TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
(1) KDS 41 40 10은 건축물에 사용하는 강-콘크리트 합성구조(이하 합성구조)의 재료 및 상세, 해석, 설계, 실험 및 성능입증 등 기술적인 사항을 규정함으로써 합성구조 건축물의 안전성, 사용성 및 내구성을 확보하는 것을 그 목적으로 한다.
(1) 이 기준은 강-콘크리트 합성구조의 건축물 및 공작물의 설계와 시공에 적용한다.
(2) 이 기준은 강판, 압연 또는 용접 형강 및 강관이 구조용 콘크리트와 일체화된 합성부재와 그 접합부의 설계에 적용하며, 적용 범위와 대상은 다음에 따른다.
① KDS 41 30 20의 재료, 상세 및 구조 제한을 만족하는 합성부재와 그 접합부의 설계는 KDS 41 30 20에 따른다.
② KDS 41 30 20에 지정된 재료, 상세 또는 구조 제한을 만족하지 못하는 합성구조와 강재기여도가 작아서 콘크리트구조에 가까운 합성구조의 설계는 이 기준에 따른다. 이때 1.7에 따라서 구조성능이 실험적으로 입증되어야 한다.
③ 건축구조기준(KDS 41 00 00)에 지정되지 않은 구조재료, 공법 또는 설계방법을 사용한 합성구조의 설계는 이 기준에 따른다. 이때 1.7에 따라서 구조성능이 실험적으로 입증되어야 한다.
· KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계기준
· KDS 14 30 05 강구조설계 일반(하중저항계수설계법)
· KDS 14 30 10 강구조 부재 설계기준(하중저항계수설계법)
· KDS 41 12 00 건축구조기준 설계하중
· KDS 41 30 20 강합성구조 설계기준
● 강도감소계수：구조부재의 파괴모드 및 파괴결과가 부차적으로 유발하는 위험도를 반영하기 위한 계수
● 고연성도시스템：높은 수준의 비탄성 연성거동과 지진에너지 흡수능력이 요구되는 지진력저항시스템으로서, 특수모멘트골조, 특수전단벽 등 특수구조시스템이 포함된다.
● 공칭강도：하중효과에 저항하기 위한 구조체 혹은 구조부재의 강도로서, 규정된 재료강도 및 부재치수를 사용하여 계산된 값 (저항계수가 적용되지 않은 값)
● 구조해석：구조역학의 원리에 근거하여 구조부재 또는 접합부에 작용하는 하중효과를 산정하는 것
● 국부좌굴：부재 전체의 파괴를 유발할 수도 있는 압축판 요소의 좌굴
● 노출형 합성보：강재단면이 철근콘크리트에 완전히 매입되지 않으며 기계적 전단연결재에 의해 철근콘크리트슬래브나 합성슬래브와 합성적으로 거동하는 합성보
● 매입강재：철근콘크리트에 매입된 강재단면
● 매입형 합성부재：콘크리트 단면과 하나 이상의 매입강재로 이루어진 합성부재
● 변형률적합법：각 재료의 응력-변형도 관계와 단면의 중립축에 대한 위치를 고려하여 합성부재의 응력을 결정하는 방법
● 비조밀단면：국부좌굴이 발생하기 전에 압축요소에 항복응력이 발생할 수 있으나 회전능력이 3을 갖지 못하는 합성단면
● 비조밀판요소：판폭두께비 가 를 초과하고 이하인 압축 판요소
● 사용성 한계상태：구조물의 외형, 유지 및 관리, 내구성, 사용자의 안락감 또는 기계류의 정상적인 기능 등을 유지하기 위한 구조물의 능력에 영향을 미치는 한계상태
● 설계강도：공칭강도와 강도저감계수의 곱 또는 재료설계강도계수가 곱해진 재료강도를 사용하여 산정한 부재강도
● 설계하중：이 기준에 따라 건축물이 저항해야 하는 하중
● 세장단면：탄성범위 내에서 국부좌굴이 발생할 수 있는 세장판요소가 있는 합성단면
● 세장판요소：판폭두께비 가 을 초과하는 압축 판요소
● 소성모멘트：부재에 작용하는 휨모멘트가 완전소성에 도달하여 단면이 전체적으로 항복하는 것
● 소요강도：하중조합에 대한 구조해석에 의해 산정된 구조부재에 작용하는 힘, 응력 또는 변형을 지칭 (2차효과에 의한 부재력 및 변형의 증가를 포함함)
● 완전합성보：충분한 개수의 전단연결재를 사용하여 합성단면의 공칭소성휨강도를 발휘하는 합성보
● 저연성도시스템：낮은 수준의 비탄성 연성거동과 지진에너지 흡수능력이 요구되는 지진력저항시스템으로서, 보통모멘트골조, 보통전단벽 등 보통시스템이 포함됨
● 전단연결재：합성부재의 두 가지 다른 재료 사이의 전단력을 전달하도록 강재에 용접되고 콘크리트 속에 매입된 스터드, ㄷ형강, 플레이트 또는 다른 형태의 강재
● 조밀단면：소성응력분포가 발생할 수 있고 국부좌굴이 발생하기 전에 약 3 이상의 곡률연성비(회전능력)를 발휘할 수 있는 합성단면
● 조밀판요소：판폭두께비 가 를 초과하지 않는 압축 판요소
● 중연성도시스템：중간 수준의 비탄성 연성거동과 지진에너지 흡수능력이 요구되는 지진력저항시스템으로서, 중간모멘트골조 등 중간구조시스템이 포함됨
● 재료설계강도계수：해석모델의 불확실성과 강재, 콘크리트, 철근 등 각 재료 특성값의 편차 가능성을 고려하기 위한 안전계수
● 충전형 합성부재：콘크리트로 충전된 사각, 원형 등 강관으로 이루어진 합성부재
