TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
(1) 이 기준은 허용응력설계법에 따른 강구조 부재의 설계방법과 최소한의 요구조건을 규정한다.
(1) 이 기준의 규정은 인장부재, 압축부재, 휨부재, 조합력을 받는 부재, 합성부재의 설계에 적용하여야 한다.
(1) KDS 14 30 05 (1.3) 에 따른다.
(1) KDS 14 30 05 (1.4) 에 따른다.
(1) KDS 14 30 05 (1.5) 에 따른다.
(1) KDS 14 30 05 (3)에 따른다.
4.1 설계 요구사항
4.1.1 일반규정
(1) 4는 부재 전반에 관련된 설계 요구사항을 다룬다.
4.1.2 총단면적
(1) 부재의 총단면적 는 부재축에 직각방향인 각 요소의 전체폭과 두께를 곱한 값들의 합이다.
4.1.3 순단면적
(1) 부재의 순단면적 은 각 요소의 순폭과 두께를 곱한 값들의 합이다. 중심인장을 받는 파스너 접합부재의 순단면적은 파스너 구멍의 영향을 고려하여 구한다.
① 정열 배치인 경우
여기서, : 인장력에 의한 파단선상에 있는 구멍의 수
: 파스너 구멍의 직경 (mm)
: 부재의 두께 (mm)
② 엇모배치인 경우
여기서, : 2개의 연속된 구멍의 종방향 중심간격 (피치) (mm)
: 파스너 게이지선 사이의 횡방향 중심간격 (게이지) (mm)
4.1.4 유효순단면적
(1) 하중이 연결재로부터 각 단면에 직접적으로 전달될 때 유효순단면적 는 순단면적 과 같다.
(2) 파스너접합인 경우
여기서, : 부재의 순단면적 (mm2)
:감소계수
값은 다음과 같다. 다만, 실험이나 다른 합리적인 방법에 의해 정할 수 있다.
① 플랜지의 폭이 높이의 ⅔이상 되는 I형강, H형강, 그리고 이러한 형강에서 절취한 구조용 T형강의 플랜지를 접합할 때, 응력 방향으로 매 열당 3개 이상의 파스너가 있는 부재
= 0.90
② 상기 ①의 조건에 맞지 않는 I형강, H형강, 그리고 이러한 형강에서 절취한 구조용 T형강, 조립단면을 포함한 모든 형강으로서, 응력 방향으로 매 열당 3개 이상의 파스너가 있는 부재
= 0.85
③ 응력의 방향으로 매 열당 2개의 파스너만 있는 모든 부재
= 0.75
(3) 용접접합인 경우
여기서 : 부재의 총단면적 (mm2)
① 인 경우 = 1.00
② 인 경우 = 0.87
③ 인 경우 = 0.75
여기서, : 유효용접길이 (mm)
: 플레이트 폭 (용접선 사이의 거리) (mm)
가. 하중이 플레이트의 단부에서 두 연단을 따라 종방향의 용접에 의해 플레이트에 전달될 때, 용접길이는 플레이트의 폭보다 커야 한다.
나. 하중이 I형강, H형강, 또는 이러한 형강으로부터 절단한 구조용 T형강의 전체 단면이 아닌 일부 단면에 횡방향 용접에 의하여 전달될 때, 는 직접 연결된 요소의 단면적으로 한다.
4.1.5 안정성
(1) 전체 구조물과 각 압축부재에 대하여 안정성이 확보되어야 한다.
(2) 보, 기둥, 가새, 접합, 전단벽 등에 대한 영향을 포함하여 구조물이나 수평하중저항시스템의 각 부재 변형으로 발생하는 현저한 하중의 영향을 고려해야 한다.
4.1.6 국부좌굴
4.1.6.1 강재 단면의 분류
(1) 강재 단면은 조밀단면, 비조밀단면, 세장요소단면으로 구분한다.
① 조밀단면: 단면의 플랜지가 복부에 연속적으로 연결되고, 그 단면의 압축요소 폭두께비 가 표 4.1-1의 를 초과하지 않는 단면( )
② 비조밀단면: 폭두께비 가 를 초과하고 을 초과하지 않는 요소를 하나 이상 포함한 단면( )
③ 세장판 단면: 폭두께비가 표 4.1-1의 을 초과하는 요소를 하나 이상 포함한 단면()
(2) 압축력 방향과 평행한 면 중에서 한쪽 면에만 지지되어 있는 비구속요소의 폭은 다음 값으로 한다.
① I형강, H형강, T형강의 플랜지에 대한 폭 는 전체 공칭폭의 1/2이다.
② ㄱ형강, ⊏형강, Z형강의 다리에 대한 폭 는 전체 공칭치수이다.
③ 플레이트 폭 는 자유단으로부터 파스너의 첫 번째 줄 또는 용접선까지의 거리이다.
④ T형강의 스템 는 전체 공칭 높이로 한다.
(3) 압축력 방향과 평행한 양쪽 면에 지지된 구속요소의 폭은 다음 값으로 한다.
① 압연이나 성형 단면의 복부에 대하여, 는 각 플랜지에서 필렛이나 모서리 반경을 감한 플랜지 사이의 순간격이다. 는 도심에서 필렛이나 모서리 반경을 감한 압축플랜지의 내측 면까지 거리의 2배이다.
② 조립단면의 복부에 대하여 는 인접한 파스너의 열간거리 또는 용접한 경우 플랜지 사이의 순간격이며, 는 도심으로부터 압축플랜지에서 제일 가까운 파스너열 또는 용접한 경우 압축플랜지의 내측 면까지 거리의 2배이다.
③ 조립단면에서 플랜지 또는 다이아프램 플레이트에 대하여 폭 는 파스너열 또는 용접선간의 거리이다.
④ 상자형 단면의 플랜지에 대하여 폭 는 각 변의 내측 모서리 반경을 감한 복부 사이의 순간격이다. 만일 모서리 반경을 알 수 없으면 단면의 외부치수 폭에서 두께의 3배를 감한 값으로 한다.
4.1.6.2 세장압축요소
(1) 세장압축요소를 갖는 휨이나 압축단면은 국부좌굴을 고려하여 설계한다.
표 4.1-1 압축요소의 폭두께비

요소에 대한 설명

폭두

께비

한계 폭두께비

- 압연 H형강과 ⊏형강 휨부재1)의 플랜지

- 용접 H형강 휨부재의 플랜지

3)

- 서로 접한 쌍ㄱ형강의 내민 다리

- 압연형강의 보 또는 기둥에서 돌출된 ㄱ형강 및 플레이트

- 플레이트거더의 보강재

-

- 큰보, 조립기둥 또는 기타 압축부재에서 돌출된 ㄱ형강 또는 플레이트

- 플레이트거더의 압축 플랜지

-

- T 형강의 스템

-

- 단일 ㄱ형강의 다리, 서로 접하지 않는 쌍 ㄱ형강의 다리 또는 십자단면의 부재와 같이 한쪽 면으로만 단순지지된 비구속 요소

-

- 휨 또는 압축을 받고 단면의 두께가 일정한 각형강관의 플랜지

- 파스너열 또는 용접선 사이에 있는 플랜지 덧판과 다이아프램 플레이트

- 연속적인 개구부가 있는 유공 덧판의 비지지폭2)

-

- 등분포 압축을 받는 다른 모든 구속 요소

-

- 휨압축부재에서의 복부1)

-

-

- 휨과 축압축을 함께 받는 부재의 복부

인 경우

-

인 경우

-

- 원형강관

·압축부재

·휨부재

-

-

주 1) 하이브리드보의 경우, 대신 플랜지의 항복강도를 사용한다.

2) 가장 폭이 큰 구멍이 있는 위치에서 플레이트의 순단면적을 가정한다.

