개념 한 쪽
옹벽과 보·슬래브·기둥은 모두 철근콘크리트 부재의 해석과 설계 원리 위에서 검토한다. 힘의 평형으로 중립축을 구하고, 직접 설계법으로 모멘트를 분배하며, 축하중과 전단, 최소 철근비를 규정대로 확인한다.
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출제기준 단원 「옹벽의 해석 및 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 휨 부재 중립축 깊이 계산 | 1 | 힘의 평형식으로 중립축까지의 거리를 역산하기 |
| 직접 설계법 모멘트 분배 | 1 | 전체 모멘트에 위치별 비율을 적용해 값 산정하기 |
| 전단철근 간격 산정 | 1 | 계산값과 규정 최대간격을 비교해 간격 정하기 |
철근콘크리트 휨 부재의 설계는 인장력과 압축력의 평형에서 출발한다. 철근이 당기는 힘은 철근 단면적과 항복강도의 곱이고, 콘크리트가 받는 압축력은 등가 압축 블록의 넓이로 나타낸다. 두 힘이 같다는 조건에서 압축 블록 높이와 중립축 깊이를 구한다. 중립축 깊이는 압축 블록 높이에 계수를 곱해 환산한다.
슬래브 설계에서 직접 설계법을 쓰면 전체 정적 계수 휨모멘트를 위치별로 나눈다. 내부 경간의 정모멘트와 부모멘트, 외부 경간의 정모멘트와 부모멘트가 각각 정해진 비율을 가진다. 전체 모멘트에 그 비율을 곱해 해당 위치의 설계 모멘트를 얻는다.
중심축하중을 받는 기둥은 콘크리트가 받는 압축력과 철근이 받는 압축력을 합산하고 설계저감계수를 곱해 설계축하중강도를 구한다. 콘크리트 몫은 전체 단면적에서 철근 단면적을 뺀 순단면적으로 계산한다. 압축지배단면에서는 정해진 저감계수를 적용한다.
전단철근의 간격은 스트럽 단면적, 항복강도, 유효깊이를 계수전단력으로 나누어 계산값을 얻고, 규정된 최대간격과 비교해 정한다. 벽체의 최소 수평철근비는 철근의 설계기준항복강도에 따라 규정값이 달라진다. 보의 최소두께는 처짐 계산을 생략할 때 지간에 대한 비율로 정하고, 연속보와 슬래브의 근사해법은 경간과 하중 조건을 만족할 때만 적용한다.
휨 설계 계산에서는 인장력과 압축력의 평형식을 먼저 세우고 압축 블록 높이와 중립축 깊이의 관계를 대입한다. 직접 설계법 문제는 내부 경간의 정모멘트와 부모멘트 비율을 구분해 전체 모멘트에 곱한다. 기둥 강도 문제는 저감계수 적용과 순단면적 산정을 확인한다. 전단철근 간격은 계산값과 규정 최대간격을 함께 따진다.
폭=300mm, 유효깊이=500mm, As=1700mm², fck=60MPa, fy=350MPa인 단철근 직사각형 보가 있다. 강도설계법으로 설계할 때 압축연단에서 중립축까지의 거리(c)는 얼마인가?
정답 ③ · 단철근 직사각형 보의 휨강도 설계에서 중립축 거리 c를 구하는 문제입니다. 인장철근이 항복한다는 조건(ΣM=0)을 통해 콘크리트의 총 압축력(C)과 철근의 인장력(T)이 같다는 식을 세우면, 0.85 × fck × b × a = As × fy 가 성립합니다.
인장력 T와 압축력 C의 평형식 As·fy=0.85fck·b·a를 세우고 a=β1c를 대입해 중립축 깊이 c를 구한다.
직접 설계법에 의한 슬래브 설계에서 전체 정적 계수 휨모멘트 Mo=320kNㆍm로 계산되었을 때, 내부 경간의 정계수 휨모멘트는 얼마인가?
정답 ④ · 직접 설계법에 의한 슬래브 설계에서, 전체 정적 계수 휨모멘트 Mo를 구한 후 이를 정모멘트와 부모멘트로 분배하여 설계합니다. 내부 경간의 경우 정모멘트는 Mo의 35%를 차지하며, 부모멘트는 65%가 됩니다.
직접 설계법에서 내부 경간의 정모멘트는 전체 Mo의 35%를 적용한다.
직접 설계법에 의한 슬래브 설계에서 전체 정적 계수 휨 모멘트 Mo=320kN·m로 계산되었을 때, 내부 경간의 부계수 휨모멘트는 얼마인가?
정답 ① · 직접 설계법에서 전체 정적 계수 휨모멘트가 주어졌을 때 내부 경간의 부계수 휨모멘트를 계산하는 문제이다. 직접 설계법에서 내부 경간의 부계수 휨모멘트는 전체 정적 계수 휨모멘트에 0.65의 계수를 곱하여 구한다.
내부 경간 부계수 휨모멘트는 전체 정적 계수 휨모멘트의 65%를 적용한다.
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