개념 한 쪽
전단은 콘크리트 부재가 잘려지는 힘에 대한 저항을 다루는 개념이다. 콘크리트 자체가 부담하는 공칭전단강도 Vc와 전단보강철근이 부담하는 전단강도 Vs의 분담 원리를 이해해야 설계 문제가 풀린다. 전단 철근의 간격과 최소 전단철근량, 그리고 특정 형식(깊은보, 펀칭전단 등)의 거동 차이를 기준 규정으로 판단해야 한다.
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출제기준 단원 「전단」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 콘크리트 공칭전단강도 선택 | 1 | 전단과 휨만 받는 보의 Vc 공식을 고르기 위한 개념 판단 문제 |
| 전단보강철근 간격 판단 | 1 | Vs 크기에 따른 전단철근 최대 간격 규정을 적용하여 간격을 결정하는 문제 |
| 최소전단철근 배치 범위 판정 | 1 | Vu와 φVc의 관계로 최소 전단철근 배치 범위를 판정하는 문제 |
콘크리트 보의 전단강도는 콘크리트 자체의 기여와 전단보강철근의 기여로 나뉘어 계산한다는 점을 이해해야 한다. 전단과 휨만을 받는 보의 콘크리트 공칭전단강도 Vc는 경험식으로 정하고 있어 Vc = 0.53√fck · bw · d 공식이 적용된다는 점을 기억해야 한다. 이 식의 계수 0.53은 해당 조건에 맞는 표준 계수임을 명확히 해야 한다.
전단보강철근이 담당하는 공칭전단강도 Vs와 콘크리트 기여 Vc의 합이 총 전단력 Vu를 견디도록 설계하는 것이 강도설계법의 원리이다. 따라서 전단철근 설계에서는 Vu와 Vc의 관계를 먼저 확인하고, 필요하면 Vs를 산정하여 설계철근량을 결정한다는 절차를 따른다.
전단철근의 배치 규정은 Vs의 크기에 따라 달라진다. Vs가 기준치를 초과하지 않을 경우에는 전단보강철근의 최대 간격을 d/2 이하 및 60cm 이하로 정하고, Vs가 기준치를 초과하면 더 촘촘하게 d/4 이하 및 30cm 이하로 제한한다는 규정을 적용한다.
특수한 경우로 깊은 보는 아치작용에 의해 전단에 저항하고, 2방향 슬래브의 펀칭전단 위험단면은 집중하중 면 주변에서 유효깊이 d의 절반(d/2) 지점으로 정해진다는 점을 구별해야 한다. 또한 설계상 최소 전단철근량은 계수전단력 Vu가 (1/2)φVc를 초과하고 φVc 이하인 범위에서, 전단철근의 최소량을 단면적 계산식에 계수 3.5를 곱한 형태로 정하여 배근하도록 규정된다는 점을 알아야 한다.
예 1 — 캔틸레버보의 전단철근 부담력 산정 절차를 적용한다는 예시를 제시한다. 길이 3 m인 캔틸레버보의 주어진 하중이 10.0 tonf/m인 경우, 위험단면의 총전단력 Vu는 10.0 tonf/m × 3 m = 30 tonf가 된다는 계산 과정을 먼저 세운다. 콘크리트가 부담하는 전단강도 Vc는 기준식과 계수를 적용하여 약 11.1 tonf 정도로 산정된다는 자료를 이용한다. 따라서 전단철근이 실제로 부담해야 할 전단력 Vs는 Vu − Vc로 계산하여 30 − 11.1 = 18.9 tonf가 된다는 결론을 얻는다.
예 2 — 전단철근 미사용 상태에서 최소 단면적 산정 절차를 적용한다는 예시를 제시한다. 전단철근을 사용하지 않고 전단력 40 kN을 지지하려면 Vc ≥ Vu가 되어야 하므로 Vc = 0.17√fck·b·d 식을 Vu로 놓고 bd를 풀어 최소 단면계수 bd = Vu / (0.17√fck)로 계산한다는 과정을 따른다. 주어진 fck 값을 대입하여 근사 계산을 통해 bd 약 51,347 mm²라는 값을 도출하는 절차를 설명한다.
강도설계법에서 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도는 다음 중 어느 것인가 ? (단, 전단과 휨만을 받는 부재로 생각한다.)
정답 ② · 강도설계법(USD)에서 전단과 휨만을 받는 부재(즉, 축방향 하중이 작용하지 않는 부재)의 콘크리트가 부담하는 공칭전단강도() 계산 공식은 입니다. 여기서 는 콘크리트의 설계기준압축강도, 는 웨의 폭, 그리고 는 유효깊이를 의미합니다.
휨과 전단만을 받는 부재의 콘크리트 공칭전단강도 Vc는 0.53√fck·bw·d 공식으로 계산된다.
강도 설계법에서 전단 보강 철근의 공칭 전단 강도 Vs가 1.06 √fck · bw· d 를 초과하지 않을 경우 전단 보강 철근의 최대 간격은? (단, bw는 복부의 폭이고, d는 유효 깊이이다.)
정답 ① · 콘크리트 구조 설계 기준에 따르면, 전단 보강 철근의 공칭 전단 강도 Vs가 특정 값(, 혹은 유사한 범위 내)을 초과하지 않는 일반적인 경우, 전단 보근의 최소 배치 간격은 이하이고 60cm 이하로 규정되어 있습니다. 문제에서 제시된 조건은 이 일반적인 범위에 해당하므로 규정상 기준 값인 이하, 60cm 이하를 만족합니다.
Vs가 기준치를 초과하지 않으면 전단보강철근 간격은 d/2 이하, 60cm 이하이다.
이론상 전단철근이 필요없지만 최소 전단철근량 Av = 3.5 (bw · s / fy)를 배치하도록 규정하고 있다. 계수전단력 Vu의 범위가 맞는 것은? (단, 강도설계법이고, Vc는 콘크리트가 부담하는 전단강도)
정답 ③ · 콘크리트 구조설계 기준에 따르면, 전단철근은 계수전단력 Vu가 콘크리트의 전단강도 Vc를 초과할 때 배치해야 합니다. 다만, 이론적으로 철근이 필요 없는 경우에도 취성 파괴 방지를 위해 최소 전단철근을 배치해야 하는 구간은 (1/2)φVc 초과 φVc 이하인 범위입니다.
최소 전단철근은 계수전단력 Vu가 (1/2)φVc 초과 φVc 이하일 때 최소량으로 배치한다.
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