3) 인 경우 , 인 경우
4.1.7 지지점의 비틀림 구속
(1) 보와 트러스는 지지점에서 그 재축에 대해 회전하지 않도록 하여야 한다.
4.1.8 세장비 제한
(1) 압축부재의 세장비 은 가급적 200을 넘지 않도록 한다.
(2) 인장부재의 세장비 은 가급적 300을 넘지 않도록 한다. 다만, 이 제한은 인장력을 받는 강봉이나 강대 또는 매달린 부재에는 적용하지 않는다.
4.1.9 단부구속
(1) 보, 트러스, 또는 이들에 접합하는 부재의 단면은 연속, 반연속, 혹은 캔틸레버 작용에 의한 단부의 완전구속(강접합) 또는 부분구속(부분강접합)을 고려할 때, 모든 하중과 함께 구속에 의해 유발된 전단력 및 모멘트를 지지하도록 설계되어야 한다.
(2) 이러한 경우 각 부재는 어떤 위치에서도 4.3~4.5에서 규정하는 허용응력을 넘지 않아야 한다.
4.1.10 휨부재의 단면 산정
4.1.10.1 보의 단면 산정
(1) 압연형강, 용접부재, 플레이트거더, 덧판이 있는 보는 일반적으로 총단면적의 단면2차모멘트에 의해 단면을 산정해야 한다.
① 다음 식 (4.1-5)를 만족할 경우 공장이나 현장에서 뚫은 각 플랜지의 볼트 구멍 단면적은 공제하지 않는다.
여기서, :인장 플랜지의 순단면적 (mm2)
:플랜지의 총단면적 (mm2)
② 만일 이면 부재의 단면특성은 인장플랜지 유효단면적 에 근거하여 산정한다.
가. 하이브리드보가 총단면적에 0.15를 곱한 값보다 큰 축력에 대해 저항할 필요가 없을 경우, 하이브리드보는 총단면에 대한 단면2차모멘트에 의해 설계할 수 있으며 4.5의 해당 규정을 적용할 수 있다. 여기서 는 플랜지의 항복강도이다. 하이브리드보가 되기 위해서는 플랜지는 어느 단면에서나 같은 단면적을 가져야 하며, 같은 등급의 강재이어야 한다.
나. 용접된 보의 플랜지는 일련의 플레이트를 겹치거나 덧판을 사용함으로써 두께와 폭이 변화될 수 있다.
다. 파스너로 접합된 보의 덧판 단면적은 전체 플랜지 단면적의 70%를 넘지 않아야 한다.
라. 플랜지와 복부, 덧판과 플랜지를 접합하는 고장력볼트나 용접은 보의 휨모멘트에 의해 생긴 전체 수평전단력에 저항할 수 있어야 한다. 이러한 볼트 또는 단속용접의 종방향 분포는 전단력의 크기에 비례해야 한다. 그러나 종방향 간격은 4.3이나 4.4에 규정된 인장부재나 압축부재에 대한 최대 허용응력을 넘지 않도록 결정해야 한다. 플랜지에 작용하는 하중이 직접 지압에 의해 복부에 전달되는 것이 아닐 경우에는, 플랜지와 복부를 접합하는 볼트 또는 용접은 플랜지에 작용하는 모든 하중이 복부에 전달되도록 해야 한다.
마. 부분적인 덧판은 이론상의 절단점을 넘어 연장되어야 하며, 그 연장 부분은 이론상의 절단점에서 발생하는 보의 휨응력 중 덧판이 부담하는 응력을 전달할 수 있도록 마찰형 고장력볼트나 필릿용접으로 플랜지에 접합되어야 한다. 이때 고장력볼트, 필릿용접의 응력은 KDS 14 30 25의 허용응력을 넘지 않아야 한다. 용접한 덧판의 경우, 그 연장길이는 다음과 같다.
(가) 덧판 단부면의 전체폭과 길이방향으로 덧판 폭에 해당하는 길이만큼 양단연속 용접하고, 그 용접치수가 덧판 두께의 3/4이상일 때: 연장길이 = 덧판 폭
(나) 덧판 단부면의 전체폭과 길이방향으로 덧판 폭의 1.5배 만큼 양단연속 용접하고 그 용접치수가 덧판 두께의 3/4미만일 때: 연장길이 = 덧판 폭 × 1.5
(다) 덧판 단부면은 용접하지 않고 길이방향으로 덧판 폭의 2배에 해당하는 길이만큼 양단연속 용접하였을 때: 연장길이 = 덧판 폭 × 2.0
4.1.10.2 크레인 주행보의 단면 산정
(1) 크레인이나 다른 이동하중을 지지하는 플레이트거더의 플랜지 단면은 이러한 하중으로 인하여 생기는 수평력에 저항할 수 있도록 설계되어야 한다.
4.2 골조의 안정성
(1) 모든 구조물은 부재의 강도와 강성에 관한 요구사항과 더불어, 부재의 변형과 전체 골조의 안정성을 고려하여 설계되어야 한다.
① 골조 설계시 전체 구조물의 안정성을 확보하기 위하여 골조에 작용하는 수직하중 및 횡방향 변위에 의한 2차효과를 고려하여야 한다.
② 골조는 조합하중에 대하여 좌굴이 일어나지 않고 횡적 안정이 유지되어야 한다.
③ 안정성 해석에서는 모든 압축부재의 축방향 변형을 고려하여야 한다.
4.2.2 골조의 안정성
4.2.2.1 가새골조의 안정성
(1) 다음과 같은 요소에 연결되어 횡적 안정이 확보된 골조 또는 트러스에서는 좌굴길이계수를 1.0으로 할 수 있다. 또는 구조해석으로 좌굴길이계수를 구한 경우, 이는 1.0보다 작은 값으로 할 수 있다.
① 가새, 전단벽 또는 적절한 횡적 안정을 갖고 있는 인접 건축물
② 골조면에 평행하게 벽체 또는 가새구조로 보강된 슬래브 또는 지붕틀
4.2.2.2 비가새골조의 안정성
(1) 강접으로 접합된 보와 기둥의 휨강성에 의하여 횡적 안정이 좌우되는 골조에서의 좌굴길이계수 는 구조해석에 의하여 구하고 그 값은 1.0 이상이어야 한다.
4.3 인장부재
4.3.1 일반규정
(1) 이 절은 중심축 인장력을 받는 균일 단면부재에 대하여 적용되며 하중의 작용축은 단면의 도심축과 일치하여야 한다. 인장력과 휨모멘트의 조합력을 받는 부재에 대해서는 4.6에 따른다.
4.3.2 허용인장응력
(1) 허용인장응력 는 총단면적에 대해서는 를, 유효순단면적에 대해서는 로 한다.
여기서, = 인장부재의 기본허용응력 (MPa)
= 강재의 항복강도 (MPa)
= 강재의 인장강도 (MPa)
= 부재의 길이 (mm)
= 단면의 회전반경 (mm)
(2) 인장부재 접합부 단부에서의 블록전단강도는 KDS 14 30 25의 4.5를 만족하는지 확인해야 한다.
(3) 핀접합부재의 허용인장응력은 4.3.4에 따른다.
4.3.3 조립 인장부재
(1) 판재, 형강 등으로 조립인장부재를 구성하는 경우 조립재가 일체가 되도록 다음 조건에 따라 조립해야 한다.
① 하나의 판재와 형강 또는 두 개의 판재로 구성되어 연속적으로 접합되는 조립인장부재에서 재축방향 긴결간격은 최소한 다음 조건을 만족해야 한다.
가. 도장된 부재 또는 부식의 우려가 없어 도장되지 않은 부재의 경우, 얇은 판두께의 24배 이하, 또한 300 mm 이하
나. 대기 중에 노출된 도장되지 않은 내후성 강재의 경우 얇은 판두께의 14배 이하, 또한 180 mm 이하
