Microsoft PowerPoint - 1_합성구조-KBC2005와2009의다른점(MIDASIT)_김승원.pptx
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2 목차 내용 1 부 KBC2005 와 2009 의차이점 2 부합성보의설계 3 부합성기둥의설계 /60
3 합성부재의특징과활용 /60
4 일반사항 합성구조의구성 composite slab composite column composite beam floor = beam + slab /60
5 일반사항 대표적인합성부재의종류 합성보 합성기둥 매입형 매입형 충전형 단순보 노출형 연속보 충전강관형 /60
6 일반사항 합성부재의일반적특징 강재와콘크리트이두재료를서로를보완하여향상된완전한부재로만든다. 콘크리트는압축, 강재는인장에효과적인재료 콘크리트감싸기에의해강재의좌굴억제 콘크리트감싸기에의해강재의부식및화재에대한보호 강재로인해구조의연성력증가 /60
7 합성부재의활용 노출형합성보의활용 일반합성바닥구조 노출합성보 + 합성데크슬래브 /60
8 합성부재의활용 변형된합성보의활용 부분매입형합성보 압연비대칭 H 형강을이용한합성보 층고절감형합성바닥구조 Slim Floor 부분매입형합성보 + 깊은골합성데크슬래브 55mm /60
9 합성부재의활용 변형된합성보의활용 충전형합성보 층고절감형합성바닥구조 (Slim Floor) 충전형합성보 + 데크슬래브 U 형용접단면을이용한이용한합성보 /60
10 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 Cheung-Kong Center, Hong Kong 62 층 /60
11 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 Highlight Business Towers, Munich 33 층 Flat Plate Slab CFT Column Brace /60
12 합성부재의 활용 충전형 원형-합성기둥의 활용 Millennium Tower, Vienna 55층 RC Core Flat Plate Slab CFT Column / 60 TECH
13 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 Hochhaus Uptown Munchen, Munich 38 층 Flat Plate Slab CFT Column RC Core /60
14 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 Guanzhou West Tower, Unprotected concrete-filled hollow sections /60
15 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 Guanzhou West Tower, /60
16 합성부재의활용충전형원형-합성기둥의활용 지하 Top-Down공사용기둥에원형 CFT기둥을활용한 ES-TD Column System을채택하여공사비절감, 공기단축, 시공성을향상시킴 /60
17 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 충전강관기둥 600 허용축력 Pa(to ons) H 형강기둥 구조성능비 H형강 : 원형충전강관 = 1 : H 형강기둥 ( 충전강관공사비기준성능 ) 좌굴길이 KL(m) H 형강기둥충전강관기둥 H 형강기둥 ( 충전강관공사비기준대비 ) 허용압축력 좌굴길이상관곡선 /60
18 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 ES-TD Column System ES-TD Column System Top-Down 공사용선기초기둥에관련된기술을포함 1. 기둥부재 : 충전형원형 - 합성기둥 2. 바닥과의접합부 : 하중전달 3. 피어와의이음부 : 하중전달 4. 요소및요소의활용기술 5. 공사방법 : 지중설치및굴토후공사방법등 /60
19 합성부재의활용 충전형원형 - 합성기둥의활용 ES-TD Column System 의특허등록현황 전단연결장치지압-전단띠지압-전단띠가부착된원형충전강관 바닥구조와의연결장치 특허등록번호제 호, 콘크리트충전강관기둥과철근콘크리트무량판의접합구조및이를이용한건축물지하부의탑다운시공방법 원형 CFT합성기둥의특징을이용 하중전달을고려한접합부 지압 - 전단띠 지압- 전단띠 피어철근망연결장치 피어철근망 전단연결장치 피어철근망연결장치 피어철근망 특허등록번호제 호, 콘크리트충전강관기둥과피어철근망의접합구조및그제작방법이외여러가지기술요소포함 피어및기초판과의연결장치 /60
