개념 한 쪽
휨부재 설계는 하중이 어떤 경로로 전달되는지를 파악하고, 처짐과 균열 등 사용성 한계상태를 만족시키며 강도 요구를 충족시키는 것에 초점을 둔다. 슬래브의 형상비에 따라 1방향 또는 2방향으로 분류하고, 보와 슬래브의 최소 두께 기준을 통해 처짐 계산을 생략할 수 있는 조건을 정한다.
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출제기준 단원 「휨부재의 해석 및 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 슬래브 1방향 판정 | 1 | 장변/단변 비율로 1방향·2방향 판별 근거 제시 |
| 처짐 생략 최소 두께 계산(보) | 1 | 단순지지 보의 최소 충을 스팬으로 계산 |
| 강도설계법 특징 판별 | 1 | 강도설계법의 적용 범위(강도·사용성) 구분 |
슬래브는 장변과 단변의 비율에 따라 하중 전달 방식이 달라진다. 장변이 단변의 2배 이상이면 하중의 대부분이 단변 쪽 지지로 집중되므로 단순히 단변 방향 휨으로 평가하는 1방향판으로 판정한다. 이는 하중 전달 경로의 물리적 특성에 근거한 판단이다.
강도설계법은 구조물의 극한강도뿐만 아니라 사용성 한계상태(균열, 처짐 등)의 검토를 병행해야 한다. 허용응력설계와 달리 재료의 비선형 거동과 극한상태를 고려하므로, 강도와 사용성을 모두 만족시키도록 설계하는 원리를 따른다.
처짐 검토를 생략할 수 있는 최소 두께 기준은 부재의 지지 조건에 따라 달라진다. 단순지지 보의 경우 유효스팬의 1/16을 최소 두께 기준으로 삼으며, 연속조건이나 캔틸레버 등 다른 지지 조건에는 다른 비례상수가 적용된다. 슬래브도 지간과 연속성에 따라 L/n 형태의 규정을 적용하여 최소 두께를 정한다.
철근의 이음과 철근비 규정은 부재의 연성거동과 안전한 붕괴 형태를 확보하는 데 목적이 있다. 과다한 철근비는 취성파괴를 유발하므로 최대철근비를 두어 연성파괴가 유도되도록 설계한다.
설계 시에는 규정에 따른 수치 기준(예: 슬래브의 1방향 판정 기준, 보의 최소 두께 비율 등)을 먼저 확인하고, 그 근거인 하중 전달 경로와 변형 거동의 원리를 바탕으로 선택지를 검토해야 한다.
예1 — 1방향 슬래브 판정: 사각형 슬래브에서 장변/단변 ≥ 2이면 하중이 주로 단변 쪽으로 전달되므로 단변 방향의 휨만 고려하는 1방향판으로 판단한다. 이 기준을 근거로 하중 전달이 어느 방향으로 집중되는지 판단한다.
예2 — 단순지지 보의 최소 충(h) 계산: 단순지지 보의 처짐 계산을 생략할 수 있는 최소 충은 유효스팬의 1/16이다. 예로 보의 길이가 5000mm이면 최소 충 h = 5000 ÷ 16 = 312.5mm로 계산한다.
예3 — 양단 연속 1방향 슬래브의 최소 두께: 양단 연속 1방향 슬래브의 처짐 계산 생략 최소 두께는 지간의 1/28이다. 예로 스팬 4.2m(4200mm)인 경우 최소 두께 = 4200 ÷ 28 = 150mm가 된다.
장변이 단변의 2배가 넘는 슬래브는 단변을 경간으로 하는 1방향 슬래브로 설계해야 한다. 그이유는?
정답 ② · 장변이 단변의 2배를 넘는 슬래브를 1방향 슬래브로 설계하는 이유를 묻는 문제이다. 슬래브의 지간 비가 2 이상이 되면 하중의 대부분이 짧은 방향, 즉 단변을 경간으로 하는 방향으로 전달되므로 실질적으로 1방향 슬래브로 거동한다.
장변이 단변의 2배 이상인 슬래브는 하중의 대부분이 단변 방향으로 전달된다.
다음 중 철근콘크리트 강도설계법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 철근콘크리트 강도설계법에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 강도설계법은 하중의 특성을 하중계수로 반영하고, 부재의 극한강도를 산정할 때 재료의 비선형 성질을 고려하는 등 합리적인 설계 방법이다.
철근콘크리트 강도설계법에서 처짐을 계산하지 않는 경우, 단순지지된 보의 최소 충(h)으로 적당한 것은? (단, 보의 길이 = 5000mm, 보통콘크리트 사용, fy=400MPa)
정답 ① · 강도설계법에서 처짐 계산을 생략할 수 있는 단순지지 보의 최소 충을 구하는 문제이다. 보통콘크리트를 사용하는 단순보의 경우 최소춤은 유효스팬의 1/16로 규정된다.
철근콘크리트 단순보의 처짐 제한을 생략할 수 있는 최소 충(h)은 보의 유효스팬의 1/16이며, 5000mm의 1/16은 312.5mm이다.
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