② 두 개 이상의 판재 또는 형강을 연결하는 긴결재의 간격과 단속용접의 재축방향의 간격은 600 mm 이하로 한다.
③ 낄판을 사용한 두 개 이상의 형강으로 구성된 조립인장부재에서 개재의 세장비는 300 이하로 한다.
④ 띠판은 조립인장부재의 비충복면에 사용할 수 있으며 다음 조건을 만족해야 한다.
가. 띠판의 재축방향 길이는 조립부재 개재를 연결시키는 용접이나 파스너 사이 거리의 2/3 이상이어야 하고, 띠판 두께는 이 열 사이 거리의 1/50 이상이어야 한다.
나. 띠판에서의 단속용접 또는 파스너의 재축방향 간격은 150 mm 이하로 한다.
다. 띠판 간격은 조립부재 개재의 세장비가 300 이하가 되도록 한다.
4.3.4 핀접합부재
4.3.4.1 허용응력
(1) 핀접합부재의 순단면적에 대한 허용인장응력은 로 한다.
(2) 핀의 투영면적에 대한 지압응력은 KDS 14 30 25에서 규정한 응력 이하로 한다.
(3) 아이바의 허용인장응력은 총단면적에 대해서 로 한다.
4.3.4.2 핀접합부재
(1) 부재축과 평행한 방향으로 핀구멍 이외 부분 판재의 최소 순단면적은 핀구멍 위치의 순단면적의 2/3 이상이 되어야 한다.
(2) 핀구멍 직경은 핀직경보다 0.8 mm 이상 초과해서는 안 된다.
4.3.4.3 아이바
(1) 아이바는 핀구멍 부분을 보강하지 않은 균일한 두께로 하며, 핀구멍과 동심원이 되는 원형으로 한다.
(2) 아이바의 원형 머리부분과 몸체 사이의 전이곡률반경은 머리부분의 직경 이상이어야 한다.
(3) 아이바 몸체의 폭은 아이바 두께의 8배를 초과해서는 안 된다.
(4) 외부너트가 판재와 낄판을 조여서 1차 체결된 경우, 아이바의 두께를 12 mm 이하로 할 수도 있다.
(5) 구멍 가장자리에서 외력 작용방향과 직각 방향인 판재의 가장자리까지 거리는 아이바 몸체 폭의 2/3배 이상이거나 3/4배 이하이어야 한다.
(6) 아이바의 구멍 직경은 핀직경보다 0.8 mm 이상 초과해서는 안 된다.
(7) 항복응력이 500 MPa를 초과하는 강재에서는 구멍 직경이 판재 두께의 5배 이하이어야 한다.
4.4 압축부재
4.4.1 일반규정
(1) 이 절은 중심축 압축력을 받는 조밀 및 비조밀 균일단면부재에 적용한다. 축방향 하중의 축은 단면의 도심축과 일치하여야 한다.
(2) 세장판요소 부재에 대해서는 4.1.6을 따른다.
(3) 압축력과 휨모멘트의 조합력을 받는 부재에 대해서는 4.6을 따른다.
4.4.2 좌굴길이와 세장비
(1) 좌굴길이계수 는 4.2.2를 따른다.
(2) 세장비의 한계는 4.1.8을 따른다.
4.4.3 허용압축응력
(1) 허용압축응력 는 다음 식에 따라 산정한다.
① 일 때
② 일 때
여기서, : 허용압축응력 (MPa)
: 한계세장비 ( )
: 좌굴길이 (mm)
: 단면 회전반경 (mm)
: 강재의 탄성계수 (MPa)
: 강재의 항복강도 (MPa)
4.4.4 휨비틀림좌굴에 대한 허용압축응력
(1) ㄱ형강 또는 T형강과 같은 1축대칭 및 비대칭 기둥과, 매우 얇은 판으로 구성된 십자형 혹은 조립기둥과 같은 2축대칭 기둥은 휨비틀림좌굴과 비틀림좌굴에 대하여 고려해야 한다.
4.4.5 조립압축부재
4.4.5.1 조립압축부재의 종류
(1) 낄판, 띠판, 래티스를 사용한 조립압축부재를 대상으로 한다.
4.4.5.2 구조제한
(1) 베이스플레이트 또는 절삭마감면에 접합되는 조립재 단부에서 개재 상호간의 접합은 다음과 같이 한다.
① 용접접합은 조립재의 최대폭 이상의 길이로 연속용접하여야 한다.
② 고력볼트접합은 조립재 최대폭의 1.5배 구간에서 길이방향으로 볼트직경의 4배 이하 간격으로 한다.
(2) 조립압축부재 중간의 단속용접 또는 고력볼트의 길이방향 간격은 설계응력을 전달하기에 적절해야 하며, 그 최대간격은 600 mm 이하로 한다.
(3) 덧판을 사용한 도장된 부재 또는 부식의 우려가 없어 도장되지 않은 조립압축부재의 파스너 및 단속용접 최대간격은 다음과 같이 한다.
① 정렬배치인 경우 덧판두께의 배 또는 300 mm 이하
② 엇빗배치인 경우 덧판두께의 배 또는 450 mm 이하
(4) 낄판으로 분리된 두 개 이상의 조립압축부재는 긴결재 사이에서 각 개재의 세장비는 조립압축부재 세장비의 3/4배 이하로 해야 한다.
(5) 낄판, 띠판, 래티스로 나누어지는 구간 개수는 3 이상으로 한다.
4.4.5.3 래티스형식의 조립압축부재
(1) 평강, ㄱ형강, ㄷ형강, 기타 형강을 래티스로 사용한다.
(2) 조립부재의 재축방향의 접합간격은 소재 세장비가 조립압축부재의 최대세장비를 초과하지 않도록 한다.
(3) 단일래티스 부재의 세장비 은 140 이하로 하고, 복래티스의 경우에는 를 200 이하로 하며, 그 교차점을 접합한다.
(4) 압축력을 받는 래티스의 길이는 단일래티스의 경우에는 주부재와 접합되는 비지지된 대각선의 길이이며, 복래티스의 경우에는 이 길이의 70%로 한다.
(5) 부재축에 대한 래티스 부재의 기울기는 다음과 같이 한다.
① 단일래티스의 경우, 60° 이상
② 복래티스의 경우, 45° 이상
(6) 조립부재의 개재를 연결하는 재축방향의 용접 또는 파스너열 간격이 400 mm를 초과하면, 래티스는 복래티스로 하거나 ㄱ형강으로 한다.
(7) 부재의 단부에는 띠판을 설치하여야 하며, 래티스 설치에 지장이 있는 경우에는 그 부분의 양단부와 중간부에 띠판을 설치하도록 한다. 이 때의 띠판은 다음 조건에 맞도록 설치되어야 한다.
① 부재 단부에 사용되는 띠판의 폭은 조립부재 개재를 연결하는 용접 또는 파스너열 간격 이상이어야 한다.
② 부재 중간에 사용되는 띠판의 폭은 부재 단부 띠판길이의 1/2 이상이 되어야 한다.
③ 띠판 두께는 조립부재 개재를 연결시키는 용접 또는 파스너열 간격의 1/50 이상이 되어야 한다.
④ 띠판과 조립부재의 접합은 용접의 경우에는 용접길이는 띠판길이의 1/3 이상이어야 하고, 볼트접합의 경우에는 띠판에 최소한 3개 이상의 파스너를 파스너 직경의 6배 이하 간격으로 접합해야 한다.
4.5 휨부재
4.5.1 일반규정
(1) 이 절은 단면의 대칭축에 재하되는 경우에 적용하며 하이브리드보에도 적용할 수 있다.
(2) ㄷ형강으로서 전단중심을 통과하며 복부판에 평행한 면내에 재하되는 경우 또는 하중점과 지지점에서의 비틀림에 대하여 구속된 경우 이 장을 적용할 수 있다.