● 패널부：접합부에서 보와 기둥이 교차하는 부분으로 전단응력이 지배적으로 작용하는 영역
● 표면지압판：철근콘크리트 벽이나 기둥 안에 묻히는 강재에 접합되는 스티프너로 철근콘크리트의 표면에 위치하여 구속력을 제공하고 하중을 직접 지압에 의해 콘크리트에 전달하는 판
● 타이：매입형 합성기둥에서 강재코어 주위의 콘크리트 또는 강재로 둘러싸인 심부콘크리트를 구속하는 역할을 하는 폐쇄형의 횡철근 또는 횡방향 강재요소
● 한계상태：구조체 또는 구조요소가 사용하기에 부적당하게 되고 의도된 기능을 더 이상 발휘하지 못하는 상태(사용성한계상태) 또는 극한하중지지능력에 도달한 상태(강도한계상태)
● 합성：합성부재 및 접합부 내부에서 힘을 분산하여 강재요소와 콘크리트요소가 일체로서 거동하는 조건
● 항복모멘트：합성단면의 연단에 배치된 강재가 인장 항복에 도달하는 시점의 모멘트저항강도
：합성단면의 콘크리트 단면적, mm2
：합성단면의 강재 단면적, mm2
：합성단면의 철근 단면적, mm2
：원형강관의 외경, mm
：강재 또는 강관의 국부좌굴강도, MPa
：강재 또는 강관의 항복강도, MPa
：설계모멘트강도, N·mm
：소성모멘트, N·mm
：항복모멘트, N·mm
：설계압축강도 최댓값, N
：각형강관에서 압축 판요소 폭(내측 치수), mm
：횡구속 콘크리트의 압축강도, MPa
：횡구속에 의한 유효압축응력, MPa
：각형강관 또는 원형강관의 압축 판요소 두께, mm
：콘크리트의 한계압축변형률
：횡구속 콘크리트의 한계압축변형률
：강재 판요소의 폭두께비
：조밀판요소에 대한 판폭두께비 제한값
：비조밀판요소에 대한 판폭두께비 제한값
：콘크리트 재료설계강도계수(= 0.65)
：철근의 재료설계강도계수(= 0.90)
：강재의 재료설계강도계수(= 0.9)
(1) 이 기준에 따른 합성구조 건축물 및 공작물은 모든 하중조합에 대하여 강도한계상태 및 사용성한계상태의 요구조건을 만족하여야 한다. 성능목표에 따라 안전성과 사용성을 유지하고, 설계수명과 유지비용을 고려하여야 한다. 또한 적절한 수준의 신뢰성을 가지고 사용기간 동안 예상되는 모든 하중작용과 기타 영향에 대하여 기능성과 내구성이 유지되어야 한다. 설계하중, 강도, 안정성, 사용성, 내구성 등에 대한 기본 원칙은 KDS 41 20 00 (1.6) 및 KDS 41 30 10 (1.6)을 따른다.
1.7 구조성능 검증 요구사항
(1) 이 기준에 따라서 설계하는 합성구조의 휨강도, 휨-압축강도, 전단강도, 부착강도, 하중전달, 내진성능은 실험적으로 그 성능이 입증되어야 한다. 이를 위한 절차, 방법, 요구사항은 KDS 41 10 10 및 이 기준 4.5를 따른다.
1.8 구조설계도서
(1) 합성구조의 구조설계도서는 KDS 41 20 00 (1.7) 및 KDS 41 30 10 (1.7)을 따른다.
3.1 콘크리트 및 철근
(1) 합성구조에 사용하는 콘크리트 및 철근의 재료특성은 KDS 41 20 10 (3.)을 따른다. 다만, 1.7과 4.5에 따라 구조성능이 검증된 재료를 사용할 수 있다.
3.2 강재, 볼트, 용접재료 및 스터드앵커
(1) 합성구조에 사용하는 강재, 볼트, 용접재료 및 스터드앵커의 재료특성은 KDS 41 30 10 (3.) 을 따른다. 다만, 1.7과 4.5에 따라 구조성능이 검증된 재료를 사용할 수 있다.
(1) 데크플레이트, 합성슬래브, 강재거푸집 등에 사용되는 판금재의 재료성질은 관련 KS규격에 적합해야 한다.
(1) 하중, 하중조합 및 소요강도는 KDS 41 30 20 (1.6) 을 따른다. 소요강도는 이차효과에 의한 모멘트 증폭을 고려하여 결정되어야 한다.
(2) 강도설계는 KDS 41 30 20에 따라 산정된 설계강도가 소요강도보다 작지 않도록 수행한다. 설계강도의 산정은 4.2 또는 4.3에 따른다.
(3) 합성모멘트골조의 보-기둥 접합부 설계는 4.4와 4.2.13을 따른다.
(4) 그 외 합성구조의 안정성설계, 접합부설계, 사용성설계, 피로설계, 내화설계, 부식설계 등은 KDS 41 30 20을 따른다.
4.1.2 합성단면 분류
4.1.2.1 원칙
(1) 합성단면에 사용된 압축강재요소는 합성거동에 따른 국부좌굴 여부에 따라 조밀판요소, 비조밀판요소, 세장판요소로 구분한다. 합성단면은 그 단면에 포함된 압축강재요소들 중 가장 불리한 것을 기준으로 조밀단면, 비조밀단면, 세장단면으로 구분한다.
① 조밀단면: 단면을 구성하는 모든 압축강재요소가 조밀판요소인 경우
② 비조밀단면: 단면을 구성하는 요소 중 하나 이상의 압축강재요소가 비조밀판요소이며 세장판요소는 없는 경우
③ 세장단면: 단면을 구성하는 요소 중 하나 이상의 압축강재요소가 세장판요소인 경우
(2) 콘크리트 단면 내부에 매입되지 않은 압축강재요소는 KDS 14 31 10 (4.2.1) 에 따라 조밀판요소, 비조밀판요소 또는 세장판요소로 분류한다. 콘크리트 단면 내부에 매입되었거나 또는 콘크리트에 접하는 압축강재요소는 콘크리트에 의한 횡지지 효과를 고려할 수 있다.
