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건일 소
6 years ago
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1 제 1 장기본적인응력 1. 인장 2. 압축 3. 전단 4. 휨

2 1. 인장 그림 1-1 인장응력상태 (σt) 2

3 1. 인장 그림 1-2 인장변형율 (ε) 3

4 1. 인장 그림 1-3 탄성계수 (E) 4

5 1. 인장 그림 1-4 Poisson Ratio(ν) 5

6 2. 압축 그림 2-1 압축응력상태 (σc) 6

7 2. 압축 그림 2-2 압축부재의좌굴하중 (Ncr) 7

8 2. 압축 그림 2-3 좌굴길이변화 (lk) 8

9 2. 압축 그림 2-4 기둥부등축소에의한영향 9

10 3. 전단 그림 3-1 리벳에서의전단작용 그림 3-2 전단펀칭상태 10

11 3. 전단 그림 3-3 전단응력 (ν) 11

12 3. 전단 그림 3-4 보에서의전단변형율 (γ) 12

13 3. 전단 그림 3-5 수직전단력 13

14 3. 전단 그림 3-6 회전에평형을유지하기위한필요전단응력 14

15 3. 전단 그림 3-7 각응력의등가관계 15

16 3. 전단 그림 3-8 인장력 Nt 를받는부재내부의응력 16

17 4. 휨 그림 4-1 하중을받는단순보의거동 17

18 4. 휨 그림 4-2 보중앙의휨모멘트발생 18

19 4. 휨 그림 4-3 단면내응력상태 19

20 4. 휨 그림 4-4 인장균열을방지하기위한철근배근 20

5. 기타용어정리 강도 (Strength) : 단위면적당지지할수있는내력 - 콘크리트강도 : 21MPa, 24MPa, 27MPa, 30MPa 등 - 철근강도 : 300MPa(Mild Bar), 400MPa(High Bar), 500MPa(Super Bar) 등 - 철골강도 : 235MPa(SM400), 325MPa(SM490), 355MPa(SM520) 등

21 5. 기타용어정리 강도 (Strength) : 단위면적당지지할수있는내력 - 콘크리트강도 : 21MPa, 24MPa, 27MPa, 30MPa 등 - 철근강도 : 300MPa(Mild Bar), 400MPa(High Bar), 500MPa(Super Bar) 등 - 철골강도 : 235MPa(SM400), 325MPa(SM490), 355MPa(SM520) 등 강성 (Stiffeness) : 부재의단위변형을발생시킬수있는힘 - 축강성 : E A 에비례함 (E : 탄성계수, A : 부재단면적 ) - 휨강성 : E I 에비례함 (E : 탄성계수, I : 단면 2차모멘트 ) - 탄성계수 : 콘크리트 = 8,500x(fck+8) 1/3, 철근 = 200,000MPa, 철골 = 205,000MPa 우력 (Couple of Force) : 모든지점에서동일한모멘트를일으키는힘 이음길이 (Lap Splice Length) 정착길이 (Development Length) 21

22 제 2 장구조역학 1. 인장 2. 압축 3. 전단 4. 휨

23 H H h 1. 재료의역학적성질 1.1 단면성능 B D B b/2 b/2 단면 2차모멘트 (I) BH 3 12 단면 2차모멘트 (I) πd 4 πr 4 = 64 4 단면 2차모멘트 (I) BH 3 -bh 3 12 단면계수 (Z) BH 2 6 단면계수 (Z) πd 3 πr 3 = 32 4 단면계수 (Z) BH 3 -bh 3 6H 23

24 2. 보의구조역학공식 2.1 일단고정보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L P A B A B A B R B =P V B =-P M B =-P L L W A B A B A B R B =W L V B =-W L M B =-W L 2 /2 24

25 2. 보의구조역학공식 2.2 단순보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L A C P B C C A B A B R A =P/2 R B =P/2 V A B =±P/2 M C =P L/4 L L/3 L/3 L/3 A P C D P B C D C D A B A B R A =P R B =P V A B =±P M C =M D =P L/3 25