(3) 복부판의 판폭두께비가 보다 큰 경우는 4.5.6에 따른다.
(4) 건축물의 허용휨응력은 4.5.2~4.5.7에서 결정된 값을 사용한다. 건축물 이외의 일반강구조물의 허용휨응력은 4.5.2~4.5.7의 허용응력에 KDS 14 30 05의 4.2에 규정된 구조물별 허용응력 보정계수와 하중조합별 허용응력 보정계수를 곱한 값으로 한다.
4.5.2 허용휨응력
(1) 휨을 받는 부재의 허용휨응력 는 다음과 같이 산정한다.
4.5.2.1 강축휨을 받는 H형강 및 ㄷ형강
(1) 조밀단면
① 조밀단면인 경우에는 식 (4.5-1)을 적용한다. 단, 하이브리드보는 제외한다.
② 단, 휨부재 압축플랜지의 횡방향 비지지길이 는 휨부재의 한계비지지길이 보다 작아야 한다. 여기서, 는 식 (4.5-2)와 식 (4.5-3) 중에서 작은 값으로 한다.
(2) 비조밀 단면
① 플랜지는 비조밀요소이고 복부는 조밀요소인 압연형강의 경우에는 식 (4.5-4)를 적용한다. 단, 휨부재 압축플랜지의 횡방향 비지지길이 는 (1)항에서 규정한 휨부재의 한계비지지길이 보다 작아야 한다.
② 플랜지가 비조밀요소인 조립단면인 경우에는 식 (4.5-5)를 적용한다. 단, 휨부재 압축플랜지의 횡방향 비지지길이 는 (1)항에서 규정한 휨부재의 한계비지지길이 보다 작아야 한다.
여기서, 인 경우,
③ ①항과 ②항의 적용범위를 벗어난 비조밀단면의 휨부재로서 횡비지지길이 가 식 (4.5-2)의 한계비지지길이 보다 작은 경우에는 식 (4.5-6)을 적용한다.
④ 하이브리드 보는 ③항을 적용한다.
(3) 인 조밀단면과 비조밀단면
휨부재의 단면이 조밀단면 또는 비조밀단면인 경우에 적용한다.
① 인장측 허용휨응력은 다음과 같이 산정한다.
② H형강인 경우 압축측 허용휨응력은 다음 식 (4.5-8) 또는 식 (4.5-9)에 의해 산정한 값과 식 (4.5-10)에 의해 산정한 값 중 큰 값으로 한다. 다만, 를 초과할 수 없다.
가. 인 경우
(4.5-8)
나. 인 경우
(4.5-9)
다. 모든 에 대하여
(4.5-10)
여기서 : 보의 횡비지지길이 (mm)
: 압축 플랜지와 압축 복부 부분의 1/3을 합한 단면의 복부축에 대한 단면2차반경 (mm)
: 압축 플랜지의 면적 (mm2)
, 횡지지가 안된 캔틸레버보 또는 횡지지 구간 내의 모멘트가 횡지지
단부모멘트보다 큰 보의 경우
:보의 횡지지점 모멘트 중에서 작은 값 (N·mm)
:보의 횡지지점 모멘트 중에서 큰 값 (N·mm)
는 단곡률 휨의 경우 부(-), 복곡률 휨의 경우 정(+)로 한다.
③ ㄷ형강인 경우 식 (4.5-10)을 적용한다.
④ 하이브리드 단면인 경우 식 (4.5-8) 또는 식 (4.5-9)를 적용한다.
4.5.2.2 약축휨을 받는 H형강, ㄷ형강 및 봉강
(1) H형강
H형강인 경우 비지지길이 에 대한 제한은 없다.
① 조밀단면인 경우
(4.5-11)
② 플랜지가 비조밀요소인 경우
(4.5-12)
③ 상기 ②항의 적용범위를 벗어난 비조밀단면인 경우
(4.5-13)
(2) ㄷ형강
① ㄷ형강의 경우 식 (4.5-13)을 적용한다.
(3) 봉강
① 원형 강봉, 정사각형 봉강, 약축에 대해 휨을 받는 직사각형 봉강인 경우에 식 (4.5-11)을 적용한다.
4.5.2.3 박스형 단면, 각형강관, 원형강관
(1) 조밀단면으로서 다음의 조건을 만족하는 경우 식 (4.5-14)를 적용한다.
(4.5-14)
① 단면의 높이 폭비 는 6 이하이어야 한다.
② 플랜지의 두께 는 복부의 두께의 2배 이하이어야 한다.
③ 횡지지길이 는 식 (4.5-15)와 식 (4.5-16)의 중 큰 값 이하이어야 한다.
(4.5-15)
(4.5-16)
여기서, 의 기호는 4.5.2.1에 따른다.
(2) (1)항의 적용범위를 벗어난 조밀단면과 비조밀단면의 경우
(4.5-17)
4.5.2.4 세장단면
(1) 휨부재의 단면이 세장단면인 경우, 국부좌굴을 고려하여 설계한다.
4.5.3 허용전단응력
4.5.3.1 형강의 복부가 전단력을 받는 경우
(1) 이 절은 형강보의 복부가 전단력을 받는 경우에 적용한다.
(2) 전단면적에 대한 허용전단응력 는 다음과 같이 산정한다.
(4.5-18)
이 경우 전단면적은 보의 전체 높이와 복부 두께의 곱으로 산정한다.
(4.5-19)
여기서, 이면
: 수직 보강재 간격
: 플랜지 사이의 순 높이
이 경우, 전단면적은 플랜지 사이의 복부 높이 와 복부 두께 의 곱으로 산정한다.
4.5.3.2 형강의 플랜지가 전단력을 받는 경우
(1) 형강보의 플랜지가 전단력을 받는 경우 전단면적에 대한 허용전단응력 는 식 (4.5-18)에 따른다.
4.5.4 중간 보강재
(1) > 260이고 최대전단응력 가 식 (4.5-19)보다 큰 경우 수직보강재가 필요하다.
(2) 보강재가 필요한 경우, 그 간격은 전단응력이 식 (4.5-19) 또는 식 (4.5-42)의 허용전단응력을 초과하지 않도록 하여야 하며 다음 식 (4.5-20)을 만족하여야 한다. 다만, 식 (4.5-20)의 값은 3.0을 초과할 수 없다.
(4.5-20)
4.5.5 복부 변단면부재
4.5.5.1 적용조건
(1) 변단면부재는 다음 제한조건을 만족할 경우에 이 규정을 적용할 수 있다.
① 부재에 휨모멘트가 작용할 경우, 휨 작용면과 직각으로 교차하는 최소 1개 이상의 대칭축을 가져야 한다.
② 플랜지는 등단면이어야 한다.
③ 변단면 부재의 높이는 다음과 같이 직선적으로 변화하여야 한다.
(4.5-21)
여기서, : 변단면 부재에서 작은 단면의 높이 (mm)
: 변단면 부재에서 큰 단면의 높이 (mm)
로서 와 6.0중 작은 값 이하
: 변단면 부재의 작은 단면에서부터의 거리 (mm)
: 변단면 부재의 비지지길이 (mm)
4.5.5.2 허용인장응력
(1) 변단면 인장부재의 허용인장응력은 4.3.2를 따른다.
4.5.5.3 허용압축응력
(1) 변단면 압축부재의 허용압축응력 는 유효세장비 에 따라 다음과 같이 산정한다.
(4.5-22)
(4.5-23)
여기서, : 약축 휨에 대해서는 이고, 강축 휨에 대해서는
: 등단면 부재의 유효길이계수
: 등단면 부재의 유효길이 (mm)
: 이론적 해석에 의해 결정된 변단면 부재의 유효길이계수
: 변단면 부재의 작은 단면에서 강축에 대한 단면2차반경 (mm)