(3) 노출형 합성보, 매입형 합성부재, 충전형 합성단면은 각각 4.1.2.2, 4.1.2.3, 4.1.2.4에 따라 분류할 수 있다. 그 외의 합성부재는 별도 해석 또는 실험을 통해 압축강재요소 및 합성단면을 분류하여야 한다.
(4) 시공 중 안전성을 검토하는 경우, 응력상태, 지지조건 및 합성거동 여부를 고려하여 강재단면 또는 합성단면을 분류한다. 시공 중인 강재단면과 합성단면 단면분류는 각각 KDS 14 31 10 (4.2.1) 과 이 기준의 4.1.2.2~4.1.2.4를 따른다.
4.1.2.2 노출형 합성보
(1) 전단연결재에 의하여 콘크리트슬래브에 접합된 강재단면의 플랜지는 조밀판요소로 분류한다. 이때 전단연결재는 KDS 41 30 20 (4.1.3), (4.1.8)의 상세 요구사항을 만족하여야 한다.
(2) 콘크리트슬래브와 직접 접하지 않는 강재단면의 웨브와 플랜지는 KDS 14 31 10 (4.2.1) 에 따라 조밀판요소, 비조밀판요소 또는 세장판요소로 분류한다.
4.1.2.3 매입형 합성부재
(1) 강재단면이 콘크리트 내부에 매입되어 있어 국부좌굴이 방지된 매입형 합성부재는 조밀단면으로 분류할 수 있다.
(2) 조밀단면으로 분류되는 매입형 합성부재는 다음 중 하나를 만족해야 한다.
① KDS 41 30 20 (4.1.2.1) 의 상세 요구사항
② 해석이나 실험을 통하여 압축강재요소의 국부좌굴이 억제됨을 입증해야 한다.
4.1.2.4 충전형 합성부재
(1) 압축과 휨을 받는 충전형 합성부재의 단면분류는 KDS 41 30 20 (4.1.1.4) 을 따른다.
4.2 강합성구조설계기준에 따른 설계
(1) 4.5의 실험적 입증을 통하여 노출형 합성보, 매입형 합성부재 및 충전형 합성부재와 그 접합부의 구조성능이 KDS 41 30 20에 규정된 공칭강도를 만족하는 경우, KDS 41 30 20의 재료, 상세 및 구조 제한과 관계없이 KDS 41 30 20에 따라 설계할 수 있다.
4.2.2 축력을 받는 부재
(1) KDS 41 30 20 (4.1.2) 을 따른다.
4.2.3 휨을 받는 부재
(1) KDS 41 30 20 (4.1.3)을 따른다.
4.2.4 전단강도
(1) KDS 41 30 20 (4.1.4)을 따른다.
4.2.5 휨과 축력의 조합
(1) KDS 41 30 20 (4.1.5) 을 따른다.
4.2.6 하중전달
(1) KDS 41 30 20 (4.1.6)을 따른다.
4.2.7 합성다이어프램 및 하중수집보
(1) KDS 41 30 20 (4.1.7) 을 따른다.
4.2.8 전단연결재
(1) KDS 41 30 20 (4.1.8)을 따른다.
4.2.9 합성트러스
(1) KDS 41 30 20 (4.1.9) 을 따른다.
4.2.10 합성접합부
(1) KDS 41 30 20 (4.1.10) 및 4.4를 따른다.
4.2.11 합성데크슬래브
(1) KDS 41 30 20 (4.1.11) 을 따른다.
4.2.12 특수한 경우
(1) 합성구조가 4.2.1에서 4.2.11까지의 요구사항을 만족하지 못하는 경우, 전단연결재의 강도와 합성구조의 상세는 4.5에 따라 실험을 통하여 결정하여야 한다.
4.2.13 합성구조의 내진설계
(1) KDS 41 30 20 (4.2)를 따른다.
4.3 성능 입증 설계
(1) KDS 41 30 20에 지정되지 않은 재료, 상세 또는 공법을 사용한 합성구조의 설계는 1.7에 따른 구조성능의 실험적 입증을 통해 이 기준의 4.3에 따라 수행한다.
(2) 합성단면의 설계강도(휨-축 상호작용 강도)는 4.3.2의 응력분포법 또는 변형률적합법으로 산정한다. 재료, 상세 및 공법에 따른 강도 산정 방법의 허용 범위는 다음과 같다.
① KDS 41 30 20에 지정된 재료, 상세 및 공법이 사용된 합성부재에는 응력분포법 및 변형률적합법이 모두 허용된다.
② KDS 41 30 20에 지정되지 않은 재료, 상세 또는 공법을 사용한 합성부재에는 4.5에 따라 실험에 의해 구조성능이 검증된 경우에 한하여 변형률적합법만이 허용된다.
(3) 국부좌굴, 콘크리트 횡구속 등을 고려한 재료의 유효 응력-변형률 관계는 4.3.3을 따른다.
(4) 축력, 휨 또는 휨-축력 조합에 대한 합성단면의 설계강도 산정은 4.3.4을 따른다.
(5) 합성부재 및 접합부의 전단설계, 하중도입부 설계, 전단연결재(강재앵커) 설계는 각각 4.2.4, 4.2.6, 4.2.8을 따른다. 단, 접합면에서 전단연결재는 완전합성으로 설계되어야 한다.
4.3.2 합성단면의 강도 산정 방법
(1) 휨 또는 휨과 축력의 조합에 저항하는 합성단면의 강도는 응력분포법 또는 변형률적합법으로 결정할 수 있다.
(2) 합성단면의 강도 산정시 콘크리트의 인장저항은 무시한다.
(3) 강재가 외부에 노출된 노출형 합성보와 충전형 합성부재는 강도 산정시 압축강재요소의 국부좌굴을 고려해야 한다. 매입형 합성부재의 경우, 콘크리트 피복 파괴 이후 매입강재의 국부좌굴이 강도에 미치는 영향을 고려하여야 한다.
