21년 1회차

얇은 평판을 접어 굽힌 형태로 강성을 높여 긴 경간을 지지하는 구조는 절판 구조이다.

평판을 주름지게 접으면 단면의 춤이 커져 단면2차모멘트가 증가하므로, 얇은 두께로도 큰 휨강성을 얻어 지붕 등 대경간에 쓰인다.

• 현수 구조: 케이블을 매달아 인장력으로 하중을 지지하는 구조이다.
• 트러스 구조: 직선 부재를 삼각형으로 핀 접합해 축력으로 저항하는 구조이다.
• 튜브 구조: 외곽 기둥·보를 촘촘히 배치해 건물 전체를 하나의 관처럼 거동시키는 초고층 구조이다.

(가)에 들어갈 용어는 압축력이다. 아치는 하중을 곡선 축선을 따라 양쪽 지점으로 흘려보내 부재 단면에 주로 압축만 걸리게 한 구조다.

벽돌·돌 같은 조적재는 압축에는 강하고 인장에는 약하므로, 개구부 위를 아치로 틀어 휨과 인장을 피하고 압축으로 하중을 전달한다. 이때 아치 지점에는 바깥으로 미는 수평반력(추력)이 생긴다.

• 휨모멘트는 수평 인방(보)처럼 곧은 부재가 개구부를 건널 때 주로 생기는 힘으로, 아치가 피하려는 응력이다.
• 전단력은 아치 부재에서 지배적인 힘이 아니다.
• 인장력은 조적재가 가장 취약한 응력이므로 아치는 인장이 생기지 않도록 형상을 잡는다.

설명하는 부재는 토대다. 목구조에서 기둥 바로 밑에 놓여 상부 하중을 기초에 전달하는 최하부 수평재이다.

토대는 기초 위에 앵커볼트로 고정되어 기둥 하부를 서로 연결·일체화하므로, 수평력이 작용해도 건물 하부가 벌어지지 않게 잡아 준다.

• 깔도리는 기둥 맨 위에서 기둥머리를 연결하고 지붕틀(평보)을 받는 수평재로, 하부가 아닌 상부 부재다.
• 버팀대는 기둥과 보(도리) 사이에 경사지게 대어 수평력에 의한 변형을 막는 가새류 부재다.
• 귀잡이는 수평재가 직각으로 만나는 모서리(귀)에 경사로 대어 수평면의 변형을 막는 부재로, 하중을 기초에 전달하는 역할이 아니다.

용접기호에서 S는 용접사이즈를 뜻한다. 모살용접이면 다리길이(각장), 맞댐용접이면 그루브 깊이 등 용접부 크기를 나타낸다.

그림의 기준선에는 용접기호 앞에 S, 아래로 R·A·G, 뒤에 L(n)-P, 꼬리에 T가 기재된다. 각각 R은 루트 간격, A는 개선각(그루브 각도), G는 다듬질 방법, L은 용접 길이, n은 용접 수, P는 피치, T는 특기사항이다.

• 개선각은 S가 아니라 그 아래의 A로 표시한다.
• 용접간격에 해당하는 루트 간격은 R, 단속용접의 간격은 피치 P로 따로 표시한다.
• 용접부처리방법(다듬질 방법)은 맨 아래의 G로 표시한다.

영구히 흙에 묻혀 있는 콘크리트의 최소 피복두께를 60mm로 제시한 설명이 옳지 않다. 이 경우는 75mm이다.

흙에 묻힌 콘크리트는 습윤·부식 환경에 계속 놓이므로 가장 큰 피복두께를 요구한다.

• D19 이상 철근을 쓴 옥외 공기 노출 콘크리트의 50mm는 기준값과 같다.
• D35 이하 철근을 쓴 옥외 비노출 벽체의 20mm는 기준값과 같다.
• 설계기준압축강도 30MPa인 옥외 비노출 기둥의 40mm는 기준값과 같다(고강도 콘크리트에 한해 저감 규정이 있다).

두 고정단 모멘트의 비는 1 : 2이다. 하중 크기는 같고 합력의 작용 위치만 달라서 모멘트 팔 길이 비가 그대로 모멘트 비가 된다.