: 변단면 부재의 작은 단면에서 약축에 대한 단면2차반경 (mm)
4.5.5.4 허용휨응력
(1) 변단면부재의 허용휨응력 는 다음과 같이 산정한다.
(4.5-24)
(4.5-25)
식 (4.5-24)와 (4.5-25)에서,
(4.5-26)
(4.5-27)
(4.5-28)
(4.5-29)
여기서, :변단면 내 작은 단면에서 압축플랜지와 압축복부 부분의 1/3을 합한 단면의 복부 축에 대한 단면2차반경 (mm)
:압축플랜지의 단면적 (mm2)
③ 또한 는 다음과 같이 결정된다.
가. 연속 3구간으로 이루어진 부재에서 각 구간의 비지지길이가 거의 동일하고, 최대휨모멘트 가 가운데 구간에 존재하며 은 3구간 단부의 모멘트중 큰 모멘트일 때
(4.5-30)
나. 비지지길이가 거의 동일한 두 인접 구간 중 큰 단면을 갖는 구간에서 최대휨응력 가 발생하고, 은 부재의 2구간 중 작은 단부에서의 휨응력이면
(4.5-31)
다. 부재의 비지지길이가 거의 동일한 인접한 2구간 중 작은 단면의 단부에서 최대휨응력 가 발생하고, 은 부재의 2구간 중 큰 단면의 단부에서의 휨응력이면
(4.5-32)
식 (4.5-30)~ (4.5-32)에서, 높이 변화율 는 최대휨응력이 발생하는 비지지구간에서 산정한다. 또한 는 단곡률 휨의 경우 정(+)으로 하고, 복곡률 휨의 경우 으로 한다. 은 단곡률 휨의 경우 정(+)으로 하고, 복곡률 휨의 경우 는 부(-)로 한다. 또한 이다.
라. 변단면부재 또는 구간의 작은 단부에 발생된 휨응력이 0일 때
(4.5-33)
여기서, 높이 변화율 는 휨응력이 0인 점에 인접한 구간에서 산정한다.
4.5.5.5 허용전단응력
(1) 변단면부재의 허용전단응력은 4.5.3을 따른다.
4.5.5.6 휨과 축력 조합
(1) 이 규정은 복부가 일정하게 변하는 변단면부재의 강축에 대하여 휨과 압축이 동시에 작용하는 경우에 적용한다.
(2) 휨과 압축이 동시에 작용하는 경우 다음 식 (4.5-34)와 식 (4.5-35)를 만족하여야 한다.
(4.5-34)
(4.5-35)
(3) 인 경우에는 식 (4.5-34)와 식 (4.5-35) 대신에 다음 식 (4.5-36)을 적용할 수 있다.
(4.5-36)
여기서, : 휨모멘트가 없는 경우 허용압축응력 (MPa)
: 압축력이 없는 경우 허용휨응력 (MPa)
: 비지지길이 (mm)
: 에 해당하는 작은 단부에서의 단면2차 반경 (mm)
: 비지지 구간에서 최소 단면에서의 압축응력 (MPa)
: 비지지 구간에서 최대 단면에서의 휨응력 (MPa)
① 단곡률 휨을 일으키는 양단부 모멘트가 작용하고 양단부의 휨모멘트 크기가 거의 비슷할 경우
(4.5-37)
② 부재의 비지지 구간내 작은 단면의 단부에서 생기는 휨모멘트가 0일 경우
(4.5-38)
(4) 이고 조합응력을 전 구간에 걸쳐 점진적으로 검토할 경우에는 식 (4.5-34)와 식 (4.5-36)에서 대신에 , 대신에 를 적용할 수 있다.
4.5.6 플레이트 거더
4.5.6.1 일반규정
(1) 플레이트 거더는 H형 단면의 보로서 인 경우에 적용한다.
(2) 허용전단응력과 중간보강재 설계에 대해서는 4.5.3와 4.5.4의 해당하는 항을 적용하고, 인장역작용을 고려하는 경우 4.5.6.3과 4.5.6.4를 적용한다.
(3) 복부의 판폭두께비의 상한값은 보강재 간격 에 따라 다음과 같이 산정한다.
① 중간 보강재가 없는 경우 또는 인 경우
(4.5-39)
(4.5-40)
4.5.6.2 허용휨응력
(1) 복부판의 판폭두께비가 를 초과하는 경우에 압축플랜지의 최대허용휨응력 는 다음 식 (4.5-41)의 값을 초과하지 않아야 한다.
(4.5-41)
여기서, 4.5.2에서 산정된 허용휨응력 (MPa)
(하이브리드보가 아닌 경우 로 한다.)
: 복부판의 단면적 (mm2)
: 압축 플랜지 단면적 (mm2)
4.5.6.3 인장역 작용을 이용한 허용전단응력
(1) (2)항의 경우를 제외하고 복부판의 평균전단응력 는 식 (4.5-19)의 값을 초과할 수 없다.
(2) 하이브리드거더가 아닌 일반거더에서 중간보강재가 4.5.6.4의 규정을 만족시키고 ≤1.0 일 경우에는 식 (4.5-19)의 허용전단응력 대신에 인장역 작용을 고려한 다음 식 (4.5-42)를 적용할 수 있다.
(4.5-42)
4.5.6.4 중간 보강재
(1) 중간 보강재는 4.5.4 규정을 만족하여야 한다.
(2) 인장역 작용을 이용하여 단부 패널, 큰 구멍이 있는 패널, 큰 구멍이 있는 패널의 인접패널 등을 설계하는 경우 의 값은 식 (4.5-19) 이하이어야 한다.
(3) 복부판와 보강재를 접합하는 볼트의 중심간격은 300 mm 이하이어야 하고, 단속 필렛용접을 할 경우에 용접부의 순거리는 복부판 두께의 16배 이하이고 250 mm 이하로 한다.
(4) 복부판 중심축에 대한 양면 보강재 또는 단일 보강재의 단면2차모멘트 는 다음의 식 (4.5-43)을 만족하여야 한다.
(4.5-43)
(5) 식 (4.5-42)에 의해 간격이 설계된 중간보강재의 전체 단면적(양면일 경우 총단면적) 는 다음 식 (4.5-44)을 만족하여야 한다.
(4.5-44)
여기서, , , , 는 4.5.3을 참조
= 보강재의 항복강도에 대한 복부판의 항복강도의 비
= 1.0 : 양면 보강재
1.8 : 단일 ㄱ형강 보강재
2.4 : 단일 플레이트 보강재
패널의 전단응력 가 식 (4.5-42)의 값보다 작으면 전체 단면적 를 비례식으로 감소할 수 있다.
(6) 식 (4.5-42)에 의해 설계된 중간 보강재는 전체 전단력(단위길이당 전단력)을 전달하기 위해 연결되는데, 단일 또는 양면 보강재의 단위길이당 힘(N/mm)의 값이 식 (4.5-45)을 초과하여야 한다.
(4.5-45)
단, 인접패널의 최대전단응력 가 식 (4.5-42)의 허용치보다 작도록 같은 비율로 전단전달은 감소시킬 수 있다. 그러나, 집중하중이나 반력을 복부판에 전달하기 위한 중간 보강재의 용접은 하중이나 반력 이상을 지지하여야 한다.
(7) 중간 보강재에 집중하중이나 반력이 작용하지 않아서 지압내력이 필요하지 않으면 인장플랜지와 만나는 중간 보강재는 인장플랜지에 연결하지 않아도 된다. 중간 보강재와 복부판의 용접은 복부판와 플랜지의 용접단으로부터 복부판두께 ()의 4~6배 사이에서 끝을 낸다. 단일 보강재의 경우에는 플레이트의 비틀림에 의한 들림현상을 방지하기 위해 압축플랜지와 연결한다. 횡가새가 한쪽 또는 양쪽의 보강재에 설치될 경우에는 플랜지 응력의 1％를 가새가 부담하도록 하기 위해 보강재와 플랜지를 연결한다.
