23년 1회차

보기 중 기본등분포활하중 최솟값이 가장 큰 용도는 도서관 서고이다.

서고는 책이 빽빽하게 쌓여 바닥에 지속적인 큰 하중이 작용하므로, 건축구조기준은 서고를 일반 열람실이나 사무실보다 훨씬 큰 활하중 값으로 규정한다.

• 주거용 건축물의 거실: 사람과 가구 정도의 하중이라 보기 중 가장 작은 편이다.
• 일반사무실: 주거보다 약간 크지만 서고에 비하면 훨씬 작다.
• 총중량 30kN 이하 차량용 옥외 주차장: 승용차급 경차량 용도로, 서고보다 작은 값으로 규정된다.

건축주가 선택한 성능지표를 만족하도록 설계하는 방법은 성능기반설계법이다.

성능기반설계법은 기준의 사양을 그대로 따르는 대신, 목표성능(안전·사용·내구·친환경 성능 등)을 정하고 해석·실험으로 그 성능 달성을 입증하는 설계 방식이다.

• 강도설계법: 계수하중에 대한 설계강도를 확보하는 방법으로, 건축주의 성능지표 선택 개념이 없다.
• 한계상태설계법: 강도·사용 한계상태를 하중·저항계수로 검토하는 방법이다.
• 허용응력설계법: 사용하중 상태 응력이 허용응력 이하가 되도록 하는 방법이다.

긴장재로 콘크리트에 초기 긴장력을 도입한 구조는 프리스트레스트 콘크리트 구조이다.

강선·강연선 등을 긴장해 콘크리트에 미리 압축력을 넣어 두면, 하중에 의한 인장응력이 상쇄되어 균열과 처짐을 줄일 수 있다.

• 공기막구조: 막 내부 공기압으로 형태를 유지하는 막구조이다.
• 프리캐스트 콘크리트 구조: 공장에서 미리 제작한 부재를 현장에서 조립하는 방식으로, 긴장력 도입이 정의 요소가 아니다.
• 합성구조: 강재와 콘크리트 등 이종 재료가 일체로 거동하도록 한 구조이다.

옳지 않은 설명은 통줄눈이 막힌줄눈보다 구조적으로 유리하다는 내용이다.

세로줄눈이 위아래로 이어지는 통줄눈은 하중이 한 줄눈선에 집중되고 균열이 연속되기 쉬우므로, 구조적으로는 세로줄눈을 엇갈리게 하는 막힌줄눈이 유리하다.

• 조적구조는 인장·휨에 약하고 일체성이 부족해 풍하중·지진하중 같은 수평하중에 취약하다.
• 테두리보는 벽 상부를 연결해 구조를 일체화하고 상부하중을 벽체에 균등히 분포시킨다.
• 불식쌓기(플레미시 쌓기)는 같은 켜에서 길이쌓기와 마구리쌓기를 번갈아 놓는 방법이다.

D점의 휨모멘트는 0kN·m이다.

A는 회전지점, F는 이동지점이므로 F에는 연직반력만 생긴다. A점 모멘트 평형에서 수평하중이 만드는 모멘트는 $20\,\mathrm{kN}\times 2\,\mathrm{m}=40\,\mathrm{kN\cdot m}$이고, A–F 간격은 2m이다.

$V_F=\dfrac{40}{2}=20\,\mathrm{kN}$ (상향)

D–E–F 쪽을 자유물체로 잘라 D점 모멘트를 구하면, 외력은 V_F 하나뿐인데 F와 D는 수평 위치가 같아(둘 다 A에서 2m) 모멘트 팔 길이가 0이다. 따라서 $M_D=20\times 0=0$이다.

• 10kN·m: D점에 모멘트를 만드는 힘이 남아 있다고 본 값이지만, F의 연직반력은 D를 지나는 연직선 위에 있다.
• 20kN·m: 반력 크기 20kN을 그대로 모멘트로 옮긴 값으로, 모멘트 팔 길이 0을 반영하지 않았다.
• 40kN·m: A점 기준 수평하중의 모멘트로, D점 모멘트와 혼동한 값이다.