삼각형 분포하중의 합력은 두 보 모두
$R=\dfrac{wL}{2}$
이고, 작용점은 삼각형의 도심, 곧 큰 쪽에서 L/3 지점이다.

보 A는 최대 하중 w가 고정단 쪽에 있으므로 팔이 L/3이다.
$M_A=\dfrac{wL}{2}\times\dfrac{L}{3}=\dfrac{wL^2}{6}$

보 B는 최대 하중 w가 자유단 쪽에 있으므로 팔이 2L/3이다.
$M_B=\dfrac{wL}{2}\times\dfrac{2L}{3}=\dfrac{wL^2}{3}$
$M_A:M_B=\dfrac{1}{6}:\dfrac{1}{3}=1:2$

• 1 : 3은 한쪽 팔을 L/3, 다른 쪽을 L로 잘못 잡은 비다.
• 2 : 1은 두 보의 하중 방향(최대값 위치)을 뒤바꾼 결과다.
• 3 : 1도 합력 작용점(도심)을 잘못 잡은 값이다.

수직하중은 골조가, 지진하중은 전단벽·가새골조가 분담하는 시스템은 건물골조시스템이다.

하중 종류에 따라 저항 요소를 분리한 것이 핵심이다.

• 역추형 시스템: 질량이 상부에 집중되고 하부의 한 요소가 횡력을 받는 캔틸레버형 시스템이다.
• 내력벽시스템: 내력벽이 수직하중과 지진하중을 모두 부담한다.
• 모멘트저항골조시스템: 보·기둥 골조가 수직하중과 지진하중을 모두 부담한다.

2방향 전단의 위험단면 면적은 $2\times\left[(c_1+d)+(c_2+d)\right]\times d$이다. 위험단면은 기둥면에서 d/2 떨어진 곳에 기둥을 둘러싸는 둘레로 잡는다.

기둥 양쪽으로 각각 d/2씩 넓어지므로 위험단면의 변 길이는 $c_1+d$, $c_2+d$이고, 둘레는
$b_o=2\left[(c_1+d)+(c_2+d)\right]$
이다. 전단에 저항하는 높이는 전체 춤 D가 아니라 유효깊이 d이므로 면적은 $b_o\times d$이다.

• 변 길이를 c+2d로 잡은 식은 위험단면을 기둥면에서 d만큼 떨어진 곳(1방향 전단의 위치 개념)으로 잘못 본 것이다.
• 변 길이를 c+2d로 잡고 높이를 D로 쓴 식은 위치와 높이를 모두 잘못 잡았다.
• 변 길이는 맞지만 높이를 전체 춤 D로 쓴 식은 피복 부분까지 전단 저항에 넣은 것이다.

케이블 재료의 단기허용인장력을 장기허용인장력의 1.5배로 한 설명이 옳지 않다. 기준의 단기/장기 할증 배율은 이보다 작다.

나머지는 막구조 기준의 재료 요건과 용어 정의를 그대로 옮긴 내용이다.

• 구조내력상 주요한 부분의 막재 파단신율 35% 이하는 기준 요건이다.
• 인열강도를 접힘·굽힘을 받은 후 견딜 수 있는 최대 인장응력으로 정의한 것은 기준의 용어 정의이다.
• 막재 인장강도 폭 1cm당 300N 이상은 기준 요건이다.

마찰접합 고장력볼트를 설계볼트장력 이하로 조인다는 설명이 옳지 않다. 마찰력을 확보하려면 설계볼트장력 이상으로 조여야 한다.

마찰접합은 볼트 축력이 만드는 판 사이 마찰력으로 힘을 전달하므로, 도입 장력이 부족하면 미끄러짐이 생긴다.

• 일반볼트를 영구 구조물에 쓰지 않고 가체결용으로만 쓴다는 것은 옳다.
• 완전용입 그루브용접의 유효목두께를 얇은 쪽 판두께로 하는 것은 옳다.
• 필릿용접 유효길이를 총길이에서 필릿 사이즈의 2배를 뺀 값으로 하는 것은 옳다(양 끝 크레이터 공제).

