법 1 2 3 4 5

34 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1.3.2 허용응력 설계법(WSD) 의미 1. Design General
- 철근 콘크리트를 탄성체로 보고 탄성이론에 의해 구한 콘크리트의 응력 및 철근의 응력 가 각각 그 허용응력 및 를 넘지 않도록 설계하는 방법. 즉, 여기서, : 콘크리트의 허용 휨 압축응력 : 철근의 허용 인장응력 : 콘크리트의 설계기준강도 : 철근의 항복강도 : 콘크리트 응력의 안전율 : 철근응력의 안전율

35 1.3 철근콘크리트 구조설계법 콘크리트의 허용응력 1. Design General 응 력 부재 또는 조건 허용응력(MPa)
휨압축 휨부재 전단 보, 1방향 슬래브, 확대기초 전단철근 없이 콘크리트가 부담하는 전단응력( ) 콘크리트와 전단철근이 부담하는 전단응력 2방향 슬래브, 확대기초 콘크리트가 부담하는 전단응력 지압 전 단면에 재하될 때 부분적으로 재하될 때 휨인장 무근의 확대기초와 벽체

36 경간 4m 미만의 1방향 슬래브에 배근된 지름 10mm 이하의 휨 철근
1.3 철근콘크리트 구조설계법 1. Design General 철근의 허용응력 철근의 종류 또는 조건 허용응력 (MPa) SD 300 ( ) 150 SD 350 ( ) 175 SD 400 ( ) 180 경간 4m 미만의 1방향 슬래브에 배근된 지름 10mm 이하의 휨 철근 탄성계수비 의 값 21 24 27 30 35 40 8 7 6

37 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1.3.3 강도 설계법(USD) 기본가정
1. Design General 강도 설계법(USD) - 구조물이 사용연한 동안 파괴나 다른 손상 없이 모든 하중에 대해 충분한 여유를 가질 수 있도록 부재 치수와 철근량을 결정 기본가정 ① 철근 및 콘크리트의 변형률은 중립축으로부터 거리에 비례 ② 압축 측 연단에서 콘크리트의 극한 변형률(휨파괴 변형률)은 0.003으로 가정 ③ 항복강도 이하에서 철근의 응력은 그 변형률의 배로 계산, 항복강도에 해당하는 변형률보다 더 큰 변형률에 대해서는 철근의 응력은 그 변형률에 상관없이 로 가정 ④ 콘크리트의 인장강도는 휨강도 계산에서 무시 ⑤ 콘크리트의 압축응력의 분포와 변형률의 관계는 등가 직사각형 응력분포로 가정

38 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1. Design General 안전성 검토 구조물의 해석, 설계와 시공에는 여러 가지 불확실성이 존재 (ex. 설계할 때 가정한 하중이 실제 하중과 다름) 하중계수나 강도감소계수 적용 (1% 오차 허용) 계수하중 = 하중계수 ×사용하중(작용하중) 설계강도 = 강도감소계수 ×공칭강도 1.0 하 중 계 수 Dead Load Live Load 1.2 1.6 0.85 1.0 공 칭 강 도(Mn)

39 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1. Design General 사용성 검토 처짐 균열폭 피로 내구성 검토 철근 부식

40 1.3 철근콘크리트 구조설계법 1.3.4 한계상태 설계법(LSD) 구조물 해석 안전성 설계 사용성, 내구성 설계
1. Design General 한계상태 설계법(LSD) 구조물 해석 원칙적으로 비선형 해석 (선형 해석도 허용) 안전성 설계 하중계수 고려 (강도 설계법과 유사) 재료계수 고려 (허용응력 설계법과 유사) 사용성, 내구성 설계 강도 설계법, 허용응력 설계법과 유사

41 1.4 하중계수와 강도감소계수 작용 하중의 종류 고정 하중 (D ) 활하중 (L ) 지붕활하중 (Lr ) 지진하중 (E )
1. Design General 작용 하중의 종류 고정 하중 (D ) 활하중 (L ) 지붕활하중 (Lr ) 지진하중 (E ) 유체압 (F ) 지하수 및 토압 (H, Hv, Hh ) 강우하중 (R ) 적설 하중 (S ) 풍하중 (W ) 온도하중, 건조수축, 크리프 등 (T )

