개념 한 쪽
전산응용토목제도기능사 판형재(형강, 강관 등)의 종류와 치수 — 구조재·치수·설계기준
본 개념은 콘크리트 부재와 철근의 배치, 하중 및 설계 가정과 관련된 기초 개념들을 다룬다. 재료별 수분 상태와 흡수량, 등가 압축 블록을 이용한 전압축력 계산, 철근 배치 시 최소 간격, 슬래브의 수축·온도 보강 철근 방향, 공칭 강도와 설계강도 차이, 전단응력 분포, 교량 분류, 주하중의 정의, 그리고 콘크리트의 극한 압축 변형률 등 시험에서 자주 확인하는 핵심 항목을 정리한다.
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뜻
골재는 상태에 따라 내부에 보유한 수분의 양이 달라진다. 공기 중 건조 상태는 골재 내부에는 수분이 있으나 표면은 마른 상태를 의미하고, 표면 건조 포화(SSD) 상태는 내부 공극이 물로 가득 차 있으나 표면에는 자유수가 없는 상태를 의미한다. 공기 중 건조 상태에서 SSD 상태에 이르기까지 흡수하는 물의 양을 유효 흡수량이라고 한다.
강도 설계법에서 콘크리트의 전압축력은 등가 압축 블록 가정을 이용하여 계산한다. 등가 압축 블록에 의한 압축력 C는 C = 0.85 × fck × b × a 공식을 따라 산정한다. 여기서 0.85 계수는 콘크리트 강도 감소 및 균일성 보정을 위한 계수라는 점을 이해해야 한다.
철근 배치 시에는 콘크리트 타설성을 확보하기 위한 최소 간격 규정이 있다. 정철근을 2단으로 배치할 경우 연직 순간격은 골재가 통과할 수 있도록 최소 2.5cm 이상이어야 한다. 이 최소 간격은 철근 굵기와 관계없이 타설성 확보를 위한 기본 기준으로 이해한다.
바닥 슬래브나 지붕 슬래브에서 휨 철근이 한 방향으로만 배치되는 경우에는 건조수축 및 온도에 의한 균열을 방지하기 위해 그 휨 철근과 직각 방향으로 건조수축 및 온도 철근을 배치해야 한다. 즉 수축·온도 철근은 휨 철근과 직각 관계로 배치하여 균열을 제어해야 한다.
공칭 강도와 설계 강도의 관계, 전단응력 분포 및 교량 분류와 하중의 구별까지 주요 설계 개념을 이해해야 한다. 공칭 강도는 이론적 계산값이며, 설계휨강도는 공칭 강도에 강도감소계수 φ를 곱하여 얻는다. 전단응력은 단면 내 중성축 부근에서 크게 나타나므로 전단 관련 판단은 분포 특성을 바탕으로 해야 하며, 교량은 통로 위치에 따라 상로교·중로교·하로교로 나누고 주하중은 구조물 자체의 장기적 자중과 같이 항상 작용하는 하중으로 정의한다. 극한 강도 설계법의 기본 가정으로 콘크리트가 파괴할 때 압축 측 표면에서의 최대 변형률은 0.003으로 본다.
예제
예 1 — 콘크리트 전압축력 계산에서 등가 압축 블록 적용 사례를 보인다. 보의 폭 b = 30cm, 등가 압축 블록 깊이 a = 15cm, 콘크리트 표준강도가 280kgf/cm²인 경우 전압축력 C는 C = 0.85 × fck × b × a 이므로 C = 0.85 × 280 × 30 × 15 = 107,100 kgf 이다. 단위를 tonf로 환산하면 107.1tonf가 된다.
예 2 — 공칭 휨 강도를 설계강도로 환산하는 과정이다. 공칭 휨강도가 32 tonf·m으로 산정되면 설계휨강도는 강도감소계수 φ = 0.85를 적용하여 Md = 32 × 0.85 = 27.2 tonf·m가 된다.
자주 묻는 물음
- 공기 중 건조 상태와 표면 건조 포화 상태의 차이는 무엇인가?
- 공기 중 건조 상태는 골재 내부에는 수분이 있으나 표면은 건조한 상태이고, 표면 건조 포화(SSD) 상태는 내부 공극은 물로 가득 차지만 표면에는 자유수가 없는 상태이다.
- 철근을 2단으로 배치할 때 연직 순간격의 최소값은 얼마인가?
- 정철근을 2단으로 배치할 경우 연직 순간격은 타설성 확보를 위해 최소 2.5cm 이상이어야 한다.
- 공칭 휨 강도와 설계 휨 강도의 관계는 어떻게 되는가?
- 설계휨강도는 공칭휨강도에 강도감소계수 φ를 곱하여 구하며, 휨 부재의 경우 φ는 0.85이다.
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