(4) (1)에서 결정된 강도를 발휘하기 위해서는 합성단면 내 강재와 콘크리트 간 부착성능이 충분히 확보되어야 하며, 이 부착성능이 강도에 미치는 영향은 실험에 의하여 입증되어야 한다.
4.3.2.2 응력분포법
(1) 극한한계상태에서 합성단면의 중립축과 강도는 변형률 적합조건에 대한 고려없이 재료별 응력 분포에 기반한 힘의 평형조건으로부터 산정할 수 있다.
(2) 압축강재요소의 국부좌굴을 고려하지 않는 조밀단면은 소성응력분포법에 따라 공칭강도를 산정한다. 국부좌굴을 고려해야 하는 비조밀단면과 세장단면은 탄성응력분포법에 따른다.
(3) 소성응력분포법은 KDS 41 30 20 (4.1.1.2) 를 따른다.
(4) 탄성응력분포법은 4.3.4.2 (2)와 (3)을 따른다.
4.3.2.3 변형률적합법
(1) 변형률적합법에서는 전체 단면에 걸쳐 변형률이 선형으로 분포한다고 가정하며, 합성단면을 구성하는 강재, 콘크리트 및 철근 요소 간 부착슬립이 없는 완전합성거동을 가정한다.
(2) 강재, 콘크리트 및 철근의 응력-변형률 관계는 KDS 41 10 10에 따라 실험을 통해 구하거나 유사한 재료에 대한 공인된 결과를 사용할 수 있다. 별도 조사된 자료가 없다면, 설계를 위한 강재, 콘크리트 및 철근의 유효 응력-변형률 관계는 4.3.3에 따른다.
(3) 합성단면의 응력 및 변형률 분포는 4.3.4.3을 따른다.
4.3.3 유효 응력-변형률 관계
4.3.3.1 강재
(1) 조밀판요소, 비조밀판요소 및 세장판요소로 분류되는 압축강재요소의 최대응력과 응력-변형률 관계는 다음과 같다.
① 조밀판요소의 최대압축응력은 항복강도를 사용하며, 항복 이후 를 유지한다.
② 비조밀판요소의 최대압축응력은 항복강도를 사용하며, 항복 후 좌굴변형률에 도달할 때까지 를 유지한다. 좌굴 이후 잔존압축응력은 최대압축응력의 1/5을 사용한다. 강관의 좌굴변형률은 항복변형률의 2배로 정의한다.
③ 세장판요소의 최대압축응력은 국부좌굴강도를 사용하며, 좌굴 후 잔존압축응력은 최대압축응력의 1/5을 사용한다. 강재의 좌굴변형률은 국부좌굴강도에 해당하는 탄성변형률로 정의된다. 강관의 국부좌굴강도는 식(4.3-1) 또는 식(4.3-2)로 구한다.
각형강관； (4.3-1)
원형강관； (4.3-2)
여기서, ：강재 탄성계수
：각형강관 압축 판요소의 폭(내측 치수)
：압축 판요소의 두께
：원형강관의 외측 직경
(2) 매입형, 충전형 및 노출형 합성부재에서 압축강재요소의 최대응력과 응력-변형률 관계는 다음과 같다.
① 매입형 합성부재에 사용된 압축강재요소는 조밀판요소의 최대압축응력과 응력-변형률 관계를 따른다. 단, 국부좌굴이 강재에 미치는 영향이 실험에 의하여 입증되어야 한다.
② 조밀단면, 비조밀단면 및 세장단면으로 분류되는 충전형 합성부재에 사용된 강관은 각각 조밀판요소, 비조밀판요소 및 세장판요소의 최대압축응력과 응력-변형률 관계를 따른다.
③ 노출형 합성보에 사용된 조밀단면, 비조밀단면 및 세장단면 강재보는 전체 단면에서 각각 조밀판요소, 비조밀판요소 및 세장판요소의 최대압축응력과 응력-변형률 관계를 따른다.
(3) 인장을 받는 강재의 최대응력은 항복강도를 사용하며, 항복 이후 를 유지한다.
그림 4.3-1 국부좌굴을 고려한 강재의 유효 응력-변형률 관계와 최대압축응력
4.3.3.2 콘크리트
(1) 횡구속되지 않은 콘크리트의 최대압축응력과 한계변형률은 각각 및 로 정의된다. 응력-변형률 관계는 KDS 14 20 20 (4.1.1) 을 따른다.
(2) 강관 또는 횡철근에 의해 횡구속된 콘크리트의 최대압축응력과 한계변형률은 각각 및 로 정의된다. 응력-변형률 관계는 KDS 14 20 20을 따른다. 별도의 조사된 상세한 자료가 없는 경우, 횡구속 콘크리트의 와 는 다음과 같이 구할 수 있다.
여기서, ：극한한계상태에서 횡구속에 의한 유효압축응력
(3) (2)에서 강관 또는 횡철근에 의한 유효 횡구속응력는 합성단면 상세 및 하중조건을 고려하여 적합한 방법으로 산정해야 한다. 별도 조사된 자료가 없다면, 는 4.3.3.2의 (4)~(6)을 따른다.
(4) 매입형 합성기둥에서 띠철근 또는 나선철근에 의한 구속효과를 고려한 는 KDS 14 20 20을 따른다. 횡구속효과는 띠철근, 나선철근 또는 횡구속 성능이 확인된 강재단면(평판, 앵글 등) 타이에 의해 구속된 코어 콘크리트만 적용한다.
(5) 원형강관을 사용한 충전형 합성기둥에서 강관에 의한 횡구속응력는 다음과 같다.
① 강관이 축력을 직접 전달하지 않는 경우
② 그 이외의 경우, 는 식(4.3-6)으로 구하고 한계변형률은 식(4.3-4) 대신 식(4.3-7)을 적용한다.