26 2. 보의구조역학공식 2.2 단순보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L W C C A B A B A B C R A =W L/2 R B =W L/2 V A B =±W L/2 M C =W L 2 /8 L A W C B C C A B A B R A =W L/4 R B =W L/4 V A B =±W L/4 M C =W L 2 /16 26

27 2. 보의구조역학공식 2.3 양단고정보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L A C P B C C A B A B R A =P/2 R B =P/2 V A B =±P/2 M C = P L/8 M A = M B = -P L/8 L L/3 L/3 L/3 A P C D P B C D C D A B A B R A =P R B =P V A B =±P M C =M D = M A =M B = P L/9-2P L/9 27

28 2. 보의구조역학공식 2.3 양단고정보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L W C C A B A B A B C R A =W L/2 R B =W L/2 V A B =±W L/2 M C = M A = M B = W L 2 /24 -W L 2 /12 L A W C B C C A B A B R A =W L/4 R B =W L/4 V A B =±W L/4 M C = 7W L 2 /384 M A = M A = -17W L 2 /384 28

29 2. 보의구조역학공식 2.4 일단핀, 일단고정보의계산공식 하중재하형상 전단응력도 휨응력도 L P C C A B A B A B C R A =5P/16 R B =11P/16 V A = 5P/16 V B =11P/16 M B =3P L/16 M C =5P L/32 L A C W B C C A B A B R A =3W L/8 R B =5W L/8 V A =3W L/8 V B =5W L/8 M B = M C = W L 2 /8 9W L 2 /128 29

30 제 3 장구조계획 1. 구조일반사항 2. 구조계획 _ 철근콘크리트조 3. 구조계획 _ 철골조

31 1. 구조일반사항 1.1 구조설계순서 요구사항이해 건축주및설계자의요구사항이해 ( 용도, 규모 ) 평면및입면의이해 ( 구조모듈 ) 구조시스템선정 요구사항에적정한구조시스템을선정 ( 라멘구조, 벽식구조등 ) 구조부재의선정 (RC 조, Steel 조, SRC 조등 ) 구조물해석 구조물에가해질것으로예상되는하중산정 ( 고정, 적재, 풍, 지진, 눈등 ) 하중에의한부재내력결정 ( 모멘트, 전단력, 축력, 비틀림력 ) 부재설계 소요강도이상의설계강도를갖도록부재설계 부재재질, 단면크기, 소요철근량결정 31

32 1. 구조일반사항 1.2 구조물의주요구성 바닥 (Slab) 1방향슬래브 ( 장변對단변의비가 2초과 ) 및 2방향슬래브 ( 장변對단변의비가 2이하 ) 플랫슬래브 ( 보가없이기둥에직접하중을전달 ) 플랫플레이트슬래브 ( 드롭판넬과주두가없음 ) DECK바닥판 보 (Girder, Beam) 큰보 (Girder) : 기둥과기둥사이에존재하여바닥판이나작은보의하중을기둥에전달 작은보 (Beam) : 큰보또는작은보사이에존재하여바닥판의하중을기둥에전달 벽보 (Wall Girder) : 전체구조물의일체성을높이고철근의정착을위해사용되는벽체위의보 32

33 1. 구조일반사항 기둥 (Column) 지붕으로부터상부층의하중을받아하부로전달하는수직재 압축과휨을받으며큰보와일체로되어횡하중에저항한다. 내부기둥은정방형외각부기둥은장방형이이상적 벽체 (Wall) 전단벽 (Shear Wall) : 주로지진또는바람에의한수평력에저항하는벽체 내력벽 (Bearing Wall) : 주로상부의수직력에저항하는벽체 옹벽 (Retaining Wall): 지하의토압에저항하는벽체 칸막이벽 (Partition Wall) : 하중을받지않는비구조벽 기초 (Foundation, Footing) 건축물의하중을지반에전달하여지반반력에의해안전하게지지하도록설치된지정을포함한하부구조체 독립기초, 줄기초, 복합기초, 온통기초 (Mat 기초 ), 파일기초 33