20 합성부재의활용 충전형원형-합성기둥의활용 SK리더스뷰남산지하 Top-Down 공사용기둥 ES-TD Column System 콘크리트에매입된바닥과의접합장치 CFT Column 전단 - 지압띠 /60
21 합성부재의 활용 충전형 원형-합성기둥의 활용 Top-Down공사용 피어와 기둥의 지중공사 강관기둥의 인양 피어철근망 연결 강관 근입 내부철근망 삽입 콘크리트 타설 굴토 후 기둥과 바닥의 연결부 공사 굴토 후 노출된 전단-지압띠 전단-지압띠 위에 바닥 연결장치 설치 20 / 60 기둥철근 및 바닥 철근 배근 TECH
22 KBC2009 에따른 KBC2005와 KBC2009의차이점 KBC2009 합성부재기준의개요 KBC2005 와 KBC2009 의차이점 합성부재의활용 /60
23 KBC2009 합성부재기준의개요 /60
24 KBC2009 합성부재설계기준의변화 KBC2009 합성부재설계기준의근간 : AISC2005 AISC2005 합성부재설계기준의변화 : EC /60
25 KBC2009 새합성부재설계기준의개요 새합성부재설계기준의목적 : 합성구조설계의장점을나타냄 기준의변화 : 내용, 기술및형식 내용의변화 : 합성단면의가용강도 : 소성응력분포법 / 변형도적합법 기술적변화 : 합성기둥의단면강도모델, 인장및전단설계, 강관부재의세장비완화 강구조와콘크리트기준간의모순점최소화예 ) 합성기둥설계에콘크리트기준에서사용하는단면강도법적용 기준간의일관성 : 합성기둥과합성보모두에대해단면강도법을사용 그러나 KBC2009 는 KBC2005 에비해구체적인공식들이포함되어있지않아기준만으로는실무적용에어려움이있다 /60
26 KBC2009 합성부재설계기준의구성 0709 합성부재 제 7 장강구조 제3장설계하중 제 5 장 콘크리트구조 0714 합성구조의내진설계 /60
27 KBC2009 합성부재설계기준의구성 0709 합성부재 일반사항 합성단면의공칭강도 재료강도제한 시어커넥터 압축재 매입형합성기둥 충전형합성기둥 휨재 일반사항 압축과휨의조합 시어커넥터를갖는합성보의강도 매입형및충전형합성부재의휨강도 특별한경우들 /60
28 KBC2009 합성부재설계기준의구성 일반사항 합성단면의공칭강도 소성응력분포법 : 변형률적합법 : 재료강도제한 콘크리트 : fck = 21~70 MPa 강재, 철근 : Fy 440 Mpa 시어커넥터 시어스터드의칫수 : 스터드직경의 4배이상높이 시어커넥터의설계값 : , /60
29 KBC2009 합성부재설계기준 적용범위 /60
30 KBC2009 합성부재설계기준 일반사항 시공단계와사용단계의하중과유효단면을고려 공사단계의응력분포 /60
31 KBC2009 합성부재설계기준 합성단면의공칭강도 /60
32 KBC2009 합성부재설계기준 공칭강도산정방법 -1 각재료의항복응력 CCFT-구속효과 강재철근콘크리트 F y F yr 0.85f ck 인장 / 압축 인장 / 압축 압축 /60
33 KBC2009 합성부재설계기준 공칭강도산정방법 /60
34 KBC2009 합성부재설계기준 재료의강도제한 /60
35 KBC2009 합성부재설계기준 시어커넥터 F u 450 MPa Qn = 0. 5Asc f ck Ec AscFu d 2.5t Q n = 0. 5 A sc f ck E c A sc F u R g R p A sc F u h 4d V ' = h Q n min[(0.85 f = 0. 5 A sc f ck ck E b t ), ( A F )] c e c R g R s p y A sc F u n = V h ' / Q n /60
36 KBC2009 합성부재설계기준 합성보의단면 2 차모멘트 합성보의처짐계산은비탄성거동을고려한단면 2 차모멘트하한값 (I lb ) 으로사용 /60
37 KBC2009 합성구조의내진설계 합성구조의내진설계는 0714 의규정을만족해야한다. 지진반응수정계수 R>3 인지진력저항시스템에적용 지진반응수정계수 R 3 인지진력저항시스템에는 0306( 지진하중 ) 에의해요구되지않는한적용할필요없다. 합성구조의지진력저항시스템 18가지종류 R 3 인시스템 : 2가지 R>3 인시스템 : 16가지 /60
38 KBC2009 합성구조의지진력저항시스템 2. 건물골조시스템 지진력저항시스템 < 표 > 지진력저항시스템 R Ω o C d SDC - D 합성편심가새골조 합성특수중심가새골조 합성보통중심가새골조 합성강판전단벽 합성특수전단벽 합성보통전단벽 m까지 /60
39 KBC2009 합성구조의지진력저항시스템 3. 모멘트 - 저항골조시스템 지진력저항시스템 < 표 > 지진력저항시스템 R Ω o C d SDC - D 합성특수모멘트골조 합성중간모멘트골조 합성보통모멘트골조 합성반강접모멘트골조 /60
40 KBC2009 합성구조의지진력저항시스템 4. 특수모멘트골조를가진이중골조시스템 지진력저항시스템 < 표 > 지진력저항시스템 R Ω o C d SDC - D 합성편심가새골조 합성특수편심가새골조 합성강판전단벽 합성특수전단벽 합성보통전단벽 /60