(6) 각형강관을 사용한 충전형 합성기둥에서 강관의 횡구속에 의한 강도 증가는 고려하지 않는다. (= 0 및 = ) 다만, 콘크리트의 한계변형률은 식(4.3-4) 대신 식(4.3-8)을 적용한다.
(7) 휨을 받는 합성부재에서는 횡구속에 의한 콘크리트의 강도 및 연성 증가는 고려하지 않는다.
그림 4.3-2 콘크리트 유효 응력-변형률 관계: 최대압축응력과 한계변형률
4.3.3.3 철근
(1) 철근의 최대응력은 인장과 압축에 대하여 모두 항복강도을 사용하며, 항복 이후 을 유지한다.
(2) 철근의 한계변형률은 별도로 정의되지 않는다.
4.3.4 휨-축력 상호작용에 의한 설계강도
4.3.4.1 재료설계강도계수 및 설계강도
(1) 합성단면의 설계강도 산정시 강재, 콘크리트 및 철근의 재료강도에 다음의 재료설계강도계수를 적용한다.
① 강재 = 0.9
② 콘크리트 = 0.65
③ 철근 = 0.90
(2) 재료설계강도계수를 적용한 합성단면의 휨 및 휨-축 설계강도는 4.3.4.2 응력분포법 또는 4.3.4.3 변형률적합법에 따른 응력 분포를 사용하여 계산한다.
(3) 합성단면의 설계압축강도()는 다음 값을 초과할 수 없다.
여기서, , 및 는 각각 합성단면에 사용된 강재, 철근 및 콘크리트의 단면적이다.
(4) (2)와 (3)에 의하여 결정된 합성단면의 설계압축강도()와 설계휨강도()에는 강도감소계수를 고려하지 않는다.
4.3.4.2 응력분포법
(1) 조밀단면으로 분류되는 매입형 합성부재와 충전형 합성부재의 경우, 항복한계상태에 대한 다음의 소성응력분포를 적용한다. (소성모멘트 , 그림 4.3-3 (a) 참조)
① 압축대의 강재, 콘크리트 및 철근에는 각각 균일한 소성응력 , 0.85 및 을 적용한다. 원형 강관합성기둥의 경우 구속효과를 고려하여 콘크리트 소성응력 크기를 KDS 41 30 20 (4.1.1.2(1)) 에 따라 증가시킬 수 있다.
② 인장대에서 강재와 철근의 응력은 각각 균일한 소성응력 와 을 가정하며, 콘크리트 인장응력은 무시한다.
(2) 비조밀단면으로 분류되는 충전형 합성부재의 경우, 최외단 압축강재요소의 항복한계상태에 대한 탄성응력분포를 다음에 따라 적용한다. (항복모멘트 , 그림 4.3-3 (b) 참조)
① 압축대의 강재와 콘크리트에는 각각 최대응력 및 0.7에 대한 삼각형 분포를 가정한다.
② 인장대에서 강재 응력은 중립축 거리에 비례하는 삼각형 분포()로 가정하며, 콘크리트 인장응력은 무시한다.
(3) 세장단면으로 분류되는 충전형 합성부재의 경우, 최외단 압축강재요소의 좌굴한계상태에 대한 탄성응력분포를 다음에 따라 적용한다. (탄성임계모멘트 , 그림 4.3-3 (c) 참조)
① 압축대에서 강재는 식(4.3-1) 또는 식(4.3-2)에 의한 국부좌굴강도 에 대한 삼각형 분포를 가정한다. 콘크리트는 최대응력 0.7에 대한 삼각형 분포로 가정한다.
② 인장대에서 강재 응력은 중립축거리에 비례하는 삼각형 분포()로 가정하며, 콘크리트 인장응력은 무시한다.
그림 4.3-3 조밀, 비조밀 및 세장 합성단면의 응력분포법 (층전형 합성부재)
(4) 2축 휨이 작용하는 경우, 중립축이 주축에 대하여 기울어지도록 응력 분포를 가정한다. 이때 조밀단면, 비조밀단면 및 세장단면에 대한 한계상태와 그에 대응하는 응력분포는 각각 (1), (2) 및 (3)에 따른다. (그림 4.3-4 참조)
그림 4.3-4 2축 휨을 받는 충전형 합성단면의 응력분포법
4.3.4.3 변형률적합법
(1) 압축과 휨의 상호작용은 유효 응력-변형률 관계에 근거한 변형률적합 단면해석으로 산정할 수 있다.
(2) 조밀단면, 비조밀단면 및 세장단면의 극한한계상태는 가장 먼저 한계변형률에 도달하는 요소에 의해 결정되며, 이때 아직 한계변형률에 도달하지 못한 요소들의 변형률은 그 요소의 변형률 분포에 의해 제한된다. (그림 4.3-5 참조)
(3) 강재, 콘크리트 및 철근의 유효 응력-변형률 관계는 4.3.3에 따르며, 이때 4.3.4.1(1)에 정의된 재료설계강도계수를 곱하여 감소된 응력을 적용한다. 탄성계수에는 재료설계강도계수를 고려하지 않는다.
(4) 2축 휨이 작용하는 경우, 중립축이 주축에 대하여 기울어지도록 선형 변형률 분포를 가정하여 축력과 휨의 상호작용에 의한 설계강도을 구한다. (그림 4.3-6 참조)
그림 4.3-5 충전형 합성단면의 변형률 적합 단면해석
그림 4.3-6 2축 휨을 받는 충전형 합성단면의 변형률 적합 단면해석
4.4 보-기둥 합성 모멘트 접합부
(1) 이 장은 합성모멘트골조의 보-기둥 접합부의 설계와 패널부 전단설계에 적용한다.
(2) 접합부의 강도와 변형이 구조체의 성능에 영향을 미치는 경우 구조해석에 접합부를 포함하여야 한다. 이때 구조해석에 사용하는 접합부의 강성과 변형능력은 합리적으로 결정해야 한다.