옳은 개형은 첫 경간은 고정단(−)·하중점(+)·중간지점(−)의 꺾인 직선이고, 둘째 경간은 중간지점의 부모멘트에서 끝단 0까지 직선으로 줄어드는 모양이다.

집중하중만 받는 구간은 전단력이 일정하므로 모멘트도는 직선이고, 하중점에서만 꺾인다. 고정단과 연속되는 중간지점에는 부(−)모멘트가 생긴다.

둘째 경간에는 하중이 없으므로 중간지점의 부모멘트가 우측 단순지점(모멘트 0)까지 일정 기울기로 감소할 뿐, 부호가 바뀌거나 곡선이 되지 않는다.

• 둘째 경간에 정(+)모멘트가 다시 나타나는 직선 개형: 무하중 경간에서는 모멘트가 직선이고 끝단이 0이므로 부호가 바뀔 수 없다.
• 첫 경간이 곡선이고 둘째 경간이 곡선으로 0에 수렴하는 개형: 곡선(포물선)은 분포하중 구간에서 나타나며, 집중하중만 받는 보의 모멘트도는 직선이어야 한다.
• 두 경간 모두 곡선이고 둘째 경간에 정(+)모멘트가 있는 개형: 곡선 형상과 무하중 경간의 부호 변화가 모두 맞지 않는다.

처짐을 가장 크게 줄이는 방법은 보 춤을 1.5배 증가시키는 것이다.

단순보 등분포하중의 중앙 처짐은 $\delta=\dfrac{5\omega l^4}{384EI}$이고, 직사각형 단면은 $I=\dfrac{bh^3}{12}$이므로 처짐은 춤의 세제곱에 반비례한다.

춤 1.5배: $I\to 1.5^3 I=3.375I$
$\delta\to\dfrac{\delta}{3.375}\approx 0.30\delta$

• 하중을 1/2로 줄이는 경우: 처짐은 하중에 비례하므로 0.5배로 줄어 춤 증가보다 효과가 작다.
• 보 폭을 2배로 하는 경우: 단면2차모멘트가 폭에 비례해 2배가 되므로 처짐은 0.5배에 그친다.
• 항복강도가 큰 강재로 바꾸는 경우: 탄성처짐은 탄성계수 E에 좌우되는데 강재의 E는 강종과 관계없이 거의 같아 처짐이 줄지 않는다.

공간쌓기의 목적이 아닌 것은 내진성능 향상이다.

공간쌓기는 벽체 사이에 공기층을 두어 단열·방습·방음 성능을 높이는 쌓기법이며, 벽이 두 겹으로 나뉘어 오히려 일체성이 떨어지므로 내진을 위한 방법이 아니다.

• 방음기능 향상: 중공층이 소리 전달을 차단한다.
• 단열성능 향상: 공기층이 열전달을 줄인다.
• 방습기능 향상: 외부 습기가 실내측 벽으로 직접 전달되는 것을 막는다.

양쪽에 슬래브가 있는 T형보의 유효폭 산정 방법이 아닌 것은 인접 보와의 내측거리이다.

대칭 T형보의 유효폭은 세 값 중 가장 작은 값으로 정한다.

• 슬래브 두께의 16배에 $b_w$를 더한 값은 세 가지 방법 중 하나이다.
• 양쪽 슬래브의 중심 간 거리도 세 가지 방법 중 하나이다.
• 보 경간의 1/4도 세 가지 방법 중 하나이다.

인접 보와의 내측거리는 한쪽에만 슬래브가 있는 반T형보에서 그 절반을 $b_w$에 더하는 방식으로 쓰이는 값이다.

총인장철근량은 850mm²이다.

KDS 14 20(2021 개정) 기준으로 $f_{ck}\le 40\,\mathrm{MPa}$이면 극한변형률 0.0033, β₁=0.80, η=1.0을 쓴다. 단면 그림은 윗변 230mm, 밑변 480mm, 전체 높이 500mm, 유효깊이 400mm이다.