34 1. 구조일반사항 1.3 구조물의구성요소및하중의전달경로 바닥판보기둥기초 34

35 2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.1 바닥판 (Slab) 계획 방향슬래브 부재 최소두께 단순지지 1 단연속양단연속캔틸레버 1 방향바닥판 L/20 L/24 L/28 L/10 통상 Slab 두께는 150mm 로하며, 이경우슬래브단변의최대스팬은 4.2m 를넘을수없다. 일반적으로는단변을 3~4m 로계획 방향슬래브 1) Slab 두께는 120mm 이상으로하나, 일반적으로 150mm 정도로한다. 2) 바닥면적은일반적으로 30m 2 이하로한다. 3) 가능한단변이 5m 를초과하지않도록한다. 4) 아파트등의주거용 Slab 두께는일반적으로 180mm 이상으로한다. 벽식아파트 : 210mm 이상, 기둥식아파트 : 180mm 이상, 라멘조아파트 : 150mm 이상 35

36 2. 구조계획 _ 콘크리트조 무량판슬래브 부재지판이없는경우 (Flat Plate) 지판이있는경우 (Flat) 최소두께 철근의인장강도 SD400 기준 L/33 ( 최소두께 120mm 이상 ) L/36 ( 최소두께 100mm 이상 ) 36

2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.1.4 건물용도에따른 Slab 두께의가정 단위 :mm L 근린생활시설사무시설지하주차장지상주차장아파트 3.0m 이하 150 150 150 200 210(180) 3.0m 초과 ~4.0m 이하 4.0m 초과 ~5.

37 2. 구조계획 _ 콘크리트조 건물용도에따른 Slab 두께의가정 단위 :mm L 근린생활시설사무시설지하주차장지상주차장아파트 3.0m 이하 (180) 3.0m 초과 ~4.0m 이하 4.0m 초과 ~5.0m 이하 5.0m 초과 ~5.5m 이하 (180) (180) (180) 단, 아파트의경우 공동주택바닥충격음차단구조인정및관리기준 에따라벽식아파트의최소두께로 210mm 을기준으로하였으며, ( ) 안은별도의충격음차단재를시공하였을때의두께이다. 37

38 2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.2 보 (Girder & Beam) 계획 보의단면산정 1) 보의크기표시 : 가로 ( 보폭 ) X 세로 ( 보춤 ) ex) 400 X 600( 보의춤은슬래브두께포함 ) 2) 보춤 : 스팬의 L/10~L/16 사이에서결정, 일반적으로 Beam 은 L/14 로가정, 집중하중을받는 Girder 는 L/12 로가정 3) 보폭 : 보춤의 1/2~2/3 정도로가정 ( 보춤의 2/3 를가장많이사용 ) 4) 처짐및유해진동에안전하기위해서는다음의최소춤이상이되어야한다. 부재 위의최소춤은처짐을검토하지않아도되는최치수로별도의처짐검토를통해안정성을확인할경우에는지키지않아도된다 보배치시주의사항 1) RC 보는가능한연속보가되게해야보의응력과처짐을줄일수있다. 2) 집중하중을받는보는짧은쪽변에위치시킨다. 최소두께 단순지지 1 단연속양단연속캔틸레버 보 L/16 L/18.5 L/21 L/8 3) RC 보의최대 Span 은일반적으로 10m 를초과하지않는것이경제적이다. 38

2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.2.3 건물용도에따른보춤의가정 단위 : mm L 근린생활시설 사무시설 학교 주차장 ( 지하 ) 주차장 ( 지붕 ) 6m

39 2. 구조계획 _ 콘크리트조 건물용도에따른보춤의가정 단위 : mm L 근린생활시설 사무시설 학교 주차장 ( 지하 ) 주차장 ( 지붕 ) 6m x 8m m x 8m m x 10m ,000 39