(3) 구조해석 및 실험에 의하여 증명되지 않는 한, 접합부의 강도는 각 부재의 소성힌지에 의하여 전달되는 요구내력 이상을 저항할 수 있도록 설계하여 접합부에서 조기파괴 또는 과도한 비탄성변형이 발생하지 않도록 한다. 접합부로 전달되는 부재 요구내력은 4.2와 4.3에 따라 계산할 수 있으며, 이때 강도감소계수와 재료설계강도계수를 적용하지 않는다.
(4) 중연성도 및 고연성도 시스템에 사용된 보-기둥 접합부에서 접합된 부재들에 의하여 전달되는 요구내력을 계산할 때에는 주기반복하중과 실제 재료강도를 고려한 부재강도의 증가에 의한 영향을 고려해야 한다.
(5) 접합부는 설계층간변위에서의 소요강도에 저항할 수 있도록 적절한 변형능력을 발휘할 수 있어야 한다.
(6) 보-기둥 접합부 설계에서 설계강도의 계산에는 재료설계강도계수를 적용한 재료강도를 적용하며 추가로 강도감소계수를 고려하지 않는다.
4.4.2 보와 기둥의 연결
4.4.2.1 강재기둥-합성보의 연결
(1) 강재기둥과 강재보의 연결은 KDS 41 30 10을 따른다.
(2) 접합부에서 합성보 콘크리트 부분의 압축력을 강재기둥에 전달할 필요가 있는 경우, 지압에 의하여 기둥에 전달할 수 있다. 다만, 콘크리트가 접합부 내에 채워지지 않는 경우, 기둥 판재의 안전성을 검토해야 한다. 지압강도는 KDS 41 20 00을 따른다.
(3) 접합부에서 합성보 콘크리트 부분의 전단력을 강재기둥에 전달할 필요가 있는 경우, 전단연결재를 이용하여 강재기둥과 콘크리트를 연결한다.
(4) 접합부에서 합성보 또는 합성슬래브에 매입된 철근의 인장력을 기둥에 연결할 필요가 있는 경우에는, 철근을 직접 기둥에 용접하거나 기둥에 연결되는 가로보에 용접하거나 정착하여 연결할 수 있다.
(5) 플랜지 연결판과 웨브 덧판 등 강재기둥 내의 접합부에 대한 보강은 KDS 41 30 10을 따른다.
4.4.2.2 매입형 합성기둥-합성보의 연결
(1) 강재보는 강재기둥에 직접 연결하며 이때 강재기둥과 강재보의 연결과 보강은 KDS 41 30 10을 따른다.
(2) 접합부에서 합성보 콘크리트 부분은 합성기둥의 콘크리트와 일체화되도록 하며, 합성보 콘크리트의 압축력과 전단력이 전달될 수 있도록 한다.
(3) 접합부에서 합성보 또는 합성슬래브에 매입된 철근의 인장력을 기둥에 연결할 필요가 있는 경우에는, 철근을 기둥 내 콘크리트에 직접 정착하거나 강재기둥에 용접하거나 기둥에 연결되는 가로보에 용접이나 정착을 통하여 연결할 수 있다. 철근의 정착은 KDS 41 20 00을 따른다.
(4) 강재기둥의 크기가 작아서 강재보의 휨모멘트를 콘크리트기둥에 직접 전달할 필요가 있는 경우에는 강재보와 콘크리트기둥의 연결은 4.4.2.4 (2), (3)을 따른다.
(5) 보-기둥 접합부의 콘크리트를 횡구속할 수 있도록 접합부 내부(패널부)와 접합부 상하부(지압부)에서 단면 둘레에 횡구속철근을 연속되도록 설치되어야한다. 횡보강근의 배치는 KDS 41 20 00을 따른다.
(6) 접합부 콘크리트의 최소 횡철근보강은 KDS 41 30 20 (4.1.2) 의 매입형 합성기둥의 상세 요구사항을 따른다.
4.4.2.3 충전형 합성기둥-합성보의 연결
(1) 강재보를 강관기둥에 연결하기 위하여 강관기둥내 또는 외부에 연결판을 설치해야 하며, 이때 상세는 KDS 41 30 10을 따른다.
(2) 접합부에서 합성보 콘크리트 부분의 압축력을 강관기둥에 연결할 필요가 있는 경우, 지압에 의하여 기둥에 전달할 수 있다.
(3) 접합부에서 합성보 콘크리트 부분의 전단력을 강관기둥에 연결할 필요가 있는 경우, 전단연결재를 이용하여 강관기둥과 콘크리트를 연결한다.
(4) 접합부에서 합성보 또는 합성슬래브에 매입된 철근의 인장력을 기둥에 연결할 필요가 있는 경우에는, 철근을 기둥 또는 연결판에 직접 용접하거나 기둥에 연결되는 가로보에 용접 또는 정착을 통하여 연결할 수 있다.
4.4.2.4 철근콘크리트기둥 ? 합성보의 연결
(1) 강재보는 보-기둥 접합부를 관통하여 설치하거나, 하중전달을 위하여 접합부내부에 설치된 강재에 정착한다.
(2) 강재보를 접합부에 관통하여 설치하는 경우, 미끄러짐전단을 전달하기 위하여 강재보 웨브에 전단연결재와 표면지압판을 설치해야 한다. 직각방향 교차보가 존재하는 경우 이 교차보에 의한 미끄러짐저항을 고려할 수 있다.
(3) 보의 휨변형과 휨모멘트 전달시에 강재보 하부에 콘크리트의 조기압괴가 발생하지 않도록 충분한 지압강도를 확보해야 하며, 필요시에는 표면지압판을 설치한다.
(4) 내진설계에서 고연성도 모멘트골조의 경우 표면지압판을 설치해야 하며 중연성도와 저연성도의 경우 표면지압판을 설치하지 않을 수 있다. 다만, 표면지압판을 설치하지 않을 경우 보 소성힌지의 최대강도는 보의 항복모멘트강도()를 초과할 수 없다.
