철근콘크리트 구조 동서대학교 건축토목공학부 건축공학전공 담당교수: 전대한 건설공학관3304(T )

Presentation on theme: "철근콘크리트 구조 동서대학교 건축토목공학부 건축공학전공 담당교수: 전대한 건설공학관3304(T )"— Presentation transcript:

1 철근콘크리트 구조1 2009-1 동서대학교 건축토목공학부 건축공학전공 담당교수: 전대한 건설공학관3304(T.320-1814)
철근콘크리트 구조 동서대학교 건축토목공학부 건축공학전공 담당교수: 전대한 건설공학관3304(T ) 수업자료 다운로드 //blog.daum.net/allkorea ►철근콘크리트구조

2 교재 및 참고교재 주교재 : 김 상 식 "철근콘크리트 구조설계 4판" 문운당 출판 부교재 : 한국콘크리트학회 편
주교재 : 김 상 식 "철근콘크리트 구조설계 4판" 문운당 출판 부교재 : 한국콘크리트학회 편 "콘크리트 구조설계기준 및 해설“ 대한건축학회 편 "콘크리트 구조설계기준. 건축구조물 설계 예제집" “ACI Code” “ACI Code” 참고도서 이리형 공저 "철근콘크리트 구조", 기문당 출판 Edward G. Nawy "Reinforced Concrete-a fundamental approach“, 3rd Ed., Prentice Hall 한글판(허명재역) 철근콘크리트(기본적 설계방법), 남양문화 James G. Mac Gregor “Reinforced Concrete - Mechanics and Design”, 1997년판 Prentice Hall(한글판:철근콘크리트, 이한선 외 공역, 반도출판사)

3 공학도의 책임과 의무. How much do you rely on COMPUTER. Do you use a computer
공학도의 책임과 의무! How much do you rely on COMPUTER? Do you use a computer? or Does a computer use you?

4 각종 기본 단위계 국제표준단위계: SI 단위계 길이(m), 질량(kg), 시간(sec), 온도(K), 전류(A), 광도(cd)
C,G,S 단위계 길이(cm), 무게(g), 시간(sec), 온도(⁰C) 영국, 미국 단위계 길이(in, feet, mile), 무게(lb), 시간(sec), 온도(⁰F) 우리나라 길이(자, 척,리), 무게(돈, 근), 시간(12지 시)

5 공학단위 힘F=ma (m:질량, a:가속도) 1 Newton=질량 1kg의 물체에 작용하여 1m/sec2의
가속도를 내게 하는 힘     =(1kg)×(1m/sec2)     =1kg․m/sec2 1 kgf= 질량 1kg의 물체에 작용하여 중력가속도를 내게 하는 힘       =1(kg)×(9.8m/sec2)       =9.81kg․m/sec2      =9.8N      =지구상에서 1kg의 질량을 지지할 수 있는 힘  ∴ 1N=(1/9.8) kgf =0.102 kgf

6 공학단위 응력 1 Pa(Pascal) = 1 N/m2 1 kgf/cm2=9.8 N/cm2
=9.8 N/(0.01m)2 =9.8x104 N/m2 =98x103 N/m2 =98x103 Pa      ≓100 kPa =0.1 Mpa(Mega Pascal) (예 : fck=240kgf/cm2 =24 MPa)    1 N/cm2 = 1 N/(0.01cm)2 = 10,000 N/cm2 = 10 kPa(kilo Pascal)

7 SI 단위계 접두어 단위에 곱하는 배수 접두어의 명칭 기호 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10 요타(yotta) 제타(zetta) 엑사(exa) 페타(peta) 테라(tera) 기가(giga) 메가(mega) 킬로(kilo) 헥토(hecto) 데카(deca) Y Z E P T G M k h da 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 데시(deci) 센티(centi) 밀리(milli) 마이크로(micro) 나노(nano) 피코(pico) 펨토(femto) 아토(atto) 젬토(zepto) 욧토(yocto) d c m μ n p f a z y