40 2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.3 기둥 (Column) 계획 기둥의단면산정 1) 기둥의배치는 Girder 의최대길이에의해좌우되며보스팬의길이, 바닥판의단변과장변길이를결정하게된다. 보통 5~9m 이고, 기능및구조상으로합리적인스팬은 7.5m 전후이다. 2) 기둥의단면적은 60000mm 2 이상되어야하며단변의크기는 200mm 이상되어야한다. 3) 기둥의단변은기둥순높이의 H/15 이상되어야한다. 4) 기둥의단면치수가정해지지않는경우기둥의단면치수는지상층에서 400mmx400mm 정도로하고아래층으로내려오면서 2 개층단위로 50mm 정도증가시킨다. 고층건물에서는일반적으로 5 개층단위로기둥의단면을변화시키는경향을갖는다 기둥배치시주의사항 1) 주심도작성시외부기둥인경우기둥단면의외부쪽을일정하게하고내부쪽을변화시키는것이일반적이다. 2) 장방형단면의기둥에서모멘트가클것으로예상되는방향에장변을배치시킨다. 3) 기둥은기초까지연속되어내려가야하나불가피한경우전이보위에지지시킬수있다. 4) 기둥은장주와단주로구분한다. 장주설계시에는좌굴하중을반드시고려해서설계해야한다. 40

41 2. 구조계획 _ 콘크리트조 건물용도에따른기둥크기의가정 1) 기둥경간 : 6m x 8m l l ) ( x y 단위 : mm 2) 기둥경간 : 8m x 8m l l ) ( x y 단위 : mm 41

42 2. 구조계획 _ 콘크리트조 3) 기둥경간 : 8m x 10m l l ) ( x y 단위 : mm 42

43 2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.4 벽체 (Wall) 계획 벽체의두께산정 1) 벽체의두께는내력벽의수직또는수평지점거리간의거리중작은값의 1/25 이상또는 100mm 이상으로한다. 2) 20 층이하의라멘구조 Core Wall 두께는일반적으로 180mm 이상으로한다. 3) 지하실외벽이나기초벽체두께는 200mm 이상으로한다 벽체배치시주의사항 1) 전단벽은균등하게배치하여편심에의한비틀림을적게해야한다. 2) 벽체량은위 아래층이같도록하는것이가장바람직하나, 부득이하게하부층의벽체량이줄어드는경우에는상부층벽체량의 80% 이상은유지해야한다. 3) 벽체개구부의모서리는균열이발생하기쉬우므로보강철근을배근해야한다. ( 통상 600mm 의길이로 D10-2 본 ) 43

44 2. 구조계획 _ 콘크리트조 아파트의벽두께 단위 : mm 구분 15 층이하 20 층이하 25 층이하 30 층이하비고 외측벽 코아벽 세대간벽 주택성능등급경계소음기준 강화적용시 : 별도협의 내부벽 비내력벽 날개벽 발코니확장고려시테두리보설치를위해 200mm 적용 44

45 2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.5 기초 (Foundation) 계획 기초의크기 1) 기초판의방석크기는기둥을통해내려오는상부의적재하중, 고정하중, 기초자중, 상재하중 ( 예 : 흙등 ) 을더한전체하중을지내력으로나눈값이상이되게한다. 2) 기초의두께는펀칭과 1 방향전단에안전하도록설계해야한다. 3) 독립기초의최소두께는하단철근으로부터 150mm (Pile 기초 300mm) 이상으로하고피복두께는 80mm(Pile 기초 150mm) 이상으로한다. 4) Pile 간간격은 Pile 지름의 2.5 배로하고, 연단은 Pile 지름의 1.25 배로한다. 지내력 : 단위면적당지반이지지할수있는힘의크기 동결심도 : 지반의동결에의한부피팽창으로기초가들어올려지는것을방지하기위해기초가뭍히는깊이 기초배치시주의사항 1) 부동침하가생기지않도록한다. 2) 기초에편심모멘트가발생하지않도록한다. 3) 독립기초와연속기초는하부에만철근을배근하나복합기초와온통기초는상하부에철근을배근해야한다. 45

2. 구조계획 _ 콘크리트조 2.5.3 기초의종류 1) 독립기초 : 개개의기둥을독립적으로지지하는정사각형또는직사각형의 2 방향슬래브로확대기초라고도한다. 2) 연속기초 : 내력벽또는조적벽을지지하는기초로벽체양옆에캔틸레버작용으로하중을분산시킨다.