(5) 보-기둥 접합부의 콘크리트를 횡구속할 수 있도록 접합부 내부(패널부)와 접합부 상하부(지압부)에서 단면 둘레에 횡구속철근을 연속되도록 배치하여야 한다. 횡보강근의 배치는 KDS 41 20 00을 따른다.
4.4.3 보-기둥 접합부의 전단설계
4.4.3.1 강재기둥 ? 합성보의 접합부
(1) 접합부에서 패널부 전단력은 강재기둥의 웨브가 저항하도록 설계하며, 설계방법과 상세는 KDS 41 30 10을 따른다.
4.4.3.2 매입형 합성기둥 ? 합성보의 접합부
(1) 강재기둥과 콘크리트가 적절히 전단연결재에 의하여 연결되어 있고, 횡보강근에 의하여 콘크리트가 횡구속이 되어 있는 경우, 접합부의 전단저항은 콘크리트의 전단저항과 강재기둥의 웨브의 전단저항의 합으로 계산할 수 있다.
(2) 강재기둥의 웨브의 전단강도와 상세는 KDS 41 30 10을 따른다.
(3) 콘크리트 패널부의 전단강도와 철근상세는 4.4.3.4를 따른다.
4.4.3.3 충전형 합성기둥 ? 합성보의 접합부
(1) 콘크리트의 전단저항과 강재기둥의 웨브의 전단저항을 동시에 고려할 수 있다.
(2) 원형강관의 경우, 횡구속에 의한 콘크리트강도의 증가를 4.3.3.2에 따라 고려할 수 있다. 각형강관기둥의 경우, 횡구속에 의한 콘크리트강도의 증가는 고려하지 않는다.
(3) 강재기둥 웨브의 전단강도는 KDS 41 30 10을 따른다.
(4) 콘크리트 전단강도는 KDS 41 20 00을 따른다. 이때 강관기둥이 콘크리트를 적절히 횡구속하는 것으로 가정할 수 있다.
4.4.3.4 철근콘크리트기둥 ? 합성보의 접합부
(1) 콘크리트 패널부는 보의 강재단면에 의하여 구속된 영역과 그 이외의 영역으로 구분할 수 있으며, 두 영역의 전단강도의 합으로 전체 접합부의 전단강도를 결정할 수 있다.
(2) 구속되지 않은 영역에서 콘크리트의 전단강도와 철근상세는 KDS 41 20 00을 따른다.
(3) 강재단면에 의한 구속 영역에 위치한 콘크리트의 전단강도는 KDS 14 20 80 (4.6.3) 에 따라 구속 효과를 고려하여 증가시킬 수 있다.
4.5 구조성능 검증
(1) 이 절은 이 기준에서 요구하는 합성구조에 대한 성능 검증 절차와 설계 적용을 위한 요구사항을 규정하는 것을 목적으로 한다.
(2) 다음 중 어느 하나에 해당하는 합성구조는 이 장에 규정된 절차에 따라 구조성능을 입증하여야 한다.
① KDS 41 30 20에 지정된 유형의 합성구조가 아닌 경우 (U단면 합성보, 콘크리트 단면 내부에 강재 조립체를 매입한 합성부재, 합성벽체, 합성슬래브 등)
② KDS 41 30 20에 지정된 유형의 합성구조이지만 재료강도 및 구조제한의 허용 범위를 벗어난 경우 (고강도 재료 적용, 세장판요소 사용, 전단연결재 상세 변경 등)
③ 보-기둥 연결 방법이 4.4에 지정된 유형에 포함되지 않는 경우 (U단면 합성보의 접합부 등)
(3) 구조성능의 입증은 다음과 같이 수행하여야 한다.
① 관련 분야의 전문가가 구조실험과 필요한 경우 재료실험 및 상세실험을 계획하고 수행한다.
② 해석적 방법, 실험 방법 및 결과, 적용 범위, 설계방법, 구조상세 등에 대한 입증 자료는 관련 전문학술단체에 제출하여 타당성 검토를 받아야 한다.
③ 필요한 경우 성능 검증 결과에 근거하여 설계 방법을 제시하고 이를 적용하여 설계하여야 한다.
④ 이 기준에 규정한 설계방법을 적용하여 구조성능을 검토하는 경우 기준의 설계 방법을 만족하는 것을 입증하여야 한다.
(4) 구조성능을 검증한 합성구조의 설계 적용범위는 해당 재료, 공법, 설계방법의 입증 및 검증 범위에 따른다.
4.5.2 검증 절차
(1) 4.5.1의 (2)에 해당하는 합성구조는 다음의 절차에 따라서 그 성능을 검증받아야 한다.
(2) (1)에 해당하는 합성구조는 재료 및 상세실험(필요시), 구조실험과 정밀해석을 통하여 구조성능이 입증되어야 한다.
① 해석 및 실험 결과를 바탕으로 구조성능 확보 여부를 증명할 수 있는 성능입증보고서를 작성한다. 성능입증보고서는 실험결과 및 분석자료 뿐만 아니라 재료, 부재, 접합부 등의 적용 범위 및 사양, 설계지침, 예제, 공사시방 등을 포함하여야 한다.
② 성능입증을 위하여 구조실험이 필요한 경우 KDS 41 10 10의 절차에 따른다. 구조실험은 관련 전문가에 의하여 설계변수, 실험방법 등이 계획되어야 하며, 공인된 실험기관에서 수행되어야 한다. 검증 항목별로 실험변수가 다른 3개 이상의 실험체를 계획한다. 이 기준에서 규정하지 않은 설계방법을 제시하는 경우에는 그 설계방법의 타당성을 입증할 수 있는 충분한 수의 실험체를 계획해야 한다. 실험체 크기는 실제 크기의 1/2 이상으로 제작한다. 다만, 실험 여건의 제약으로 인하여 축소 실험이 불가피한 경우 관련 전문가의 검토를 받아 1/2 미만으로 축소할 수 있다.