42 1.4 하중계수와 강도감소계수 하중계수 (Load factor) 작용하중의 불확실성의 크기를 고려하여 정해진 계수
1. Design General 하중계수 (Load factor) 작용하중의 불확실성의 크기를 고려하여 정해진 계수 실제로는 하중조합을 고려 기본하중 (1) (2) 풍하중 (3) (4) (5) 지진하중 (6) (7) 유체압 (8) 또, 식 (1)과 식 (2) 토압 식 (1), 식 (2), 식 (5), 식 (7), 식 (8) 침하, 크리프, 건조수축 또는 온도변화의 영향 식 (2), 식(8) 𝑈=1.4(𝐷+𝐹) 𝑈=1.2 𝐷+𝐹+𝑇 +1.6 𝐿+ 𝛼 𝐻 𝐻 𝑣 + 𝐻 ℎ +0.5( 𝐿 𝑟 or 𝑆 or 𝑅) 𝑈=1.2𝐷+1.6 𝐿 𝑟 or 𝑆 or 𝑅 +(1.0𝐿 or 0.65𝑊) 𝑈=1.2𝐷+1.3𝑊+1.0𝐿+0.5 𝐿 𝑟 or 𝑆 or 𝑅 𝑈=0.9 𝐷+ 𝐻 𝑣 +1.3𝑊+ 1.6 𝐻 ℎ or 0.8 𝐻 ℎ 𝑈=1.2 𝐷+ 𝐻 𝑣 +1.0𝐸+1.0𝐿+0.2𝑆+ 1.0 𝐻 ℎ or 0.5 𝐻 ℎ 𝑈=0.9 𝐷+ 𝐻 𝑣 +1.0𝐸+ 1.0 𝐻 ℎ or 0.5 𝐻 ℎ 𝑈=1.2 𝐷+𝐹+𝑇 +1.6 𝐿+ 𝛼 𝐻 𝐻 𝑣 𝐻 ℎ +0.5( 𝐿 𝑟 or 𝑆 or 𝑅)

43 1.4 하중계수와 강도감소계수 강도감소계수 (Strength reduction factor), ф
1. Design General 강도감소계수 (Strength reduction factor), ф 인장지배 단면 (Tension-controlled sections) 0.85 압축지배 단면 (Compression-controlled sections) - 나선 철근으로 보강된 부재 (Members with spiral reinforcement) 0.70 - 그 이외의 부재 (Other reinforced members) 0.65 전단과 비틀림 (Shear and torsion) 0.75 콘크리트의 지압 (Bearing on concrete) 포스트텐션 정착구역 (Post-tensioned anchorage zones) 스트럿-타이모델에서 스트럿, 타이, 절점부 및 지압부 (Strut-and-tie models) 무근 콘크리트 (Plain concrete) 0.55

44 1.5 재료 1.5.1 콘크리트 시멘트 + 골재 + 물 + 혼화재료(혼화제, 혼화재) 양생 - 수중양생, 습윤양생, 증기양생…
1. Design General 콘크리트 시멘트 + 골재 + 물 + 혼화재료(혼화제, 혼화재) 양생 - 수중양생, 습윤양생, 증기양생… 압축강도 시험 - ф150×300 (mm) ⇒ - ф100×200 (mm) ⇒ 𝑓 𝑐,150 = 𝑓 𝑐,100 ×적절히 고려 𝑓 𝑐,100 콘크리트 배합강도, 콘크리트 설계기준압축강도, 콘크리트 압축강도 - 탄성계수 (크리프) 𝐸 𝑐 =8, 𝑓 𝑐𝑢 𝐸 𝑐𝑖 =1.18 𝐸 𝑐 여기서, : 재령 28일에서 콘크리트의 평균 압축강도 (MPa) = 𝑓 𝑐𝑘 +∆𝑓

45 1.5 재료 1.5.2 강재 설계기준항복강도 - 𝑓 𝑦 =300, 350, 400, 500, 600 MPa 탄성계수 -
1. Design General 강재 설계기준항복강도 - 𝑓 𝑦 =300, 350, 400, 500, 600 MPa 탄성계수 - (철근) (긴장재) (형강) 이형철근 철근의 설계기준항복강도 제한 규정(콘크리트구조기준 2012) 휨부재의 주철근 600MPa 휨부재의 전단철근 500MPa 기둥의 주철근 기둥의 횡방향 철근 (나선형철근) 700MPa 기둥의 횡방향철근 (띠철근) 프리스트레싱 강재