46 2. 구조계획 _ 콘크리트조 기초의종류 1) 독립기초 : 개개의기둥을독립적으로지지하는정사각형또는직사각형의 2 방향슬래브로확대기초라고도한다. 2) 연속기초 : 내력벽또는조적벽을지지하는기초로벽체양옆에캔틸레버작용으로하중을분산시킨다. 3) 복합기초 : 2 개이상의기둥을지지하는긴직사각형의기초로기둥들이가까이있거나또는외부기둥이대지경계선가까이있을때사용된다. 4) 온통기초 : 지층에설치되는모든구조를지지하는두꺼운슬래브구조로지반에지내력이약하여독립기초나말뚝기초로적당하지않을때사용된다. (mat 기초라고주로말함 ) 5) 말뚝기초 : 독립기초와같은형태이나말뚝에의하여지지되는기초이다. 46

47 3. 구조계획 _ 철골조 바닥판계획 1) 일반적으로철골구조의바닥판은 Deck Plate 를주로이용한다. 2) Deck Plate 는하중이골방향 ( 장선방향 ) 으로전달되므로 1 방향슬래브가된다. 3) Deck Plate 의지지길이는 3~4m 간격으로설치하나 3.5m 가가장경제적이다. 4) Deck Plate 를지붕재로쓸경우는콘크리트를타설하지않는경우도있으나적재하중을지지하는바닥판으로사용할경우는콘크리트를타설해야한다. 5) 골데크위의콘크리트는 50mm 이상 100mm 이하가되도록타설한다. 6) Deck Plate 는 Shear Connector(ex: Stud Bolt) 에의해보와함께일체로거동할수있다. 7) Deck Plate 를구조재로사용하는경우에는내화구조로서의요구조건을만족해야한다. 47

48 3. 구조계획 _ 철골조 3.2 보계획 철골보의종류 1) 압연H형강 (Rolled Beam) : 공장에서기성품으로제작된 H형강 2) 조립H형강 (Built-Up Beam) : 기성품이없는크기의보는용접에의해 H형강을제작 3) 트러스보 : 보춤이커지므로장스팬구조에적합하고, 부재력은축력만을받는다. 4) 허니컴보 : 압연H형강을가공하여춤이큰보를만들수있다. 48

49 3. 구조계획 _ 철골조 철골보의구성및보의표시 철골보크기표시방법 - 한국식 ( 밀리단위 )= 보춤 x 보폭 x 웨브두께 x 플랜지두께 Ex) H-600x200x11x17 - 미국식 ( 인치단위 )= 보춤 x 보폭 x 단위중량 ( 파운드 [lb]/feet) Ex) W24x9x68 H-602.7x227.7x10.5x 영국식 ( 밀리단위 )= 보춤 x 보폭 x 단위중량 ( 킬로그램 [kg]/meter) Ex) 610x229x101 H-602.6x227.6x10.5x

50 3. 구조계획 _ 철골조 형강의종류및표시방법 50

51 3. 구조계획 _ 철골조 철골보의적정단면가정 1) 압연 H 형강사용시일반적으로철골구조에서스팬은 18m 이하로제한하는것이좋다. ( 캔틸레버보는 4m 이하 ) 2) 보의춤 : 일반적으로경간길이의 L/15~L/25 사이에서결정하나 L/18~L/20 을사용 3) Truss : L/12, Plate Girder : L/15 4) 보의폭 : 보춤길이의 1/3~1/2 을사용하나일반적으로 1/2 을많이사용 5) 큰보 (Girder) 는횡좌굴에의해횡좌굴이발생할수있으므로좌굴방지용보를보내기도한다. 6) 작은보 (Beam) 는슬래브와합성효과를가지므로좌굴이방지되고부재사이즈도줄일수있다. 작은보의간격은 Deck Plate 슬래브의최대길이이내로배치해야한다. 7) 조립 H 형강 (Built-Up Beam) 을사용할경우는국부좌굴방지를위한판폭 - 두께비를검토해야한다. 8) 철골부재의접합은용접과고력볼트에의해이루어진다. 9) 일반적으로큰보와기둥은강접 (Moment Connection, Fix) 으로접합하고큰보와작은보는활절 (Shear Connection, Pin) 로접합한다. 즉, 철골조에서 Beam 은단순보로취급한다. 51

