개념 한 쪽
기둥의 해석 및 설계에서는 압축부재의 축방향 철근 최소량을 두는 이유와 철근 상세를 함께 판단한다. 같은 세트에서는 슬래브의 수축·온도철근 최소량과 인장철근의 정착길이를 늘리는 조건도 계산과 판단의 대상으로 다룬다.
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출제기준 단원 「기둥의 해석 및 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 축방향 철근 최소한계의 목적 판별 | 1 | 기둥 축방향 철근 최소량을 두는 이유 중 잘못된 설명을 가림 |
| 수축·온도철근 최소량 계산 | 1 | 슬래브 전체 단면적과 항복강도 조건으로 최소 철근량을 산정함 |
| 인장철근 정착길이 증가 조건 구분 | 1 | 접착력 저하 요인과 하단 배치를 구분해 정착길이 증가 대상이 아닌 경우를 가림 |
기둥과 같은 압축부재에서는 설계상 필요한 철근량 외에 최소한의 축방향 철근을 배치한다. 이는 콘크리트의 크리프와 건조수축으로 인한 균열을 방지하고, 시공 시 재료 분리나 결함을 보완하며, 예상치 못한 편심하중이 작용할 때 부재의 연성을 확보해 갑작스러운 파손을 막기 위한 안전장치 역할을 한다. 휨강도 보강은 기둥 축방향 철근 최소량을 규정하는 주된 목적이 아니다.
1방향 철근콘크리트 슬래브에서는 수축과 온도 변화로 생기는 균열을 막기 위해 수축 및 온도철근을 최소량 이상 넣는다. 최소 단면적은 슬래브 전체 단면적에 철근 설계기준항복강도에 따른 비율을 곱해 구한다. 설계기준항복강도가 420MPa 미만이면 0.0020, 420MPa 이상이면 0.0018을 적용하는 설명이 재료에 제시된다. 재료의 계산 예에서는 전체 단면적 2,000,000mm²와 500MPa 철근에 0.0018을 적용해 3,600mm²를 계산한 뒤, 0.0035의 항복변형률 조건을 반영한 3,200mm²를 최소값으로 제시한다.
인장 이형철근의 정착길이는 철근과 콘크리트 사이의 접착 조건에 따라 달라진다. 에폭시 도막 철근은 콘크리트와의 접착력이 떨어지므로 정착길이를 증가시켜야 하는 경우에 해당한다. 경량콘크리트는 일반콘크리트보다 강도가 낮아 접착력이 약하므로 정착길이를 증가시키는 조건으로 다룬다. 철근의 설계기준항복강도가 매우 크면 철근이 끊어지기 전에 미끄러질 수 있으므로 정착길이를 늘려야 한다.
반면 철근의 배치 위치가 하단인 경우는 콘크리트 타설 시 철근 위에 공기나 물이 차오르는 현상이 적어 접착 조건이 상대적으로 좋다. 따라서 하단 배치는 인장 이형철근의 정착길이를 더 늘려야 하는 경우에 해당하지 않는다. 상부 철근은 블로밍의 영향으로 정착길이를 증가시키는 대상으로 구분한다.
기둥의 축방향 철근 최소한계는 크리프, 건조수축, 편심하중, 시공 결함 보완과 연성 확보를 위한 장치로 이해한다. 최소한계의 주된 이유를 휨강도 보강으로 설명하면 재료의 설명과 어긋난다.
슬래브 수축·온도철근 최소량은 전체 단면적과 철근 설계기준항복강도에 따른 비율로 계산한다. 재료의 예에서는 전체 단면적 2,000,000mm², 설계기준항복강도 500MPa, 비율 0.0018을 적용해 3,600mm²를 계산한 뒤, 0.0035의 항복변형률 조건을 반영한 3,200mm²를 최소값으로 제시한다.
인장 이형철근의 정착길이 증가 여부는 접착력 저하 요인과 배치 위치로 구분한다. 에폭시 도막, 경량콘크리트, 높은 설계기준항복강도는 정착길이를 증가시키는 조건으로 보고, 하단 배치는 접착 조건이 상대적으로 좋아 증가 대상에서 제외한다.
기둥에서 축방향 철근량의 최소한계를 두는 이유로 잘못된 설명은?
정답 ① · 기둥 축방향 철근량의 최소한계를 두는 이유 중 잘못된 것을 고르는 문제이다. 기둥의 최소 철근비는 콘크리트의 크리프와 건조수축에 의한 압축력의 철근 이행을 견디게 하고, 시공 중 재료분리 등으로 생기는 부분적 결함을 보완하며, 예상 외의 편심하중(평심하중)에 대비한 여유를 확보하기 위해 둔다.
축방향 철근 최소한계는 휨강도 보강이 아닌, 크리프·수축 및 편심하중 대비를 위한 것이다.
1방향 철근콘크리트 슬래브의 전체 단면적이 2000000mm²이고, 0.0035의 항복변형률에서 측정한 철근의 설계기준항복강도가 500MPa인 경우, 수축 및 온도철근량의 최소값은?
정답 ③ · 1방향 철근콘크리트 슬래브의 수축 및 온도철근량 최소값을 구하는 문제입니다. 콘크리트구조 기준에 따르면, fy가 420MPa 이상 520MPa 미만인 철근을 사용할 경우 수축 및 온도철근의 최소 단면적은 슬래브 전체 단면적의 0.0018배으로 규정하고 있습니다.
수축철근 최소량은 '전체단면적×비율'로 계산하며, 강도가 높을수록 요구 최소 철근비율이 감소하는 역상관 관계가 성립한다.
다음 중 인장 이혐철근의 정착길이를 더 증가시켜야 하는 경우가 아닌 것은 무엇인가?
정답 ② · 인장 이음철근의 정착길이를 증가시켜야 하는 경우가 아닌 것을 고르는 문제이다. 에폭시 도막철근은 부착력 저하로, 경량콘크리트는 낮은 탄성계수와 골재 특성으로 인해 정착길이 증가계수를 적용한다.
인장 철근의 정착길이는 에폭시 도막, 경량콘크리트, 고강도 철근 시 증가하나, 하단 배치는 오히려 정착조건이 좋아 증가 대상이 아니다.
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