46 1.5 재료 1.5.3 콘크리트 품질 콘크리트 품질 - 설계 기준에 따르기 위한 콘크리트 강도의 품질 기준 설정 배합강도 -
1. Design General 콘크리트 품질 콘크리트 품질 - 설계 기준에 따르기 위한 콘크리트 강도의 품질 기준 설정 배합강도 - - Max Max 콘크리트 품질시험 세부사항 - 3번 연속 샘플링 해서 압축강도 실험결과 평균값이 이상인 경우 콘크리트 압축강도는 만족할 만한 것으로 간주 - 이를 만족하지 못한 경우 코어 실험을 실시, 이 결과 에 달하고 보다 작지 않으면 구조적으로 적합하다고 판정하게 되고, 만족하지 못할 경우에는 하중을 줄이거나 보수ㆍ보강 등의 작업 시행

47 1.6 구조해석 1.6.1 해석방법 근사해법 1. Design General
해석방법 - 탄성이론에 의해 결정된 최대 단면력에 대하여 설계 근사해법 - 프리스트레스트 콘크리트를 제외하고 일반적인 구조 형태, 경간 및 층고를 갖는 건물에 대해 계수등분포하중과 순경간에 대한 휨모멘트, 전단력을 근사해석

48 1.6 구조해석 1.6.2 부모멘트 재분배 연속 휨부재의 부모멘트 재분배 1. Design General
부모멘트 재분배 연속 휨부재의 부모멘트 재분배 근사해법에 의해 휨모멘트를 계산한 경우를 제외하고, 어떠한 가정의 하중을 적용하여 탄성이론에 의하여 산정한 연속 휨부재 받침부의 부모멘트는 20% 이내에서 %만큼 증가 또는 감소시킬 수 있다. 부모멘트의 재분배는 휨모멘트를 감소시킬 단면에서 최외단 인장철근의 순인장변형률 가 이상인 경우에만 가능하다.

49 1.6 구조해석 1.6.3 활하중의 배치 활하중의 배치 1. Design General
활하중의 배치 활하중의 배치 활하중은 해당 바닥판에만 재하된 것으로 보아 해석 가능 기둥의 먼 단부는 고정된 것으로 가정 - 고정하중과 활하중의 조합 ① 모든 부재에 계수 고정하중 + 두 인접 경간의 계수 활하중 ② 모든 부재에 계수 고정하중 + 한 경간씩 건너 계수 활하중

50 1.6 구조해석 1.6.4 T형보 유효폭 T형보 반 T형보 1. Design General
Shear lag(전단지연) 현상 : 휨 모멘트를 받을 때 강성의 차이로 인한 단면의 변형 유발 T형보 b = min ( , 슬래브의 중심간 거리, ) 반 T형보 b = min ( , , 슬래브의 내측거리/ ) T형보 반 T형보

51 1.6 구조해석 1.6.4 T형보 플랜지 두께 / 유효폭 철근배근 1. Design General
이하 플랜지 두께 / 유효폭 독립 T형보의 압축을 받을 수 있는 플랜지 두께 ≥ 독립 T형보의 플랜지 유효폭 ≤ 철근배근 독립 T형보의 경우 내민 플랜지 전폭을 유효폭으로 간주 그 밖의 T형 보의 경우 앞의 식에 따라 계산된 유효폭만 고려 횡방향 철근의 간격은 슬래브 두께의 5배 이하, 또한 450mm 이하

52 1.6 구조해석 1.6.5 기타 사항 강 성 경 간 받침부와 일체로 되지 않은 경우 골조 또는 연속구조물
1. Design General 기타 사항 강 성 가정된 강성은 일관되게 사용 헌치(haunch)의 영향을 고려 헌 치 경 간 받침부와 일체로 되지 않은 경우 중심간 거리 골조 또는 연속구조물 중심간 거리 설계용 휨모멘트는 받침부 전면의 값 3m 이하의 순경간을 갖는 슬래브 지지보의 폭을 무시하고 순경간을 경간으로 하는 연속보로 해석

