개념 한 쪽
슬래브, 벽체, 기초, 옹벽 등 토목 구조물의 설계는 각 부재의 거동 특성과 규정상 요구되는 치수·철근 배치·강도 한계를 이해하는 것이 핵심이다. 전단·정착·처짐·단면 요구치 등 여러 기준을 문제 상황에 맞추어 적용하는 능력을 기른다.
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출제기준 단원 「슬래브, 벽체, 기초, 옹벽 등의 구조물 설계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전단철근 배치 범위 판단 | 1 | Vu와 φVc 관계로 최소 전단철근 적용 여부 가리기 |
| 압축부재 치수 규정 판별 | 1 | 나선철근 압축부재 심부 지름의 최소값이 옳은지 판단하기 |
| 전단철근 미사용 보의 단면계수 계산 | 1 | Vu로부터 최소 단면계수 bd를 산정하는 과정 적용하기 |
전단설계에서는 콘크리트가 단독으로 부담할 수 있는 설계전단강도 øVc 또는 Vc 공식을 알고 이를 통해 전단철근 필요 여부나 최소 전단철근량 적용 범위를 판정해야 한다. 전단철근이 이론상 필요 없더라도 계수전단력 Vu가 (1/2)φVc를 초과하고 φVc 이하이면 최소 전단철근을 배치하도록 규정하고 있으므로 Vu와 φVc의 관계를 먼저 비교한다.
철근의 정착길이는 기본식 ldb = 0.1 × fy × db / (λ × √fck)로 산정하되, 실제 설계에서는 이 기본값에 철근 종류·직경·배치 위치 등에 따른 보정계수를 적용하여 최종 정착길이를 결정해야 한다. 예컨대 공칭직경이 큰 이형철근은 보정계수 적용으로 기본계산값보다 큰 규정값이 적용되는 경우가 있다.
처짐 검토를 생략하는 최소 두께 규정은 부재 형식과 지지조건에 따라 다르다. 단순 지지 보는 경간 대비 L/16, 1방향 단순 지지 슬래브는 ℓ/20 등의 규정을 적용하여 처짐 계산 없이 허용되는 최소 두께를 판단한다. 문제에서는 경간을 mm로 환산한 뒤 분모로 나누어 두께를 구하는 절차를 따른다.
기초와 옹벽 설계에서는 부재의 구조적 거동을 단순화하여 해석 모델을 세우되, 저판 등은 주변 토압·부력·편심 등 복합 하중을 함께 고려해야 한다. 부벽식 옹벽의 저판은 부벽 간 경간을 갖는 슬래브로 해석하되 전체 옹벽의 안정성 검토를 병행해야 한다.
전단철근 등 철근의 재료적 제한도 중요하다. 전단철근의 설계기준항복강도는 취성파괴 방지를 위해 400MPa 이하로 제한하는 규정이 있으므로 재료 선택 시 이 한계를 확인해야 한다.
전단철근이 없어도 되는 이론상 구간에서 계수전단력 Vu가 φVc의 절반을 넘는 경우 최소 전단철근을 배치해야 한다. 따라서 문제에서 Vu와 φVc를 비교하여 (1/2)φVc < Vu ≤ φVc인 경우에는 최소 전단철근량을 Av = 3.5 × (bw·s) / fy의 식에 따라 산정하여 배근하는 절차로 정답을 선택한다.
정착길이 계산 문제는 기본식에 수치를 대입한 뒤 보정계수 적용 여부를 점검한다. 예를 들어 ldb의 기본계산이 150mm로 산출되더라도, 직경 및 배치 조건에 따라 규정상 최종값이 900mm로 정해지는 경우가 있음을 유의한다.
전단철근을 사용하지 않은 보의 최소 단면계수 bd는 Vu ÷ (0.17 × √fck)로 구하고, 이 값을 만족하도록 단면을 결정한다. 계산 시 MPa·mm 단위 변환과 N↔kN 변환을 꼼꼼히 확인하여 단위 착오를 피한다.
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.
압축 부재의 설계시 고려해야 할 사항으로 옳지 않은 것은?
정답 ② · 철근콘크리트 기준에 따르면 나선철근 압축 부재의 단면 심부 지름은 나선철근 내측까지의 거리로서, 일반적으로 철근 배근 및 콘크리트 타설 등을 고려할 때 최소 20cm 이상으로 규정하고 있습니다. 따라서 '10 cm 이상이어야 한다'는 설명은 기준에 부합하지 않습니다.
나선철근 압축 부재의 심부 지름은 최소 20cm 이상이어야 하므로 10cm라는 설명은 틀렸다.
강도설계법에 의해서 전단철근을 사용하지 않고 계수하중에 의한 전단력 40kN을 지지할 수 있는 직사각형보의 최소 단면적은 얼마인가? (단, fck = 21MPa이며, 1MPa=10kgf/cm², 1N=0.1kgf)
정답 ② · 전단철근이 없는 콘크리트 보의 전단강도 공식을 사용합니다. 주어진 전단력 을 지지하기 위해 필요한 단면적 을 구합니다.
전단철근 미사용 보의 최소 단면적은 Vu ≤ 0.17√fck·bd 공식을 변형하여 단면계수 bd를 구하면 된다.
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