41 KBC2009 합성구조의지진력저항시스템 5. 중간모멘트골조를가진이중골조시스템 지진력저항시스템 < 표 > 지진력저항시스템 R Ω o C d SDC - D 합성특수중심가새골조 합성보통중심가새골조 합성보통전단벽 m 까지 /60
42 KBC2005와 KBC2009의차이점 /60
43 KBC2005/KBC2009 의차이점 포함내용 KBC2005 KBC2009 기둥 압축강도, 축하중전달에대한내용만포함 압축강도, 인장강도, 전단강도, 하중전달, 상세요구등이포함됨 보노출형합성보 휨강도산정식이포함 처짐검토를위한휨강성에대한내용이포함됨 휨강도산정식이포함되지않음 처짐검토를위한휨강성에대한내용이포함되지않음 압축 / 휨조합 압축과휨의조합에대한강도산정식이포함 압축과휨의조합에대한강도산정식이포함되지않음 /60
44 KBC2005/KBC2009 의차이점 탄성계수 KBC2005 KBC2009 강재 E s = 210, 000 MPa E s 205, 000 MPa s s = 감소 철근 E s = 200, 000 MPa E s = 200, 000 MPa w c = 1,450 ~ 2,500 kg / m f ck 30MPa E = 0.043w c c f ck MPa f ck > 30MPa 1.5 Ec = wc f ck + 7, 700 MPa m c = 1,450 ~ 2,500 kg / m E c = 0.077m m c = 2,300 kg / m c 3 f cu ( 보통골재 ) MPa 콘크리트 w c = 2,300 kg / m 3 ( 보통골재) E c = 8,500 3 f cu MPa f ck 30MPa E c = 4,700 3 f ck MPa f cu = f ck + 8 f ck > 30MPa E c = 3,3000 f ck + 7, 700 MPa 설계압축강도에의해산정 28 일압축강도에의해산정 /60
45 KBC2005/KBC2009 의차이점 재료강도제한 KBC2005 KBC2009 콘크리트 f ck f ck 21.5 Mpa 21 f ck 70 MPa 철근강재 F y F y 415 MPa F y 440 Mpa 단, 실험과해석을통하여정당성이증명될경우 440 MPa 를초과하는고강도강을사용할수있다 /60
46 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥에대한주요변경사항 일반사항 합성부재의가용압축강도는단면을구성하는모든요소의강도의합으로구해진 다. 강재와콘크리트가일체로작용할수있도록몇가지요구사항이건축구조기준 에제시되어있다. 인장부재의경우콘크리트의인장강도는무시하며강재의강도와적절하게정착 이된철근의강도를사용하여가용인장강도를구한다. 전단에저항하는경우강재와콘크리트사이에서발생할수있는변형의차이를 고려하여강재와철근콘크리트중에서하나만을사용하여가용전단강도를구한다. 매입형합성기둥과충전형합성기둥모두에대해합성부재내의하중의전달경로 를고려하여야하며전단전달기구및관련상세가제시되어야한다 /60
47 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥에대한주요변경사항 공통사항 압축강도, 휨강도의산정방법이변경 압축강도의저항계수 (ø) 는 0.85에서 0.75로감소 압축과휨의조합에대한안전성검토방법이변경매입형합성기둥 KBC 2005 KBC 2009 비고 최소강재비 (A s /A g ) 3% 1% 완화 최소종방향철근비 (A sr /A g ) 0.3% 0.4% 증가 최소횡방향철근량 (A h ) 0.01h s 0.23mm 2 /s( 띠철근간격mm) 충전형합성기둥 KBC 2005 KBC 2009 비고 최소강재비 (A s /A g ) 3% 1% 완화 각형강관판두께비 (b/t) 원형강관지름두께비 (D/t) 3 E s / F y E s / Fy 8E s / F y 0.15E s / Fy 완화 완화 /60
48 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥에대한주요변경사항 압축강도 KBC2005 KBC2009 설계압축강도 : øpn, ø=0.85 합성부재의단면성능 (A m,r m, F ym, E m ) 을구하여 0706의강재압축재식 ( ~ ) 의 A g,r,f y,e s 에각각적용하여산정. 설계압축강도 : øpn, ø=0.75 합성부재의단면을구성하는모든요소의강도의합인세장효과를고려하지않은공칭압축강도 Po를구하여식 ( ~ ) 에의해기둥세장비에따른휨좌굴한계상태로부터압축강도를산정 /60