변형률 적합조건: $c=\dfrac{0.0033}{0.0033+0.0099}\times 400=100\,\mathrm{mm}$
압축응력블록 깊이: $a=0.80\times 100=80\,\mathrm{mm}$

폭은 깊이 500mm에 걸쳐 250mm 늘어나므로 깊이 80mm 위치의 폭은 $230+0.5\times 80=270\,\mathrm{mm}$이고, 압축면적은 $A_c=\dfrac{230+270}{2}\times 80=20000\,\mathrm{mm^2}$이다.
$C=0.85\times 30\times 20000=510000\,\mathrm{N}$
$A_s=\dfrac{C}{f_y}=\dfrac{510000}{600}=850\,\mathrm{mm^2}$

• 450mm²: 인장력이 작아 평형 압축블록이 얕아지므로 중립축이 100mm보다 위로 올라가 철근 변형률이 0.0099보다 커진다.
• 650mm²: 마찬가지로 C=T 평형에 필요한 압축면적이 20000mm²에 못 미쳐 철근 변형률이 0.0099를 넘는다.
• 750mm²: 사다리꼴 압축면적 대신 윗변 폭 230mm 직사각형(18400mm²)에 가까운 과소평가 값으로, 역시 평형을 만족하지 못한다.

옳지 않은 설명은 지하실 외벽 두께를 150mm 이상으로 한 내용이다.

지하실 외벽과 기초벽체는 토압·수압을 받으므로 기준은 이보다 두꺼운 200mm 이상을 요구한다.

• 수직·수평철근 간격은 벽두께의 3배 이하이면서 450mm 이하로 한다.
• 두께 250mm 이상 벽체는 양면 배근하되, 지하실 벽체는 예외로 할 수 있다.
• 비내력벽 두께는 100mm 이상이면서 횡지지 부재 사이 최소 거리의 1/30 이상이어야 한다.

옳지 않은 설명은 강재보는 좌굴을 고려하지 않아도 된다는 내용이다.

휨을 받는 보도 압축측 플랜지와 웨브에 압축응력이 생기므로, 횡비틀림좌굴과 플랜지·웨브 국부좌굴을 반드시 검토해야 한다.

• 강재는 연성이 커서 소성변형능력이 우수하다.
• 강재는 고온에서 강도가 급감하고 녹이 슬기 쉬워 내화피복·방청 등 유지관리 대책이 필요하다.
• 반복하중이 지속되면 항복강도 이하에서도 피로 파단이 생길 수 있다.

볼트 접합부의 파괴유형이 아닌 것은 볼트의 압축파괴이다.

볼트는 축방향 인장과 접합면의 전단을 받는 요소이며, 피접합재 쪽에서는 구멍의 지압과 연단부 파괴가 검토 대상이 된다.

• 볼트의 인장파괴: 인장형 접합에서 볼트 축방향 인장으로 끊어지는 파괴이다.
• 볼트의 전단파괴: 전단형 접합에서 접합면을 따라 볼트가 잘리는 파괴이다.
• 피접합재의 연단부파괴: 볼트 구멍에서 단부까지 거리가 부족할 때 판이 찢겨 나가는 파괴이다.

적합성을 별도로 입증해야 내진 골조에 쓸 수 있는 강재는 SM강(용접구조용 압연강재)이다.

강구조 내진설계에서는 항복비·인성 등 내진 성능이 보증된 건축구조용 강재를 기본으로 사용하고, 그 외 강재는 실험결과나 합리적 기준으로 적합성을 입증해야 한다.

• SN강: 항복비·충격인성이 보증된 건축구조용 압연강재로 내진 골조에 바로 쓸 수 있다.
• SHN강: 건축구조용 열간압연 H형강으로 내진 성능이 보증된 강재이다.
• TMC강: 열가공제어로 두꺼운 판에서도 강도·인성·용접성이 확보된 건축구조용 강재이다.

