25년 1회차

구조물 전체의 풍하중에 저항하는 부재를 설계하기 위한 풍하중은 주골조설계용 풍하중이므로, 이를 지붕골조설계용 풍하중의 정의로 쓴 설명이 옳지 않다.

지붕골조설계용 풍하중은 지붕골조(지붕을 구성하는 구조부재)를 설계하기 위해 사용하는 풍하중으로, 대상이 지붕골조에 한정된다.

• 지표면조도구분: 지표면 거칠기에 해당하는 장애물이 바람에 노출된 정도로 구분한다는 정의는 옳다.
• 고정하중: 구조체·비내력 부분·설비 등의 중량으로 존치기간 중 지속적으로 작용하는 연직하중이라는 정의는 옳다.
• 지붕활하중: 유지·보수 작업하중이나 화분 같은 이동 가능한 소형 물체에 의해 지붕에 작용하는 하중이라는 정의는 옳다.

일반시설에서 바닥의 내화시간은 1～2시간이므로, 0.5～1시간으로 제시한 것이 옳지 않다.

내력 주요구조부인 보·기둥은 1～3시간, 바닥은 1～2시간이 요구되고, 화재 시 붕괴 위험이 상대적으로 작은 지붕틀만 0.5～1시간으로 가장 짧다.

• 보: 1～3시간으로 옳다.
• 기둥: 1～3시간으로 옳다.
• 지붕틀: 0.5～1시간으로 옳다.

옳지 않은 설명은 부재 AE가 인장재라는 것이다. 하중이 없는 절점 A에 비동일선상 부재 AE·AD 두 개만 모이므로 둘 다 0부재다.

절점 D에서 AD가 0이므로 수평 평형으로 DB도 0이고, 수직 평형으로 ED가 하중 P를 그대로 받아 인장력 P가 된다.

절점 E에서는 ED가 아래로 당기는 P를 위쪽으로 기운 EC가 끌어올려야 하므로 EC는 인장, EB는 압축이 된다.

• EC가 인장재라는 설명 — 절점 E의 평형상 옳다.
• ED의 부재력이 P라는 설명 — 절점 D의 수직 평형상 옳다.
• DB의 부재력이 0이라는 설명 — AD가 0이므로 수평 평형상 옳다.

푸시오버해석법은 하중을 단계적으로 증가시키며 수행하는 비선형 정적해석법이므로 동적해석법이 아니다.

내진설계기준의 동적해석법은 지진의 시간적 특성이나 진동 모드를 반영하는 방법으로, 응답스펙트럼해석법과 시간이력해석법(선형·비선형)이 이에 해당한다.

• 응답스펙트럼해석법: 모드별 응답을 설계응답스펙트럼으로 구해 조합하는 동적해석법이다.
• 선형시간이력해석법: 지반운동 기록을 입력해 탄성 범위에서 시간에 따른 응답을 구하는 동적해석법이다.
• 비선형시간이력해석법: 부재의 비선형 거동을 고려해 시간에 따른 응답을 구하는 동적해석법이다.

그림의 필릿용접 기호는 10 ▷ 50-150 표기다. 기준선 위 용접기호 왼쪽에 다리길이(사이즈)를, 오른쪽에 용접길이-피치를 쓴다.

그림에서 다리길이는 10 mm, 각 단속 용접 길이는 50 mm이며, 피치는 용접 중심 간격이므로 50 + 100 = 150 mm다.

• 50 ▷ 10-100 — 다리길이와 용접길이를 뒤바꾸고 피치도 빈 간격 100으로 썼다.
• 10 ▷ 50-100 — 100은 용접 사이 빈 간격이지 중심 간격(피치)이 아니다.
• 50 ▷ 10-150 — 피치는 맞지만 다리길이와 용접길이를 뒤바꿨다.

형상계수는 소성단면계수를 탄성단면계수로 나눈 값으로, 약 1.13이다.

$f = \dfrac{Z_x}{S_x}$

$f = \dfrac{1{,}690 \times 10^3}{1{,}490 \times 10^3} \approx 1.13$

H형강은 플랜지에 단면이 집중되어 있어 강축 형상계수가 1.1～1.2 정도로 작다. 1보다 작은 값은 소성단면계수가 탄성단면계수보다 항상 크다는 점에 어긋나고, 약 1.5인 직사각형 단면보다 큰 값은 H형강 강축으로 불가능하다.

인장재의 설계인장강도는 총단면 항복과 유효순단면 파단에 의한 강도 중 작은 값으로 결정하므로, 큰 값으로 결정한다는 설명이 옳지 않다.