49 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥에대한주요변경사항 압축강도 KBC2005 KBC2009 공칭압축강도 P = o A m F ym 공칭압축강도 합성단면적합성항복강도 매입형합성기둥각형충전합성기둥원형충전합성기둥 합성단면 2 차반경합성탄성계수 매입형합성기둥충전형합성기둥 A m = A s A r Fym = Fy + 0.7Fyr As Ar Fym = Fy + Fyr f A A s ck f ck A r y Fym = Fy + Fyr + ( )0. 6 As D f ck r m = m max[ r,0.3b] E = E E s E = E E m s s c c A c A A A s c s A t c s A A F c s f ck A A c s 매입형합성기둥각형충전합성기둥원형충전합성기둥 유효강성 매입형합성기둥충전형합성기둥 P = A F + A F f o s y sr yr Po = As Fy + Asr Fyr f ck Ac 1.5이하 t Fy Po = As Fy + Asr Fyr + ( )0. 85 f ck A D f ck A EI eff = Es I s + 0.5Es I sr + C1 Ec I c As C1 = ( ) 0.3 A + A EI eff = Es I s + Es I sr + C2 Ec I c As C = ( ) A + A c c ck 2 c s s 0.9 c /60
50 KBC2005/KBC2009의차이점 합성기둥에대한주요변경사항 압축강도 (P o ) 매입형합성기둥 ø=0.85 ø=0.75 재료 KBC2005 KBC2009 비고 강재 0.85(F y )=0.85F y 0.75(F y )=0.75F y 감소 철근 0.85(0.7F yr )=0.595F yr 0.75(F yr )=0.75F yr 증가 콘크리트 0.85(0.6f ck )=0.51f ck 0.75(0.85f ck )=0.63f ck 증가 충전형합성기둥 ø=0.85 ø=0.75 재료 KBC2005 KBC2009 비고 강재 0.85(F y )=0.85F y 0.75(F y )=0.75F y 감소 철근 0.85(F yr )=0.85F yr 0.75(F yr )=0.75F yr 감소 콘크리트 0.85(0.6f ck )=0.51f ck 0.75(0.85f ck )=0.63f ck 증가 /60
51 KBC2005/KBC2009 의차이점 매입형합성기둥 : 압축강도 16,000 AxB = 600 x 600(30MPa) H-250x250x9x14(SM490) 8-D25(SD400) 축력 (kn ) 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 Pn(KBC2005) 0.85Pn(KBC2005) Pn(KBC2009) 0.75Pn(KBC2009) 4,000 2, KL(m) 축력 - 유효길이상관도 /60
52 KBC2005/KBC2009 의차이점 각형충전강관기둥 : 압축강도 16,000 14,000 12,000 Pn(KBC2005) 0.85Pn(KBC2005) Pn(KBC2009) 0.75Pn(KBC2009) Steel 450x450x19 (SM390) Concrete fck = 30MPa 축력 (kn) ) 10,000 8,000 6,000 4,000 2, KL(m) 축강도 - 유효길이상관도 /60
53 KBC2005/KBC2009 의차이점 원형충전강관기둥 : 압축강도 16,000 Steel x 19 (SM490) Concrete fck = 30MPa 축력 (kn N) 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 Pn(KBC2005) 0.85Pn(KBC2005) Pn(KBC2009) 0.75Pn(KBC2009) 4,000 2, KL(m) 축강도 - 유효길이상관도 /60
54 KBC2005/KBC2009의차이점합성보에대한주요변경사항일반사항한계상태설계법에서는소성응력분포가사용되기때문에이전의허용응력설계법에비해합성보의휨강도가커지게된다. 공통사항 휨강도, 전단강도, 휨강성의산정방법이변경 휨강도의저항계수 (ø) 는 0.85에서 0.90으로증가 시어커넥터의수평전단강도평가방법이변경, 대부분의경우감소됨 전단강도의산정방법 : 압연 H형강의웨브전단항복과전단좌굴의한계상태에따라산정 KBC2005 KBC2009 φ Vn = φ( 0.6Fyw Aw ) φ Vn = φ( 0.6Fyw AwCv ) h E 2.45 인경우 φv = 0.9 t w F y 53 h E 2.24 인경우, φv = 1.0, Cv = 1.0 t w F y 웨브의전단좌굴감소계수 /60
