개념 한 쪽
강재 인장재는 당기는 힘을 단면 전체로 받는다. 가새는 건물의 횡변형을 막는 대각 부재로, 상황에 따라 인장과 압축을 모두 받는다. 인장재의 성능은 단면과 길이, 지지 조건을 함께 보아 정한다.
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출제기준 단원 「인장재 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 부재 거동 이해 | 1 | 가새에 관한 설명 고르기 |
| 세장비 계산 | 1 | 약축 방향 설계용 세장비 구하기 |
| 강도 계산 | 1 | 설계인장강도 구하기 |
가새는 트러스 절점이나 기둥을 대각선으로 연결해 풍하중과 지진력에 저항한다. 수평력이 작용하면 한쪽 가새는 당겨지고 다른 쪽은 눌리므로 인장과 압축이 모두 생긴다. 인장응력만 받는다고 보면 가새의 거동을 놓치게 된다.
압축재의 세장비는 유효길이를 단면2차반경으로 나눈 값이다. 지지 조건이 유효길이를 정하고, 단면2차반경이 작은 약축이 설계를 지배한다. 부재 중앙이 가새로 지지되면 유효길이가 줄어 세장비도 작아진다. 세장비가 크면 좌굴에 취약해진다.
강구조 설계에는 소성설계의 개념도 쓰인다. 소성설계는 소성힌지가 형성되고 붕괴기구가 만들어지는 극한 상태를 기준으로 최종 하중을 구한다. 허용응력설계처럼 안전율로 여유를 보는 방식과 달리 하중계수를 적용한다. 전단중심은 비대칭 단면의 탄성 거동을 다루는 개념이어서 소성설계와 거리가 있다.
부재가 만나는 자리에는 전단연결재와 보강판이 쓰인다. 전단연결재는 합성구조에서 콘크리트 슬래브와 강재 보 사이의 전단력을 전달한다. 커버플레이트는 휨을 보강하는 판으로, 장수를 제한하는 규정은 없다.
인장재 문제는 가새의 힘 방향과 소성설계의 개념을 뒤바꾼다. 가새가 인장응력만 받는다고 하거나, 소성설계에 허용응력설계의 안전율 개념을 넣으면 틀리다. 전단중심을 소성설계의 핵심으로 소개하거나, 커버플레이트의 장수를 5장 이하로 제한하는 선지도 함정이다. 전단연결재를 합성구조가 아닌 다른 자리에 쓰는 설명도 어긋난다.
철골조의 가새에 관한 기술 중 옳지 않은 것은?
정답 ② · 철골조 가새의 역할과 특성 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 가새는 트러스나 기둥의 절점을 대각선 방향으로 연결하여 구조체의 변형을 방지하는 부재로서 풍하중, 지진력 등 수평하중에 저항한다.
양단 힌지인 길이 6m인 H-300×300×10×15의 기둥이 약축방향으로 부재중앙이 가새로 지지되어 있을 때 설계용 세장비는? (단, 이부재의 단면 2차 반경 rx=13.1cm, ry=7.51cm 이다.)
정답 ② · 문제는 길이 6m인 H형 기둥의 약축 방향 설계용 세장비(λ)를 구하라는 것이다. 세장비는 λ = K·L / ry로 계산되며 주어진 ry=7.51cm, L=600cm를 사용해 유효계수 K를 적용해야 한다.
약축 방향 세장비는 유효장(L0)을 약축 반경(ry)으로 나눈 값으로 계산한다.
강구조 인잔 부재의 설계인장강도는 KBC2005 한계상태설계법에 의해 구하면? (단, 인장 부재의 총단면적 A=3000mm²이고 유효 순단면적 A=27000mm²이며 이때 사용 형강의 f=240N/mm², F=400mm²임)
정답 ① · 이 문제는 KBC2005 한계상태설계법에 따른 강구조 인장부재의 설계인장강도를 계산하는 문제이다. 유효순단면적 Ae와 항복응력 fy를 곱하면 Ae x fy = 2700 x 240 = 648000N = 648kN이 된다.
인잔 부재 설계인장강도는 유효순단면적에 항복응력을 곱한 값으로, 소성단면적 기반 항복 기준을 적용한다.
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