52 3. 구조계획 _ 철골조 철골보의배치 장변방향배치 ( 추천 ) 단변방향배치 ( 비추천 ) 52

53 3. 구조계획 _ 철골조 3.3 기둥계획 철골기둥의특성 기둥은압축력과휨모멘트의두가지응력을받는다. 그러나기본적으로철골부재는인장에는강한내력을나타내지만압축에대해서는횡좌굴의영향으로불리한경향이있다. 따라서철골기둥설계시횡좌굴을반드시고려하여야하며, 횡좌굴로인한내력부족으로항복할경우에는좌굴제어를위한가새 (Brace) 를설치하는것이바람직하다. 좌굴방지 1) 가새설치 2) 좌굴에취약한약축방향고려 3) 부재길이를줄이는방법 기둥의강축약축 53

54 3. 구조계획 _ 철골조 철골기둥의배치계획 H 형강의기둥배치에서가장중요한것은약축과강축에대한고려이다. 강축 / 약축방향결정 1) 수직하중저항작은보에의해휨모멘트가커진큰보방향으로 H 형강기둥의강축방향을배치한다. 2) 수평하중저항횡하중등의수평하중에대해취약한방향으로기둥의강축이위치하도록배치한다. 약축방향에는가새나내력벽을보강하여저항토록한다. 휨응력이큰방향으로강축을배치 54

55 3. 구조계획 _ 철골조 3.4 가새 (Brace) 가새 (Brace) 의역할 수평하중에저항하는가새는물량을크게증가시키지않고구조물의횡강성을높일수있다. 철골구조에서는가새설치는횡력저항능력은향상되나사용성을고려하여배치하여야한다. 철골구조에서가새는철근콘크리트조의전단벽역할을한다. 콘크리트전단벽의횡력저항 철골조가새의횡력저항 55

56 3. 구조계획 _ 철골조 수직가새의역할 주로외부기둥이나벽체에설치되는수직가새는철골구조의수직면에강성을주어수평하중에저항하기위한효율적인구조재이다. 작용 : 철근콘크리트구조의전단벽역할 ( 건물전체가뒤틀림을받지않도록가새를배치 ) 배치 : 가급적대칭으로가새를배치 비대칭배치 (X) 대칭배치 (O) 56

57 3. 구조계획 _ 철골조 수직가새의종류 C B F concentric braced frame : 보 - 기둥접합부에연결 E B F Eccentric braced frame : 보에편심작용 X-brace Single diagonal brace D-brace Split K-brace V-brace Other K-brace V-brace Knee brace 57

58 3. 구조계획 _ 철골조 수평가새의역할 철골조의바닥판을철근콘크리트구조로하면수평하중에대한강성을높일수있고철골보의횡좌굴을방지한다. 그러나공장등과같이경량의지붕재를사용하는경우수평하중에대한저항을위해수평가새를설치한다. 적용위치 1) 콘크리트바닥판이없는일반층이나지붕층 2) 콘크리트바닥판이있어도강재보와합성이안된층 설치목적 1) 강재보의압축플랜지나트러스상현재에좌굴의발생방지 2) 각층에작용하는수평하중을전달 층전체가새배치 층외곽가새배치 58

59 3. 구조계획 _ 철골조 3.5 접합부 강접합 - Moment Connection, Fix Connection RC ( 기둥 + 보일체 ) 철골구조 ( 플랜지 + 웨브접합 ) 59

60 3. 구조계획 _ 철골조 핀접합 - Shear Connection, Pin Connection RC ( 보걸침 ) 철골구조 ( 웨브만접합 ) 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)

<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) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) (kn) 휨 전단 축력 종합 1 2W1 300 3400 4500 수직 2EA- D13 @150