55 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성보에대한주요변경사항 휨강도 KBC2005 설계휨강도 :øm n, ø=0.85, 0.90 KBC2009 설계휨강도 :øm n,ø=0.90 h / t 3.76 E / F 인경우콤팩트-웨브판 h / t 3.76 E / F 인경우콤팩트-웨브판 w F y 콤팩웨판콤팩트웨브판 w F y Ø=0.85, M n 은합성단면의항복한계상태에대해소성응력분포로부터산정 ( 소성모멘트 ). 소성중립축의위치에따른 3 가지약산식에의해산정. h / t > 3.76 E / w F y 인경우 Ø=0.90, M n 은합성단면의탄성응력분포로부터산정. 동바리를설치하지않을경우, 콘크리트경화전의탄성응력과경화후의탄성응력을누가하는방법으로하여응력을검토한후에 M n 을산정. M n 은합성단면의항복한계상태에대해소성응력분포로부터산정한다 ( 소성모멘트 ). 식이제공되지않음 h / t > 3.76 E / w F y 인경우 M n 은동바리의영향을고려하여항복한계상태에대해탄성응력을중첩하여구한다 ( 항복강도 ) /60
56 KBC2005/KBC2009 의차이점 KBC2005 의노출형합성보의휨강도 약산식 불완전합성보 슬래브두께의중심 불완전합성일경우휨강도가낮게평가 불완전합성보 완전합성보 압축블록두께의중심 /60
57 KBC2005/KBC2009 의차이점 노출형합성보의공칭휨강도 M D,full comp. KBC2009(Exact) KBC2009(Modified) M B B~C,part. comp. B M A,steel only 선형보간식 KBC2005( 약산식 ) (Linear Interpolation) A C D -M CΔ =13% A-B : C e P yw B-C : Pyw < C e < P y D : C e = P y Web Fillet Flange Slab /60
58 KBC2005/KBC2009 의차이점 노출형합성보의휨강성, I e 2.00E E E E+09 KBC2005 I equiv. 등가단면 2 차모멘트 I e 1.20E E+09 KBC2009 I lb 단면 2 차모멘트하한값 8.00E E E E+08 KBC2005 KBC E 합성정도, ΣQn/Py 시어커넥터의전단강도정도에따른단면 2 차모멘트 /60
59 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥의압축력과휨의조합 KBC AISC 1986 Pu / φp n 0.3인 P / φ < 0.3인 u P n 0.2 경우 경우 P u φp n 8 M + 9 φm ux nx + M φm uy ny 1.0 P u M M ux uy φ P n φm nx φm ny 식 ( 8.2.1) KBC2005 식 ( 8.2.2) KBC 2005 Ø c = 0.85 Ø b = 0.90 øp n 소요축력 P u 의영향에따라산정한공칭휨강도 M n P u 0.2øP n M u øm n P / φ > 0.3인 u P n M = 식 ( 9.4.1) KBC2005 n M no 경우 Pu / φp n 0.3인경우 Pu M = n M + ( no M n3 M no ) 0.3φP n h2 M no = ZFy + 1/ 3( h Cr Ar Fyr ) 2 58 식 ( 9.4.2) KBC2005 w y Aw Fy 1.7 f ck h 1 /60 A F
60 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥의압축력과휨의조합 KBC 콘크리트기둥에서사용되는단면강도법사용 압축력과휨의조합력을받는합성부재단면의공칭강도는소성응력분포법또는변형률적합법을사용하여구한다. 압축강도에미치는길이의영향을고려한부재의공칭압축강도는 에따라구하며, 이때 Po 의값으로 (1) 항에서구한공칭압축강도를사용한다. øp n A Ø c = 0.75 Ø b = 0.90 E A : 세장효과를고려한공칭압축강도 P n,m=0 P u C D B C D :M B 는 P B =0 인조건에서의휨강도 :M C 는 P C =0.85f ck A c 인조건에서의휨강도 =M B :M D 는 P D =0.5(0.85f ck A c ) 인조건에서의휨강도 Mu B ømn /60
61 KBC2005/KBC2009 의차이점 합성기둥의압축력과휨의조합 Pn 압축력 A KBC2009 변형률적합법 : (Strain-Compatibility Approach Method) E KBC2009 : 소성응력분포법 (Plastic Stress Distribution Method) C D KBC2005 : 소성응력분포법 (Plastic Stress Distribution Method) 0 B 0 휨모멘트 Mn P-M 상관도 /60
<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m)
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