콘크리트와 철근의 역학적 성질이 매우 유사하다는 설명이 옳지 않다. 두 재료는 성질이 서로 달라 상호 보완한다.

콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약하며, 철근은 인장에 강하다. 이 차이를 결합한 것이 철근콘크리트이다.

• 열팽창계수가 거의 같아 온도변화에도 일체성이 유지된다는 것은 성립요인이다.
• 콘크리트의 강알칼리성이 철근 부식을 막는다는 것은 성립요인이다.
• 큰 부착강도로 두 재료가 일체로 저항한다는 것은 성립요인이다.

나선철근 기둥의 최대 설계축강도는 계수 0.85와 순 콘크리트 단면적(전체 단면적에서 철근 단면적을 뺀 값)을 쓰는 식이다.

$\phi P_{n(max)}=0.85\phi\left[0.85f_{ck}\left(A_g-A_{st}\right)+f_yA_{st}\right]$
$A_g=\dfrac{\pi D^2}{4}$

• 계수 0.8에 철근 단면적을 더한 식: 0.8은 띠철근 기둥의 계수이고, 철근 위치의 콘크리트를 중복 산입했다.
• 계수 0.85에 철근 단면적을 더한 식: 계수는 맞지만 철근 위치의 콘크리트를 중복 산입했다.
• 계수 0.8에 철근 단면적을 뺀 식: 띠철근 기둥의 최대 설계축강도 식이다.

설명하는 흙막이 공법은 아일랜드 컷(Island cut) 공법이다. 중앙부 구조체를 섬(island)처럼 먼저 세우고 이를 버팀대의 반력 지지체로 쓰는 것이 핵심이다.

중앙부를 굴착해 지하 구조체를 먼저 시공한 뒤, 그 구조체와 흙막이벽 사이에 경사 버팀대를 걸고 주변부를 굴착해 나중에 중앙부 구조체와 연결한다. 넓고 얕은 굴착에서 버팀대 길이를 줄일 수 있다.

• 오픈 컷 공법은 흙막이 없이 비탈면을 두거나 흙막이를 세우고 전체를 한 번에 굴착하는 방식으로, 중앙부 구조체를 반력체로 쓰지 않는다.
• 트렌치 컷 공법은 아일랜드 컷과 반대로 주변부를 먼저 도랑(트렌치) 모양으로 굴착해 주변부 구조체를 시공한 뒤 중앙부를 굴착한다.
• 어스 앵커 공법은 버팀대 대신 흙막이벽 배면 지반에 정착한 앵커로 벽을 지지하는 방식이다.

동일 구조물에 이종형식기초를 병용하는 것이 바람직하다는 설명이 옳지 않다. 원칙적으로 이종기초 병용은 피한다.

기초 형식이 다르면 침하량·강성이 달라 부동침하가 생기고 상부구조에 균열을 유발한다.

• 상부구조의 규모·형상·구조·강성을 함께 고려해야 한다는 것은 옳다.
• 부지 주변에 미치는 영향을 고려해야 한다는 것은 옳다.
• 대지 상황·지반 조건에 적합하고 유해한 장해가 없어야 한다는 것은 옳다.

강구조는 단위면적당 강도가 커서 작은 단면으로 큰 하중을 지지할 수 있다.

강도에 비해 자중이 가벼워 장스팬·고층에 유리하지만, 단면이 작고 얇아 좌굴과 내화·방청이 약점이다.

• 고열과 부식에 강하다는 것은 틀리다. 고온에서 강도가 떨어지고 녹이 슬어 내화·방청 처리가 필요하다.
• 재료가 불균질하다는 것은 틀리다. 공장 생산 재료라 균질하다.
• 부재가 길고 얇아 좌굴 영향이 작다는 것은 틀리다. 세장하므로 좌굴 영향이 크다.

정모멘트 구간 총수평전단력 산정에서 고려하지 않는 한계상태는 슬래브철근의 항복이다.

정모멘트 구간에서는 슬래브가 압축을 받으므로 콘크리트 압괴, 강재단면 인장항복, 강재앵커 강도 중 최솟값으로 총수평전단력을 정한다. 슬래브철근 항복은 슬래브가 인장을 받는 부모멘트 구간의 한계상태이다.