4.5.6.5 전단과 인장응력의 조합
(1) 인장역작용을 이용하기 위해 식 (4.5-42)에 의해 설계된 플레이트거더의 복부판에서 모멘트에 의한 휨인장응력 는 0.60 이하이어야 하고 다음 식 (4.5-46)를 만족하여야 한다.
(4.5-46)
여기서, : 복부판 평균전단응력 (복부판 단면적으로 나눈 전단응력)
: 식 (4.5.42)에 의한 복부판 허용전단응력
4.5.7 집중하중을 받는 플랜지 및 복부판
(1) H형 단면재에서 한쪽 플랜지에 수직이며 복부판에 대하여 대칭인 집중하중을 받는 경우에 플랜지 및 복부판은 플랜지의 국부휨, 복부판의 국부항복, 복부판 크립플링, 복부판 횡좌굴에 대하여 4.5.7.1, 4.5.7.2, 4.5.7.3, 4.5.7.4에 의해 설계한다.
(2) 양측의 플랜지에서 집중하중을 받는 경우에 복부판은 복부판 국부항복, 복부판 크리플링 및 복부판의 압축좌굴에 대하여 4.5.7.2, 4.5.7.3, 4.5.7.5에 의해 설계한다.
(3) 집중하중이 작용하는 점에서 복부판의 양측에 있는 1쌍의 보강재 높이가 작용면으로부터 단면높이의 1/2 이상이면 4.5.7.1 및 4.5.7.2의 검토를 하지 않아도 된다.
(4) 큰 전단력을 받는 기둥의 복부판은 4.5.7.6에 의해 설계한다.
(5) 보강재의 설계는 4.5.7.7에 따른다.
4.5.7.1 플랜지의 국부휨강도
플랜지의 두께가 식 (4.5-47)보다 작을 때, 인장플랜지 반대쪽에 1쌍의 보강재를 배치한다.
(4.5-47)
여기서, : 기둥의 항복강도 (MPa)
: 플랜지 또는 모멘트 접합판에 의하여 전달되는 힘(N)으로, 활하중과 고정하중만에 작용할 경우는 5/3을 곱하고, 활하중과 고정하중에 풍하중 또는 지진하중이 부가될 때는 4/3을 곱한다.
단, 플랜지 단면에 하중을 전달하는 부재의 폭이 플랜지 폭 의 0.15배 이하이면 식 (4.5-47)의 검토는 필요하지 않다.
4.5.7.2 복부판의 국부항복강도
(1) 집중하중에 의한 복부판 필렛 선단부의 압축응력이 를 초과하면 보강재를 배치한다.
(2) 인장 또는 압축 집중력의 작용점이 부재 단부에서 부재 높이 이상 떨어져 있을 때
(4.5-48)
(3) 상기 집중력의 작용점이 부재 단부에서 부재 높이 보다 작은 거리에 있을 때
(4.5-49)
여기서, : 집중력 또는 반력 (N)
: 플랜지 표면에서 복부판 필렛 선단까지의 거리 (mm)
: 집중력이 작용하는 폭 (단부 반력인 경우 이상의 값) (mm)
: 복부판의 두께 (mm)
4.5.7.3 복부판의 크립플링강도
(1) 압축력이 다음 제한값을 초과할 때 집중력을 받는 복부판에 보강재를 배치한다.
① 집중력이 재단에서 이상 떨어진 위치에서 작용할 때
(4.5-50)
② 집중력이 재단에서 미만 떨어진 위치에서 작용할 때
(4.5-51)
여기서, : 복부판의 항복강도 (MPa)
: H형 단면재의 전체 높이 (mm)
: 플랜지의 두께 (mm)
(2) 보강재의 길이가 복부판 높이 1/2 이상이면, 식 (4.5-50)과 식 (4.5-51)의 검토는 필요하지 않다.
4.5.7.4 복부판의 횡좌굴강도
(1) 집중 압축하중을 받는 부재가 보강재 또는 가새에 의해 플랜지의 횡방향 이동이 구속되어 있지 않고 압축력이 다음의 제한값 을 초과할 때, 복부판에 지압형 보강재를 설치한다.
① 하중을 받는 플랜지가 회전에 대해 구속되어 있고 가 2.3미만일 때
(4.5-52)
② 하중을 받는 플랜지가 회전에 대해 구속되어 있지 않고 가 1.7미만일 때
(4.5-53)
여기서, : 하중점에서 각 플랜지의 횡방향 비지지길이 (mm)
: 플랜지의 폭 (mm)
: 필렛 부분을 공제한 복부판의 순 높이(mm)
(2) 다만, 의 값이 2.3 또는 1.7을 초과하거나 복부판가 등분포하중을 받는 경우 식 (4.5-52) 또는 식 (4.5-53)의 검토는 필요하지 않다.
4.5.7.5 복부판의 압축좌굴강도
(1) 필렛 반경을 감한 복부판의 순높이 가 식 (4.5-54)보다 큰 경우, 양쪽 플랜지에 집중력을 받는 비보강 복부판에 대하여 1개 또는 1쌍의 보강재를 압축플랜지 반대편에 배치한다.
(4.5-54)
여기서, : 접합부에서의 보 플랜지의 내력(N)
: 기둥 복부판의 두께 (mm)
: 기둥의 항복강도 (MPa)
4.5.7.6 패널영역의 전단강도
(1) 큰 전단력을 받는 패널영역의 경우, 패널영역의 허용전단응력은 4.5.3에 따라 산정한다.
(2) 패널영역의 전단응력은 다음 식에 따라 산정한다.
(4.5-55)
: 기둥단면의 높이 (mm)
: 기둥 단면의 복부판 두께 (mm)
: 양단보의 휨모멘트 (N·mm)
: 보의 높이 (mm)
: 보 플랜지의 두께 (mm)
: 기둥의 전단력 (N)
4.5.7.7 집중하중이 작용하는 부분의 보강재
(1) 보 또는 기둥의 중간부에 집중력이 작용하는 점 또는 보 단부에서는 필요시 4.5.7.1~4.5.7.5에 따라 복부판의 양측에 한 쌍의 보강재를 배치한다.
(2) 4.5.7.1, 4.5.7.2 또는 식 (4.5-56)에 따라 보강재가 필요한 경우, 다음의 경우를 제외하고 보강재의 길이를 복부판 높이의 절반보다 길게 할 필요가 없다. 4.5.7.3과 4.5.7.5에 따라 보강재를 산정하는 경우, 복부판 높이 전체에 한 쌍의 보강재를 배치하고, 부재 중간(복부판 유효폭 25 ) 및 단부(복부판 유효폭 12 )의 보강재는 ＋자형 단면으로서 유효좌굴길이 의 압축부재로 4.4.3에 따라 설계한다.
(3) 플랜지에 수직으로 작용하는 힘이 인장력인 경우, 보강재는 집중력을 받는 플랜지에 용접한다. 플랜지에 수직으로 작용하는 힘이 압축력의 경우, 보강재는 집중력을 받는 플랜지에 밀착시키거나 용접한다.
(4.5-56)
여기서, : 보강재 항복강도 (MPa)
: 기둥플랜지 표면에서 복부판 필렛 선단까지의 거리 (mm)
: 집중력을 전달하는 플랜지 또는 접합판의 두께 (mm)
(4) 보 단부 접합에서 플랜지 또는 모멘트 접합판을 H형단면 기둥의 플랜지에 용접할 때, 식 (4.5-56)의 단면적가 양(＋)이면 그 이상의 값을 갖는 기둥의 복부판 보강재 1쌍을 배치한다.