③ 구조실험의 보완적인 방법으로 실험결과의 분석과 변수연구를 위하여 재료비선형 유한요소해석을 사용할 수 있다. 모델링 및 해석 방법은 실험결과와 비교를 통하여 신뢰성을 검증하여야 한다. 비선형 유한요소해석은 관련 전문가에 의하여 수행되어야 하며, 구조의 비선형 거동을 모사할 수 있는 검증된 전문 소프트웨어를 사용한다.
(3) 실험 및 해석 자료, 적용 범위 및 사양, 설계지침 및 예제, 공사시방이 포함된 성능입증보고서는 관련 전문학술단체로부터 검증받아야 한다. 관련 전문학술단체는 성능입증보고서의 내용을 검토하여 성능검증보고서를 작성한다. 성능검증보고서는 재료·상세·공법의 적절성, 실험 및 해석 자료의 적절성, 적용 범위·사양·설계지침·예제 등 설계방법의 적절성, 공사 시방 및 품질 확보의 적절성을 포함하여야 한다.
4.5.3 구조성능검증을 위한 실험항목
(1) 구조실험시에 다음 항목의 성능이 기준에서 요구하는 성능을 만족하는지 검증하여야 한다.
(2) 하나의 실험으로서 관련된 복수의 항목을 검증하는 것이 허용된다. 관련성이 없는 항목에 대해서는 독립된 실험을 실시해야 한다.
4.5.3.2 합성보
(1) 중력하중에만 저항하는 합성보는 다음 항목에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① 휨성능 (강도, 강성, 균열, 처짐)
② 전단성능 (콘크리트, 강재, 철근 기여도)
③ 강재와 콘크리트 사이 부착성능 (부착 및 전단전달)
(2) 중력하중 및 횡하중에 저항하는 합성보는 다음 사항에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① (1)의 검증항목 전부
② 보-기둥 접합부 실험체에 대한 반복가력실험 (내부접합부, 외부접합부에 대한 보항복모드에 대한 실험을 수행하여 보의 휨강도, 전단강도, 변형능력, 에너지소산능력 등을 검증)
4.5.3.3 합성기둥
(1) 휨과 축력에 저항하는 합성기둥은 다음 항목에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① 중심압축실험 (압축강도)
② 편심압축실험 (휨-압축 조합력, 부재좌굴 저항)
③ 단순지지 보실험 (휨성능 및 전단성능)
④ 강재와 콘크리트 사이 부착성능 (부착 및 전단전달)
⑤ 하중도입부의 힘전달 (필요시)
(2) 중연성도 및 고연성도 구조물에 사용되는 내진용 합성기둥은 다음 사항에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
② 횡하중 반복가력실험 (휨강도, 전단강도, 변형능력, 에너지소산능력 등)
4.5.3.4 보-기둥 합성접합부
(1) 실험체는 보-기둥 연결부로 제작하고 보-기둥 접합부에서 전단력이 발생하도록 반복주기하중의 가력을 계획한다. 필요시 단부접합부(외부접합부)와 연속접합부(내부접합부)를 구분하여 실험을 계획한다. 다음 항목에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① 설계층간변위에서 강도, 변형능력, 에너지소산능력
② 접합부 전단강도 (강재와 철근콘크리트 기여도)
③ 콘크리트-강재 접합면 지압강도 (요구되는 경우)
④ 강재와 콘크리트 사이 하중전달 (요구되는 경우)
(2) 내진설계를 위한 합성접합부의 강도 및 변형 요구사항은 다음과 같다.
① 고연성도의 경우, 합성접합부 전단강도는 재료 기대강도가 고려된 보의 소성휨강도로부터 결정된 소요강도 이상이어야 하고 총층간변위각 0.04 rad 이상을 발휘하여야 하며 비탄성변형은 보단부에서 발생하며, 접합부의 손상은 억제되어야 한다.
② 중연성도의 경우, 합성접합부의 전단강도가 보의 소성휨강도로부터 결정된 소요강도 이상이어야 하고 0.03 rad의 총층간변위각 이상을 발휘하여야 한다.
4.5.3.5 합성벽체 및 연결보
(1) 면내 휨과 축력에 저항하는 합성벽체는 다음 항목에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① 면내 휨강도 실험 (필요시 축력고려)
② 전단강도 실험 (필요시 축력고려)
④ 하중도입부의 힘전달 (필요시)
(2) 중연성도 및 고연성도 구조물에 사용되는 내진용 합성벽체는 다음 사항에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
③ 연결보 실험 (연결보의 휨 및 전단강도, 변형능력, 에너지소산능력, 필요시)
4.5.3.6 합성슬래브
(1) 중력하중에만 저항하는 합성슬래브는 다음 항목에 대하여 구조성능 확보 여부를 검증하여야 한다.
① 단순지지에 의한 휨성능 (강도, 강성, 균열, 처짐, 합성도)
② 강재와 콘크리트 사이 부착성능 (전단연결재)
4.5.4 재료실험 및 상세실험 항목
(1) 건축구조기준에서 허용하는 범위에서 벗어나는 재료와 상세(철근상세, 강재상세 등)를 사용하는 경우에는 실험을 통하여 그 성능을 입증해야 한다.
(2) 재료와 상세의 성능을 입증할 수 있는 충분한 수의 실험체에 대하여 실험을 수행한다.
(3) 재료실험은 압축강도, 인장강도, 내구성(필요시)에 대한 실험을 수행한다.
(4) 상세에 대한 실험은 해당 상세의 국부적인 성능을 검증하기 위하여 실험을 수행한다. 정착, 부착성능, 연성능력이 이에 해당한다. 상세가 적용된 구조실험으로 그 성능을 충분히 입증할 수 있는 경우에는 상세에 대한 실험은 생략할 수 있다.