• 콘크리트의 압괴: 정모멘트 구간에서 고려한다.
• 강재앵커의 강도: 정모멘트 구간에서 고려한다.
• 강재단면의 인장항복: 정모멘트 구간에서 고려한다.

단면2차모멘트의 비는 4 : 1이다. 외곽 직사각형(폭 a, 높이 2a)에서 같은 도심을 갖는 중공부(폭 0.5a, 높이 a)를 빼서 구한다.

x축(수평축)에 대해서는 $I=\dfrac{bh^3}{12}$를 쓴다.
$I_x=\dfrac{a(2a)^3}{12}-\dfrac{0.5a\cdot a^3}{12}=\dfrac{8a^4-0.5a^4}{12}=\dfrac{7.5a^4}{12}$

y축(수직축)에 대해서는 폭과 높이의 역할이 바뀐다($I=\dfrac{hb^3}{12}$).
$I_y=\dfrac{2a\cdot a^3}{12}-\dfrac{a(0.5a)^3}{12}=\dfrac{2a^4-0.125a^4}{12}=\dfrac{1.875a^4}{12}$
$I_x:I_y=7.5:1.875=4:1$

• 2 : 1은 높이 비(2a : a)를 세제곱하지 않고 그대로 쓴 값이다.
• 3 : 1은 계산 결과와 맞지 않는다.
• 5 : 1도 외곽 단면에서 중공부를 빼는 계산을 잘못한 값이다.

이 구조물은 불안정하다. 부정정 차수를 세기 전에 형태상 수평 이동 기구(메커니즘)가 생기기 때문이다.

상세도처럼 두 기둥의 머리가 상부 골조와 힌지로 연결되고, 기둥 밑도 핀(회전)지점이다. 따라서 각 기둥은 양단 힌지인 링크로서 축방향(수직) 힘만 전달한다.

상부의 닫힌 골조는 하나의 강체처럼 움직이는데, 이를 받치는 것이 서로 평행한 수직 링크 2개뿐이므로 수평력에 저항할 요소가 없다. 수평하중이 오면 두 기둥이 같은 방향으로 기울며 상부가 옆으로 밀려 나간다.

• 1차 부정정은 수평 이동 기구가 있는 구조물에 부정정 차수를 매긴 판별이라 성립하지 않는다.
• 3차 부정정 역시 기하학적으로 불안정한 구조물에는 차수 판별 자체가 의미가 없다.
• 4차 부정정도 반력·절점 수를 기계적으로 대입한 결과일 뿐, 수평 기구가 존재하므로 성립하지 않는다.

인장철근비를 콘크리트 전체 단면적에 대한 비로 정의한 설명이 옳지 않다. 인장철근비는 유효단면적(폭×유효깊이)에 대한 비이다.

$\rho=\dfrac{A_s}{bd}$
전체 춤이 아닌 유효깊이를 쓴다.

• 설계강도는 공칭강도에 강도감소계수를 곱한 강도라는 정의는 옳다.
• 계수하중은 사용하중에 하중계수를 곱한 하중이라는 정의는 옳다.
• 균형변형률 상태는 인장철근의 항복변형률 도달과 압축 콘크리트의 극한변형률 도달이 동시에 일어나는 상태라는 정의는 옳다.

성능기반설계의 타당성 검증을 설계자 외 1인 이상의 전문가에게 받는다는 설명이 옳지 않다. 기준은 설계자 이외 2인 이상의 내진공학 전문가 검증을 요구한다.

비선형해석에 기반한 설계라 판단 여지가 크므로 복수 전문가의 검증을 거치게 한다.

• 내진특등급 건축물의 2400년 재현주기 지진에 대한 최소 성능목표가 인명보호라는 것은 옳다.
• 설계 밑면전단력이 등가정적해석법 값의 75% 이상이어야 한다는 것은 옳다.
• 비선형해석으로 초과강도와 비탄성변형능력을 정밀하게 고려해 목표성능을 달성하도록 설계하는 기법이라는 정의는 옳다.