53 1.6 구조해석 1.6.5 기타 사항 기 둥 최대 축력 최대 휨모멘트 편심하중
1. Design General 기타 사항 기 둥 최대 축력 모든 바닥판 또는 지붕에 작용하는 계수하중에 의해 기둥에 전달된 힘 최대 휨모멘트 기둥에 인접한 바닥판 또는 지붕의 한쪽 경간에 작용하는 계수하중에 의한 휨모멘트 축력에 대한 휨모멘트의 비가 최대인 경우 고려 편심하중 내ㆍ외부 기둥의 불균형 바닥판 하중과 기타 편심하중에 의한 영향 고려 연직하중에 대하여 해석할 때 기둥의 먼 단부는 고정되어 있다고 가정 기둥으로 전달되는 휨모멘트는 상ㆍ하부 기둥 강성에 따라 분배

54 1.7 사용성과 내구성 1.7.1 균 열 균 열 환경조건의 분류 허용 균열폭
1. Design General 균 열 균 열 구조물의 사용성, 내구성 및 미관 등 사용목적에 손상을 주지 않도록 제한 콘크리트 균열폭을 허용균열폭 이하로 제어하는 것을 원칙 환경조건의 분류 건조환경, 습윤환경, 부식성환경, 고부식성환경 허용 균열폭 강재의 종류 환 경 조 건 건조환경 습윤환경 부식성환경 고부식성환경 철근 Max (0.4mm, 𝑐 𝑐 ) (0.3mm, 𝑐 𝑐 ) (0.3mm, 𝑐 𝑐 ) (0.3mm, 𝑐 𝑐 ) 프리스트레싱 긴장재 (0.2mm, 𝑐 𝑐 ) (0.2mm, 𝑐 𝑐 ) - ※ 𝑐 𝑐 = 최외단 주철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트 최소 피복 두께 (mm) 콘크리트 인장연단 가장 가까이에 배치되는 철근의 중심 간격 s 𝑠≤375 𝑘 𝑐𝑟 𝑓 𝑠 −2.5 𝑐 𝑐 and 𝑠≤300 𝑘 𝑐𝑟 𝑓 𝑠 𝑘 𝑐𝑟 =280 (건조 환경) =210 (습윤 환경)

55 1.7 사용성과 내구성 1.7.2 처 짐 처 짐 처짐 검토를 하지 않아도 되는 최소 두께 처짐 검토
1. Design General 처 짐 처 짐 처짐 검토를 하지 않아도 되는 최소 두께 부 재 최소 두께, 단순 지지 1단 연속 양단 연속 캔틸레버 큰 처짐에 의해 손상되기 쉬운 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지 또는 부착하지 않는 부재 1방향 슬래브 보, 리브가 있는 1방향 슬래브 처짐 검토 순간처짐 + 장기처짐 ≤ 허용 처짐량 하중의 작용에 의한 순간처짐은 탄성 처짐 공식을 사용하여 계산

56 1.7 사용성과 내구성 1. Design General 처 짐 처 짐 내부에 보가 없는 슬래브의 최소 두께

57 1.7 사용성과 내구성 1.7.2 처 짐 처 짐 최대 허용 처짐 1. Design General 부재의 형태 고려해야 할 처짐
처 짐 처 짐 최대 허용 처짐 부재의 형태 고려해야 할 처짐 처짐한계 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를 지지 또는 부착하지 않은 평지붕구조 활하중 L에 의한 순간처짐 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를 지지 또는 부착하지 않은 바닥구조 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를 지지 또는 부착한 지붕 또는 바닥구조 전체 처짐 중에서 비구조 요소가 부착된 후에 발생하는 처짐 부분 (모든 지속하중에 의한 장기처짐과 추가적인 활하중에 의한 순간처짐의 합) 과도한 처짐에 의해 손상될 염려가 없는 비구조 요소를 지지 또는 부착한 지붕 또는 바닥구조

58 1.7 사용성과 내구성 1.7.2 처 짐 처 짐 순간처짐 장기처짐 전체처짐 1. Design General
처 짐 처 짐 순간처짐 유효단면2차모멘트를 이용하여 계산 여기서, 장기처짐 = 순간처짐×장기처짐계수 장기처짐계수 여기서, = 압축철근비 = 시간경과계수 (크리프의 영향) 전체처짐 5년 이상 12개월 6개월 3개월 2.0 1.4 1.2 1.0 = 순간처짐 × (1+ )

59 1.7 사용성과 내구성 1.7.3 슬래브 슬래브 분류 1방향 슬래브 / 2방향 슬래브 1. Design General
슬래브 슬래브 분류 1방향 슬래브 / 2방향 슬래브 보의 길이에 따라 : 2방향 : 1방향 보의 강성에 따라 : 2방향 : 1방향