(5) 4.5.7.1, 4.5.7.4 및 식 (4.5-56)에 의한 보강재는 다음 기준에 따른다.
① 각 보강재의 폭과 기둥 복부판 두께 1/2의 합은 집중력을 전달하는 플랜지폭 또는 판폭의 1/3 이상으로 한다.
② 보강재의 두께는 집중력을 전달하는 플랜지 또는 판 두께의 1/2 이상으로 한다.
③ 기둥 복부판에 용접된 보강재는 기둥 불균형모멘트에 의해 유발되는 힘을 전달하도록 크기를 정한다.
4.6 조합력을 받는 부재
4.6.1 일반규정
(1) 이 절은 축력과 휨모멘트를 받는 1축 또는 2축 대칭인 단면재에 적용한다.
4.6.2 축압축과 휨
(1) 축압축과 휨을 함께 받는 부재는 다음 식 (4.6-1)과 식 (4.6-2)를 만족하여야 한다.
(2) 다만, 일 경우 식 (4.6-1)과 식 (4.6-2) 대신에 식 (4.6-3)을 적용할 수 있다.
여기서, : 압축력만이 존재할 때의 허용압축응력 (MPa)
: 휨모멘트만이 존재할 때의 허용휨응력 (MPa)
= : 안전율을 포함한 오일러 좌굴응력 (MPa)
: 휨부재의 비지지길이 (mm)
: 에 대응하는 단면2차반경 (mm)
: 좌굴길이계수
: 축압축응력 (MPa)
: 휨압축응력 (MPa)
: 1) 휨면 내에서 절점의 이동이 구속되고, 그 지지점 사이에 수평하중을 받지 않는 골조 내에서 구속된 압축부재의 경우 :
여기서, 는 휨면 내에서 구속되지 않은 부재 양단부 모멘트 중 큰 단부모멘트에 대한 작은 단부모멘트의 비율이다. 그리고의 부호는 부재가 단곡률 휨인 경우 부(-), 복곡률 휨인 경우 정(+)이다.
2) 하중면 내에서 절점 이동이 구속되어 있고, 그 지지점 사이에 수평하중을 받는 골조 내의 압축부재에 대해서 의 값은 엄밀한 해석에 의하지 않는 경우 다음 값을 따른다.
단부회전이 구속된 부재의 경우 : = 0.85
단부회전이 구속되지 않은 부재의 경우 : = 1.00
4.6.3 축인장과 휨
(1) 축인장과 휨을 함께 받는 부재는 다음 식 (4.6-5)를 만족하여야 한다.
(4.6-5)
여기서, : 허용인장응력 (MPa)
: 축인장응력 (MPa)
: 휨인장응력 (MPa)
4.7 합성부재
4.7.1 일반규정
4.7.1.1 적용범위
(1) 이 절은 압연형강, 용접형강, 조립형강이 구조용 콘크리트와 함께 거동하도록 구성된 합성기둥과 합성보에 적용한다.
4.7.1.2 골조해석 기본사항
(1) 합성부재 및 접합부의 내력 산정을 위해서는 작용하중 단계마다 적용되는 유효단면을 적절히 고려하여야 한다.
(2) 합성기둥의 압축강성과 휨강성은 정확한 계산에 의하지 않을 경우, 철근 단면을 제외한 콘크리트의 전체 단면과 강재 단면만의 완전합성으로 환산하여 환산단면적과 환산단면2차모멘트를 계산할 수 있다.
(3) 연속합성보의 휨강성 산정에서 환산단면2차모멘트 값은 정모멘트 구간의 값으로 사용하며, 보의 경간 전체에 대해서 균등하다고 가정할 수 있다.
(4) 합성단면으로서의 콘크리트에 하중이 지속적으로 작용하는 경우 콘크리트 크리프에 의한 영향을 고려한다.
(5) 콘크리트 건조수축에 의한 영향을 고려한다.
4.7.2 압축부재
4.7.2.1 적용범위
(1) 이 규정은 철근콘크리트 단면 내에 강재 형강이 매입된 매입형 합성기둥과 강관 내부에 콘크리트를 충전한 충전형 합성기둥에 적용한다.
(2) 합성기둥의 단면형상은 2축 대칭이어야 하며, 전체 길이에 걸쳐 등단면이어야 한다.
4.7.2.2 구조 제한
(1) 매입형과 충전형 합성기둥의 공통적인 구조 제한
① 합성기둥 단면에서의 강재 단면적은 총단면적의 1% 이상으로 한다.
② 콘크리트의 설계기준강도는 21 MPa 이상으로 한다.
③ 강재와 철근의 설계기준 항복강도는 650 MPa 이하로 한다. 다만, 교량의 합성기둥인 경우, 공칭압축강도 계산을 위한 강재의 길이방향 철근의 항복강도는 420 MPa 를 넘지 않도록 한다.
④ 기둥과 보의 접합부에서 합성기둥의 유효단면을 연속적으로 확보하기 위해서는 콘크리트의 불완전 충전 등 접합부위에서 단면 결손이 생겨서는 안 된다.
(2) 매입형 합성기둥의 구조 제한
① 주철근비는 0.4% 이상이며 4% 미만으로 한다. 주철근비가 0.4% 미만으로 합성될 경우, 철근 및 콘크리트 효과를 무시하고 강재단면만으로 설계할 수 있다.
② 합성기둥 내의 띠철근 배치간격은 기둥단면 최소폭의 2/3 또는 300 mm 이하로 하며 기둥 상하단에서 첫 번째 철근은 일반 띠철근 간격의 1/2 이내로 배치한다. 또한, 띠철근의 단면적비는 다음 식을 만족하여야 한다.
여기서, : 띠철근 총단면적 (mm2)
: 장변방향의 기둥 폭 (mm)
: 띠철근 간격 (mm)
③ 철근의 피복두께는 40 mm 이상이어야 하며, 강재와 철근과의 간격은 25 mm 이상이어야 한다.
④ 모든 주근은 띠철근의 모서리에 위치하거나 보조 띠철근으로 긴결되어 국부좌굴이 방지되도록 구속되어야 한다. 다만, 어떤 주근의 좌우 150 mm 이내에 띠철근의 모서리가 있는 경우에 이 주근도 국부좌굴에 대해 구속된 것으로 간주한다.
(3) 충전형 합성기둥의 구조 제한
① 각형강관의 판폭두께비는 이하이며, 원형강관의 지름두께비 는 이하이어야 한다.
② 주근이 포함될 경우, 주근비는 4% 미만이어야 한다.
4.7.2.3 단면성능
합성기둥 부재의 허용응력 산정에서 사용되는 단면적, 항복강도, 단면2차반경, 탄성계수는 다음과 같다.
(1) 합성단면적
합성단면적은 강재만의 단면적를 사용한다.
(2) 합성항복강도
① 매입형 합성기둥
② 충전형 각형강관 합성기둥
(4.7-4)
③ 충전형 원형강관 합성기둥
(4.7-5)
여기서, : 주근 항복강도 (MPa)
: 주근 단면적 (mm2)
: 콘크리트 단면적 (mm2)
: 원형강관 두께 (mm)
: 원형강관 외경 (mm)
(3) 합성단면의 단면2차회전반경
(4.7-6)
여기서, : 강재만의 단면2차회전반경 (mm). 다만, 매입형 합성기둥에서 가 합성단면 폭의 0.3배 이하인 경우에는 0.3배의 값으로 한다.
(4) 합성탄성계수
기둥의 좌굴을 고려시에만 사용하는 합성탄성계수는 다음과 같다.
(4.7-7)
② 충전형 합성기둥
(4.7-8)
여기서, 는 KDS 14 20 10(4.3)에 따른다.
(5) 합성단면계수
(4.7-9)
(4.7-10)