와이어로프 등 인장재를 긴장시킬 때 쓰는 부속철물은 턴버클이다.

턴버클은 양단에 반대 방향 나사가 있어 몸체를 돌리면 길이가 조절되어 인장재를 당겨 긴장할 수 있다.

• 베이스플레이트: 기둥 하단에서 기둥 축력을 기초로 분산 전달하는 판이다.
• 거셋플레이트: 트러스·가새 등 여러 부재를 한 절점에서 연결하는 판이다.
• 앵커볼트: 기둥 베이스를 기초 콘크리트에 고정하는 볼트이다.

옳지 않은 설명은 지반에 전달되는 하중이 허용지내력보다 커지도록 설계한다는 내용이다.

기초는 지반에 전달되는 접지압이 허용지내력 이하가 되도록 기초 크기를 정해야 지반이 안정적으로 지지할 수 있다.

• 같은 하중에서 기초면적이 커지면 단위면적당 접지압이 줄어 침하량도 감소한다.
• 연약 지반에서는 말뚝으로 하중을 하부 지지층이나 암반으로 전달한다.
• 부동침하는 구조물에 추가 응력과 균열을 일으키므로 설계 시 주의해야 한다.

중요도(1)에 해당하는 것은 5층 이상인 숙박시설·오피스텔·기숙사·아파트이다.

중요도는 피해 시 사회적 영향에 따라 특·1·2·3으로 나누며, 다수가 거주·체류하는 일정 규모 이상의 시설이 중요도(1)에 속한다.

• 연면적 기준 이상의 위험물 저장 및 처리시설: 붕괴 시 2차 피해가 커서 중요도(특)이다.
• 연면적 기준 이상의 청사·외국공관·소방서·발전소·방송국·전신전화국: 재난 시 기능이 유지되어야 하는 시설로 중요도(특)이다.
• 가설구조물: 일시적으로 쓰이는 구조물로 가장 낮은 중요도(3)이다.

초고층건물 구조설계 요소기술이 아닌 것은 PEB구조 기술이다.

PEB(Pre-Engineered Metal Building System)는 표준화된 강재 부재로 공장·창고 같은 저층 대공간 건물을 빠르게 짓는 시스템이다.

• 풍동실험기술: 초고층은 풍하중과 풍진동이 설계를 지배하므로 필수적이다.
• 기둥축소량 보정기술: 높은 건물에서 누적되는 기둥의 탄성·크리프·건조수축 축소량을 보정한다.
• 횡력저항구조시스템 설계기술: 아웃리거·튜브 등 횡력에 저항하는 시스템 설계는 초고층의 핵심이다.

설계기준항복강도 600MPa 철근을 사용할 수 없는 경우는 특수모멘트골조 보의 전단철근이다.

특수모멘트골조 보의 전단철근은 소성힌지 구간에서 연성과 전단 거동을 확보해야 하므로, 주철근이나 구조벽체 전단철근보다 낮은 항복강도로 제한된다.

• 중간모멘트골조에 사용하는 주철근에는 600MPa 철근을 사용할 수 있다.
• 특수철근콘크리트 구조벽체 소성영역과 연결보의 주철근에도 사용할 수 있다.
• 특수철근콘크리트 구조벽체의 전단철근에도 사용할 수 있다.

(가)는 2.5, (나)는 1.25이다.

건축구조기준의 말뚝기초 규정에서 말뚝의 중심 간격은 말뚝지름의 2.5배 이상, 기초판 측면에서 말뚝 중심까지의 거리는 말뚝지름의 1.25배 이상으로 하며, 기초판은 말뚝 가장자리에서 100mm 이상 확장한다.

• (가) 2.0, (나) 1.25인 조합: 말뚝 중심 간격 2.0배는 기준보다 좁다.
• (가) 2.0, (나) 1.5인 조합: 중심 간격이 기준에 못 미치고, 측면 거리도 기준값과 다르다.
• (가) 2.5, (나) 1.5인 조합: 중심 간격은 맞지만 측면~말뚝중심 거리 기준은 1.25배이다.