8 제1장 철근콘크리트 구조 1.1 철근콘크리트 구조물의 일반사항 (a)기본개념
강재(Steel) : 인장강도와 압축강도가 거의 같고 크다. 콘크리트(Concrete) : 압축에는 강하지만 인장에는 약하다. 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) : 콘크리트에 강재를 묻어 넣어서 두 재료가 일체가 되어 외력에 저항 하도록 한 것. =강재(steel)+콘크리트(concrete)로 구성된 복합재료(composite material) 철근 : 인장력을 부담 콘크리트 : 압축력을 부담, 콘크리트 피복은 철근의 부식을 방지 (철근＋콘크리트) : 열팽창 계수가 비슷하여 열변화에 의한 분리현상이 없고, 부착성능이 높다. cf)열팽창계수(1℃에 대해) : 콘크리트는 ∼ , 철근은 이다. 본 내용은 제1장에서 다루고자 하는 주제를 설명한다. 과목의 목적, 수업방법, 평가방법, 교육목적을 설명

9 철근콘크리트의 기본개념 철근콘크리트(RC)란 보강재로 콘크리트를 보강하여 외력에 대하여 양자 가 일체로 작용하는 것.
보강재란 콘크리트 속에 묻혀서 콘크리트를 보강하기 위하여 사용되는 재료 철근은 인장력을 받는데 적합한 재료이고, 콘크리트는 인장에는 매우 약 하지만 압축력을 받는데 경제적인 재료이다. cf.) 기타 복합구조의 종류 철골철근 콘크리트(SRC) CFT 구조(Concrete Filled Tube Structures) Prestressed 콘크리트 Post-tension 콘크리트 Preflex 보

10 콘크리트와 철근의 역학적 특성 (a)콘크리트 (1)복합재료로서 비균질성(nonhomogeneous) (2)비선형, 비탄성
(3)하중에 따른 변형의 증가 (4)건조 등에 의한 수축 (5)압축강도가 크다 (6)인장강도가 작다 (7)변형율이 몹시 작아 인장응력에 의한 균열 발생 (b)철근 (1)탄성한도 이하의 응력에서 거의 완전탄성체 (2)파단시까지 변형율이 높다

11 (2) 내화, 내구성, 강접합 부정정 차수가 높아 안전성이 높다. (3) 경제적, 유지비가 저렴하다.
· 철근콘크리트 구조의 장점 (1) 조형성이 우수함. (2) 내화, 내구성, 강접합 부정정 차수가 높아 안전성이 높다. (3) 경제적, 유지비가 저렴하다. (4) 차음성능과 내진성능 우수. (5) 압축강도가 높다. · 철근콘크리트 구조의 단점 (1) 자중이 무겁다. (2) 단열효과가 적다. (3) 개조 또는 철거가 어렵고, 비경제적이다. (4) 균열에 의한 배기가스(탄산가스, 아황산가스)의 침투가 쉽고, 염분을 포함한 습기, 물에 약하다. (5) 인장강도가 낮다. (6) 거푸집과 지주의 사용으로 비용이 증대. - 거푸집 공사비(철근콘크리트 공사비의 30%) (7) 건조수축(Shrinkage)과 Creep현상이 두드러진다. (8) 구조체의 품질관리가 어렵다.

12 1.2 역사적 배경과 발전 [국외] 원 조 : 기원전 3세기경, 화산재를 이용하여 (석회＋모래)로 건축물 축조
원 조 : 기원전 3세기경, 화산재를 이용하여 (석회＋모래)로 건축물 축조 1824년:J.Aspdin(영국) - Portland 지방의 석회석을 기본으로 시멘트 제작 Portland Cement의 효시 1850년대: J. Monier(모니에:프랑스 정원사) - 철근콘크리트의 효시, 화분을 철망으로 보강한 콘크리트 제품으로 제작 J.L Lambot(랑보: 프랑스) - 보트를 제작 1855년 전시회 개최 1886년:M. Koenen(쾨넨:독일)-철근콘크리트 강도 계산 이론을 처음 개발 : 철근콘크리트 공학적 접근의 시작 : 설계이론이 체계화 되어 설계규준으로 탄생 [국내] 1910년 10월 준공: 부산세관 본부건물(2층)-남아있지 않음 1912년 1월 : 한국은행 본점(지하1층, 지상 3층) - 사적 280호로 보존