두 한계상태 중 어느 하나라도 먼저 도달하면 부재가 기능을 잃으므로, 설계강도는 지배적인(작은) 한계상태로 정한다.

• 강도한계상태: 항복, 소성힌지 형성, 안정성, 인장파괴, 피로파괴 등 안전성과 최대하중 지지력에 관한 한계상태라는 설명은 옳다.
• 인장역작용: 프랫 트러스처럼 웨브 대각방향에 인장력, 수직보강재에 압축력이 생기는 패널 거동이라는 설명은 옳다.
• 사용한계상태: 외형, 유지관리, 내구성, 사용자의 안락감, 기계류 기능 유지 능력에 영향을 주는 한계상태라는 설명은 옳다.

전단마찰 공칭강도는 마찰 저항 개념으로 산정하므로 콘크리트 인장강도는 관련이 가장 적다.

공칭 전단강도는 $V_n = A_{vf} f_y \mu$ 로 구하고, 콘크리트 단면적에 비례하는 상한값으로 제한한다.

• 전단마찰계수: 강도식의 마찰계수로 직접 쓰인다.
• 콘크리트 단면의 면적: 전단전달 면적으로서 공칭강도의 상한을 정하는 데 쓰인다.
• 전단마찰철근의 단면적과 설계기준항복강도: 철근이 균열면에 가하는 클램핑력으로 강도식에 직접 쓰인다.

설계기준항복강도 500 MPa인 D16 이형철근을 쓴 벽체의 최소 수직철근비는 0.0012, 최소 수평철근비는 0.0016이다.

D16 이하 이형철근의 최소 수직철근비는 0.0012이고, 최소 수평철근비는 기본값 0.0020에 $\dfrac{400}{f_y}$ 를 곱해 항복강도가 높을수록 줄일 수 있다.

$\rho_h = 0.0020 \times \dfrac{400}{500} = 0.0016$

항복강도에 따른 조정 없이 기본값을 그대로 쓰거나, 수직철근비를 D16 초과 철근 기준값으로 적용한 조합은 조건에 맞지 않는다.

얕은기초 동결 보호조치는 기초저면 지반이 얼지 않게 하는 배치·시공 방법으로 규정되므로, 타설 후 최소 보호 일수를 제시한 설명이 옳지 않다.

기준이 정한 보호조치는 기초를 동결선 아래로 연장하거나, 동결 영향이 없는 암반 위에 두거나, 열전달을 차단해 지반 동결을 막는 방법이다.

• 단단한 암반 위에 설치: 동상 우려가 없는 지반에 두는 보호조치로 옳다.
• 지반동결선 아래로 기초저면 연장: 가장 기본적인 보호조치로 옳다.
• 열전달 차단 시공: 단열 등으로 기초저면 지반의 동결을 막는 보호조치로 옳다.

C점의 전단력은 30 kN이다. 모멘트하중만 작용하므로 반력은 크기가 같고 방향이 반대인 우력이 된다.

작용 모멘트 합은 80 + 40 = 120 kN·m(반시계)이고, 지간 4 m로 나누면 반력 크기 30 kN(A 상향, B 하향)이다.
$R = \dfrac{120}{4} = 30\,\mathrm{kN}$

C점 왼쪽에는 A점 반력만 있으므로 전단력은 C 전 구간에서 30 kN으로 일정하다.

• 10 kN — 두 모멘트 차(40 kN·m)를 지간으로 나눈 값으로, 같은 방향 모멘트를 빼서 생긴 오류다.
• 20 kN — 80 kN·m만 지간으로 나눈 값이다.
• 40 kN — 80 kN·m를 C까지 거리 2 m로 나눈 값이다.

C점의 휨모멘트 절댓값은 360 kN·m이다. 휨모멘트는 지점에서 해당 점까지 전단력도 면적과 같다.

A점(단순지점) 모멘트는 0이므로 A~C 구간 전단력도 면적을 더한다.
$M_C = 90 \times 3 + 30 \times 3 = 360\,\mathrm{kN\cdot m}$

검산: C~D 면적 $-120 \times 3 = -360$을 더하면 D점에서 0이 되어 단순지점 조건과 맞는다.

• 270 — A~B 구간 면적만 더한 값이다.
• 90 — B~C 구간 면적만 계산한 값이다.

경간 내에서 끝나는 다발철근의 개개 철근은 철근 지름의 40배 이상 서로 엇갈리게 끝나야 하므로, 30배로 제시한 설명이 옳지 않다.

다발 내 철근이 한 단면에서 동시에 끝나면 응력이 집중되므로 충분한 엇갈림 길이를 확보하도록 한다.