60 1.7 사용성과 내구성 1.7.3 슬래브 슬래브 분류 플랫 플레이트 (flat plate) 플랫 슬래브 (flat slab)
1. Design General 슬래브 슬래브 분류 플랫 플레이트 (flat plate) 플랫 슬래브 (flat slab) 지판 (drop panel) 기둥머리 (column capital)

61 1.7 사용성과 내구성 1.7.3 피 로 정의 적용 범위 피로를 고려하지 않아도 되는 응력범위 1. Design General
피 로 정의 - 최대 인장응력 이하 수준의 주기적인 하중을 받을 때 일어나는 재료파괴의 일반적인 현상 적용 범위 보 및 슬래브의 피로는 휨 및 전단에 대하여 검토 기둥의 피로는 검토하지 않아도 되지만 휨모멘트나 축인장력의 영향이 큰 경우 보에 준하여 검토 피로를 고려하지 않아도 되는 응력범위 강재의 종류와 위치 응력범위 (MPa) 이형철근 SD 300 130 SD 350 140 SD 400 150 긴 장 재 연결부 또는 정착부 기타부위 160

62 1.7 사용성과 내구성 1.7.4 내구성 중성화 1. Design General 염해 중성화 동결 융해 철근 부식
내구성 염해 중성화 동결 융해 철근 부식 철근 부피 팽창 피복 콘크리트 박리 구조물 안전성 위험 중성화 - 공기중의 탄산가스에 의해 수화반응시 발생된 수산화 칼슘이 탄산칼슘으로 변화하여 고유의 알칼리성을 상실하게 되는 현상 Ca(OH)2+CO2+H2O → CaCO3+H2O (중성화) 콘크리트 pH를 약 8.5~10 정도로 감소시킴 pH 부식률 5 7 10 철근 부식, 철근의 부피 팽창 균열 발생, 피복콘크리트 박리, 철근 단면적 감소

63 1.7 사용성과 내구성 1.7.4 내구성 염해 방지 대책 철근 부식 방지를 위한 최대 수용성 염소이온 비율
1. Design General 내구성 염해 강한 알칼리성의 콘크리트 속에 매설된 강재는 표면에 부동태 피막을 형성시켜 부식되지 않음 부동태 피막도 콘크리트 중에 염화물이 침입하여 염소이온량이 일정 값 이상이 되면 부식 시작 방지 대책 바닷모래를 사용할 경우 세척을 통해 염소이온을 제거한 후 사용 해안 구조물의 경우 콘크리트를 치밀하게 타설 (염소이온 침투 방지) 철근 부식 방지를 위한 최대 수용성 염소이온 비율 부재의 종류 콘크리트 속의 최대 수용성 염소이온(Cl-), 시멘트의 질량에 대한 비 (%) 프리스트레스트 콘크리트 0.06 염화물에 노출된 철근콘크리트 0.15 건조상태이거나 또는 습기로부터 차단된 철근콘크리트 1.00 기타 철근콘크리트 0.30

64 1.7 사용성과 내구성 1.7.4 내구성 동결융해 동해 저항 콘크리트에 대한 전체 공기량 1. Design General
내구성 동결융해 콘크리트 중의 수분이 외부온도의 저하에 의한 동결과 융해의 반복 작용에 의해 균열이 발생하거나 표면부가 박리하여 성능이 저하되는 현상 공기량을 증가시킴으로서 방지 (AE제, AE 감수제) 동해 저항 콘크리트에 대한 전체 공기량 굵은골재의 최대 치수 (mm) 공기량 (%) 노출 등급 F2, F3 노출 등급 F1 10.0 7.5 6.0 15.0 7.0 5.5 20.0 5.0 25.0 4.5 40.0 동결, 융해 및 제빙화학제에 노출되는 일반콘크리트나 경량콘크리트는 표에 제시된 공기량이 필요하다. 이 때 연행 공기량의 허용편차는 ±1.5 % 이다. 설계기준압축강도가 35MPa을 초과하는 콘크리트는 표에 제시된 공기량에서 1% 감소시킬 수 있다.