여기서, : 강재의 단면계수 (mm3)
: 강재의 복부판 단면적 (mm2)
: 휨면에 대한 기둥 전체 단면의 폭 (mm)
: 휨면에 대한 기둥 전체 단면의 높이 (mm)
: 압축측 주근 중심으로부터 측정한 압축측 콘크리트 면까지의 거리와 인장측 주근 중심으로부터 측정한 인장측 콘크리트 면까지의 거리의 평균값 (mm)
4.7.2.4 합성기둥의 허용응력
(1) 허용압축응력
합성기둥의 허용압축응력 산정은 4.4의 강재 허용압축응력 산정방법과 동일하며, 다만 합성부재의 단면성능 ,,,을 4.4의 압축부재 식의 ,,, 대신에 각각 적용하여 산정한다.
(2) 허용휨응력
(4.7-11)
(4.7-12)
(3) 허용전단응력
(4.7-13)
4.7.2.5 매입형 합성기둥에서 이음부와 주각의 축하중 전달
(1) 기둥 이음부의 축하중 전달
① 합성기둥에서 콘크리트가 부담하는 허용압축력는 이음부 콘크리트의 지압에 의해 지지되도록 다음 식을 만족하여야 한다.
(4.7-14)
다만, 이어야 한다.
: 이음부 상하에서 콘크리트가 직접 접촉하는 지압면의 면적 (mm2)
: 이음부 상부의 재하면적으로부터 수직 1, 수평 2의 비율로 측면경사를 취하여, 지지부 내부에 완전히 포함된 가장 큰 피라미드, 원뿔 또는 경사진 쐐기 모양의 하부 면적 (mm2)
② 합성기둥의 이음부 콘크리트가 횡팽창에 대해 구속되었을 경우에는 다음 식에 따른다.
(4.7-15)
(2) 주각부의 축하중 전달
① 베이스플레이트 밑면의 콘크리트 지압
합성기둥 주각부에 설치되는 베이스플레이트는 다음 식으로 산정한다.
(4.7-16)
: 베이스플레이트의 면적 (mm2)
② 합성기둥 밑면 전체 단면에 대한 콘크리트의 지압
합성기둥 주각부 밑면의 전체 단면에 대한 콘크리트의 지압은 다음과 같이 검토한다.
(4.7-17)
여기서, : 합성기둥 주각부 밑면의 전체 단면적 (mm2)
: 합성기둥 상부의 재하면적으로부터 수직 1, 수평2의 비율로 측면경사를 취하여, 지지부 내부에 완전히 포함된 가장 큰 피라미드, 원뿔 또는 경사진 쐐기 모양의 하부 면적 (mm2)
③ 합성기둥에서 콘크리트가 부담하는 허용압축력는 베이스플레이트 면적을 제외한 합성기둥 단면이 직접 접촉하는 콘크리트 지압면의 허용지압강도를 초과할 수 없다.
(4.7-18)
4.7.3 휨 부재
4.7.3.1 적용범위
(1) 이 규정은 압연형강 또는 용접형강이 구조용 콘크리트와 함께 거동하는 합성보에 적용한다. 강재 보의 형강은 좌우 대칭인 단면이어야 하며, 하이브리드보 단면을 사용할 수 있다.
(2) 이 규정은 노출형 합성보와 매입형 합성보 모두에 적용한다.
(3) 노출형 합성보는 강재 보와 콘크리트 슬래브가 전단연결재로 연결되어야 하며, 일정한 두께의 콘크리트 슬래브나 데크플레이트를 사용한 슬래브 모두에 해당된다.
(4) 노출형 합성보는 전단연결재의 사용 정도에 따라 완전합성보와 불완전합성보로 분류하며, 불완전합성보는 작은보에만 허용된다.
4.7.3.2 구조 제한
(1) 데크플레이트와 결합된 노출형 합성보
① 동바리를 사용하지 않을 경우, 콘크리트가 설계기준강도의 75%에 도달하기 전에 작용하는 모든 시공하중을 지지할 수 있도록 강재단면을 설계하여야 한다.
② 데크플레이트의 공칭 골 깊이는 75 mm 이하이어야 하며, 골의 폭 또는 헌치의 평균 폭 은 50 mm 이상이어야 한다.
③ 콘크리트 슬래브와 강재 보를 연결하는 스터드연결재는 지름이 22 mm 이하이어야 하며, 부착 후 데크플레이트 상단 위로 35 mm 이상 돌출되어야 한다.
④ 데크플레이트 상단 위의 콘크리트 두께는 50 mm 이상이어야 한다.
(2) 매입형 합성보
① 강재보의 측면과 하부는 피복두께가 50 mm 이상이어야 한다.
② 강재보의 상단은 슬래브의 상부 면에서 최소 40 mm 아래에, 슬래브 하부 면에서 최소 50 mm 위에 설치되어야 한다.
③ 콘크리트는 탈락 방지를 위하여 스터럽, 와이어메시 또는 기타 철물로 적절하게 보강되어야 한다.
4.7.3.3 합성보의 유효폭
(1) 보 중심을 기준으로 좌우 각 방향에 대한 콘크리트 슬래브의 유효폭은 다음 중에서 최솟값을 택하여 결정한다.
(1) 보 스팬(지지점의 중심간)의 1/8
(2) 보 중심선에서 인접 보 중심선까지 거리의 1/2
(3) 보 중심선에서 슬래브 가장자리까지의 거리
4.7.3.4 단면설계 가정
(1) 데크플레이트 골 내부의 콘크리트
① 데크플레이트의 골 방향이 강재 보와 평행인 경우에는 골 내부의 콘크리트를 단면특성 계산에 포함할 수 있고, 강재 보에 직각인 경우에는 포함할 수 없다.
② 강재보에 직각인 경우에 있어서 데크플레이트가 연속하지 않고 절단 및 격리되어 있으면, 격리된 부분에 채워진 콘크리트는 포함할 수 있다.
(2) 응력분포와 환산단면
합성부재의 각 부분 응력은 탄성응력분포로 가정하며, 인장측 콘크리트 단면은 무시하고, 압축측 콘크리트 단면은 탄성계수비로 나눈 환산단면으로 취급한다.
(3) 횡좌굴
정모멘트의 경우에는 슬래브의 구속 효과에 의해 보의 횡좌굴을 고려하지 않아도 되며, 부모멘트의 경우에는 하부 플랜지가 압축력을 받으므로 횡좌굴을 고려하여야 한다.
(4) 불완전합성보의 단면성능
① 유효단면2차모멘트
(4.7-19)
여기서, : 완전합성보의 수평전단력 (N)
: 불완전합성보의 수평전단력 (N)
: 합성보의 환산단면2차모멘트 (mm4)
② 인장측 유효단면계수
(4.7-20)
여기서, : 강재 보만의 인장측에 대한 환산단면계수 (mm3)
: 합성보의 인장측에 대한 환산단면계수 (mm3)
③ 압축측 유효단면계수
(4.7-21)
여기서, : 합성보의 압축측에 대한 환산단면계수 (mm3)
(5) 장기하중에 대한 허용휨응력
① 강재 부분
(4.7-22)
② 콘크리트 부분
(4.7-23)
4.7.3.5 노출형 합성보의 정모멘트에 대한 설계
(1) 시공 중에 동바리를 설치하지 않는 경우
① 시공하중을 포함하여 콘크리트 경화 이전의 하중에 대한 강재 보 단면만의 응력은 단기허용휨응력 이하이어야 한다.
② 건축물 사용시의 고정하중 및 활하중에 대한 합성단면의 강재 부분 응력은 허용휨응력 이하이어야 한다.
③ 콘크리트 경화 이전의 하중에 대한 강재 보 단면만의 응력과 콘크리트 경화 이후의 하중에 대한 합성단면의 강재 부분 응력의 합은 이하이어야 한다.