13 1.3 철근콘크리트 구조 설계규준 설계 규준 : 법령은 아니고, 건축법을 보완하는 차원에서 설계방안을 제시한 것 [외국]
1904년 : 독일의 Stuttgart 대학의 E. Morch(뫼르쉬)가 초안 작성 ∼1960년대:허용응력도 설계법(Allowable Stress Design, Working Stress Design) 1970년대 ∼ : 허용응력도 설계법 ＋ 극한 강도 설계법이 병용 1980년대 ∼ : 극한강도 설계법(ultimate strength design) 한계 상태 설계법(Limit state design) 1990년대 ∼ : 파괴 확률을 근간으로 하는 신뢰성 설계법(Reliability design) LRFD(Load Resistance Factor Design)-철골구조 ACI CODE CEB-FIP Model Code BS101 Code 2000년대 ∼ : 성능형 설계법(Performance-Based Design) [국내] 년도 : 허용응력도 설계법 : 극한강도 설계법으로 전환

14 성능형 설계법(Performance-Based Design)의 기본 개념
1. 성능공학이란 설계기준, 적절한 구조시스템, 배치계획, 부재의 크기 결정 및 구조, 비구조 요소와 내부 내용물에 대한 상세의 결정, 시공상의 품질보증과 품질관리 및 장기적인 유지관리로 이루어지며, 이미 규정한 신뢰도 범위 내에서 외력에 의한 구조물 손상 수준이 규정된 한계상태 또는 기타 효용성 한계를 초과하지 않도록 한다. 2. 성능목표(Performance Objective) 건축주의 요구, 지진재해에 의해 예상되는 손실, 경제성 및 허용 가능한 위험도 등을 고려하여 설계 전문가에 의해 결정되며, 예상 성능 수준((Performance Level) 및 지진재해 수준(Earthquake hazard level)의 조합으로 정의된다. 그러나 이러한 성능목표는 결코 명확하고 확정적으로 달성되는 것이 아니고, 단지 규정된 위험도와 신뢰도 범위 내에서 이러한 성능목표가 달성될 것으로 예상할 수 있는 확률론적인 성격을 가진 것이다.

15 2.1 성능수준 완전기능: (10)손상없음, 서비스 기능 계속.
(9)지진발생 후 서비스 기능 계속, 작동 및 기능 계속, 무시할 만 한 구조 및 비구조 손상. 기능 :(8)대부분의 기능 즉시 재개, 몇가지 비주요 서비스의 회복을 위한 보수 필요, 경미한 손상. (7)지진발생 후 즉시 거주 안전, 주요기능 보호, 비주요 기능 훼손 인명안전:(6) 중간정도의 손상, 시스템, 형태 또는 내부 내용물은 손상을 받 지 않을 수 있음. (5)일반적으로 인명안전 보장, 구조물은 손상을 받으나 안정상태 (stable) 유지, 추락 파편에 대한 안전 보장. 붕괴방지 :(4) 구조 붕괴방지, 비구조 요소의 추락발생 가능. (3) 구조손상은 심각하나 붕괴방지, 비구조 요소의 추락 붕괴 :(2)주요구조 시스템 일부 붕괴, (1)완전한 구조붕괴

16 2.2 설계지진 수준(Earthquake Level)
설계지진수준 재현주기 초과확률 자주(Frequent) 가끔(Occasional) 드문(Rare) 아주 드문(Very Rare) 43년 72년 475년 970년 50%/30년 50%/50년 10%/50년 10%/100년

17 성능수준(Performance Level)
2.3 성능목표 성능수준(Performance Level) 설계지진수준 완전기능 기능 인명안전 붕괴방지 자주 ⊙ ○ 가끔 ▲ 드문 ■ 아주드문 ○ : 신축 건물에 대하여 허용하지 않는 성능수준 ⊙ : 기본 안전 성능수준(Basic Objective) ▲ : 병원 또는 정유공장과 같은 주요 위험 시설물의 성능수준 (Essential/Hazardus Objective) ■ : 핵발전소와 같이 안전이 필수적으로 요구되는 시설물에 대한 성능수준(Safety Critical Objective)

18 철근콘크리트 건물 구조의 구성

19 철근콘크리트 전단벽

20 철근콘크리트 -벽식구조

21 계단

22 철골철근 콘크리트 (SRC)