65 1.8 철근 상세 1.8.1 표준 갈고리 표준 갈고리 일반 철근 스터럽ㆍ띠철근 정착길이 비교 1. Design General
표준 갈고리 표준 갈고리 일반 철근 스터럽ㆍ띠철근 180°표준 갈고리 90°표준 갈고리 135°표준 갈고리 90°표준 갈고리 정착길이 비교 ※ ⇒ 정착길이 감소

66 1.8 철근 상세 1.8.1 표준 갈고리 구부림의 최소 내면 반지름 180 °, 90 ° 표준갈고리의 구부림 최소 내면 반지름
1. Design General 표준 갈고리 구부림의 최소 내면 반지름 180 °, 90 ° 표준갈고리의 구부림 최소 내면 반지름 철근 크기 최소 내면 반지름 D10 ~ D25 D29 ~ D35 D38 이상 스터럽과 띠철근용 표준 갈고리의 내면 반지름 D16 이하의 철근을 사용할 때, 표준갈고리의 구부림 내면 반지름은 이상으로 하여야 한다. D19 이상의 철근을 사용할 때, 표준갈고리 구부림 내면 반지름은 위의 표에 따라야 한다.

67 1.8 철근 상세 1.8.2 철근의 배치 1.8.3 피복두께 간격 제한 피복두께 확보 이유 1. Design General
철근의 배치 간격 제한 동일 평면에서 평행한 철근 사이의 수평 순간격은 25mm 이상 또한 철근의 공칭지름 이상 2단 이상으로 배치된 철근은 동일 연직면 내에 배치 되어야 하고, 순간격은 25mm 이상 나선철근과 띠철근 기둥에서 축방향 철근의 순간격은 40mm 이상, 또한 철근 공칭지름의 1.5배 이상 벽체 또는 슬래브에서 휨 주철근의 간격은 벽체나 슬래브 두께의 3배 이하, 또한 450mm 이하 피복두께 피복두께 확보 이유 철근 부식 방지, 내화성 확보

68 흙에 접하여 콘크리트를 친 후 영구히 흙에 묻혀 있는 콘크리트
1.8 철근 상세 1. Design General 피복두께 현장치기 콘크리트 수중에서 치는 콘크리트 100 mm 흙에 접하여 콘크리트를 친 후 영구히 흙에 묻혀 있는 콘크리트 80 mm 흙에 접하거나 옥외의 공기에 직접 노출 D29 이상의 철근 60 mm D25 이하의 철근 50 mm D16 이하의 철근 40 mm 옥외의 공기나 흙에 직접 접하지 않는 콘크리트 슬래브, 벽체, 장선 D35 초과 D35 이하 20 mm 보, 기둥 쉘, 절판부재

69 1.8 철근 상세 1.8.3 피복두께 특수 환경에 노출되는 콘크리트 1. Design General
피복두께 특수 환경에 노출되는 콘크리트 고내구성이 요구되는 구조체의 경우 해안에서 250m 이내에 위치하는 구조체로서 추가의 표면처리 공사를 수행하지 않고 직접 외부에 노출되어 염해를 받는 경우 유수 등에 의한 심한 침식 또는 화학작용을 받는 경우 현장치기 콘크리트 D16 이하의 철근을 사용한 벽체, 슬래브 50mm 이외의 모든 부재 80mm 프리캐스트 콘크리트 벽체, 슬래브 40mm 기타 부재

70 1.8 철근 상세 1.8.4 수축ㆍ온도철근 1방향 철근콘크리트 슬래브 1. Design General
수축ㆍ온도철근 건조수축 및 온도변화로 인한 균열을 최소화하고, 구조물을 설계할 때 가정한 구조거동을 발휘할 수 있으며, 구조물을 일체화하기 위하여 주철근에 직각방향으로 철근을 배치 1방향 철근콘크리트 슬래브 수축ㆍ온도철근으로 배치되는 이형철근의 최소 철근비는 설계기준항복강도가 400MPa 이하인 이형 철근을 사용한 슬래브 0.0020 0.0035의 항복변형률에서 측정한 철근의 설계기준항복강도가 400MPa을 초과한 슬래브 위에서 요구되는 수축ㆍ온도철근비에 전체 콘크리트 단면적을 곱하여 계산한 수축ㆍ온도철근 단면적을 단위 m당 1,800mm2 보다 크게 취할 필요는 없다. 수축ㆍ온도철근의 간격은 슬래브 두께의 5배 이하, 또한 450mm 이하