• 보에서 D35를 초과하는 철근은 다발로 사용할 수 없다는 설명은 옳다.
• 간격·피복 두께 산정 시 다발철근을 등가단면적의 한 철근 지름으로 본다는 설명은 옳다.
• 다발철근은 이형철근 4개 이하로 하고 스터럽이나 띠철근으로 둘러싸야 한다는 설명은 옳다.

지점 C의 도달모멘트는 20 kN·m이다. 먼저 강비로 분배모멘트를 구하고 고정단으로 도달률 1/2을 곱한다.

세 부재 모두 원단이 고정이므로 분배율은 강비 비례다.
$DF_{OC} = \dfrac{2}{1+2+2} = 0.4$
$M_{OC} = 0.4 \times 100 = 40\,\mathrm{kN\cdot m}$

도달모멘트 $M_{CO} = \dfrac{1}{2} \times 40 = 20\,\mathrm{kN\cdot m}$이다.

• 10 — 강비 1인 OA 부재의 도달모멘트다.
• 40 — OC 부재의 분배모멘트로, 도달률을 곱하지 않은 값이다.

특수모멘트골조 휨부재의 폭은 250 mm 이상이어야 한다는 설명이 옳다.

휨부재는 연성 확보를 위해 축력이 작고, 너무 깊거나 짧지 않은 단면으로 제한된다.

• 깊이에 대한 폭의 비: 최솟값은 0.3이다.
• 유효깊이에 대한 순경간의 비: 최솟값은 4이다.
• 최대 계수축력: $\dfrac{A_g f_{ck}}{10}$ 이하로 제한된다.

구조계산 결과를 책임구조기술자가 평가·조정하여 구조평면·부재단면·접합 유형을 스케치하고 구조세칙 등을 표현하는 항목은 구조설계요약이다.

구조설계요약은 계산 결과를 바탕으로 경제성과 시공성을 고려한 최종 구조 형태를 정리해 보여주는 부분이다.

• 구조계산: 하중 산정과 부재력·단면 검토 등 계산 과정 자체를 다루는 항목이다.
• 구조설계개요: 건축물 개요, 적용 기준, 사용 재료와 하중 등 설계 조건을 정리하는 항목이다.
• 구조특기사항: 재료·시공 등 도면과 계산서에 표현하기 어려운 특별 요구사항을 기술하는 항목이다.

D점의 휨응력 절댓값은 5.0 MPa이다. 최대 휨모멘트는 하중점 C에서 생기고, 응력은 중립축으로부터의 거리에 비례한다.

$M_{max} = \dfrac{PL}{4} = \dfrac{50 \times 10}{4} = 125\,\mathrm{kN\cdot m}$
$I = \dfrac{250 \times 600^3}{12} = 4.5 \times 10^9\,\mathrm{mm^4}$

D점은 중립축에서 18 cm(180 mm) 떨어져 있다.
$\sigma_D = \dfrac{125 \times 10^6 \times 180}{4.5 \times 10^9} = 5.0\,\mathrm{MPa}$

8.3 MPa는 최외단(거리 300 mm)의 최대 휨응력으로, D점 값이 아니다.

유효순단면적은 1,314 mm²이다. 순단면적에 전단지연계수 U를 곱해 구한다.

M22 표준구멍 지름은 24 mm이고, 한 줄 배치라 구멍 하나만 공제한다.
$A_n = 1700 - 24 \times 10 = 1460\,\mathrm{mm^2}$

접합길이 l = 129 × 2 = 258 mm, 편심거리 25.8 mm이므로
$U = 1 - \dfrac{25.8}{258} = 0.9$

이는 볼트 개수 기준 간편값보다 크므로 0.9를 적용한다.
$A_e = 0.9 \times 1460 = 1314\,\mathrm{mm^2}$

• 1,168 — 간편값 0.8을 적용한 값이다.
• 876 — 간편값 0.6을 적용한 값이다.
• 1,332 — 구멍 지름을 볼트 지름 22 mm로 공제한 값이다.

충전형 합성기둥의 유효강성은 강재와 철근은 전체 강성, 콘크리트는 계수 $C_3$를 곱한 강성을 합한다.

$EI_{eff} = E_s I_s + E_{sr} I_{sr} + C_3 E_c I_c$

콘크리트는 균열과 크리프로 강성이 떨어지므로 콘크리트 항에만 감소 계수를 적용한다.

• 철근 항에 0.5를 곱한 식: 매입형 합성기둥의 유효강성 형태로, 충전형에는 맞지 않는다.
• 강재 항에 $C_3$를 곱한 식: 감소 계수를 강재에 적용해 원리에 어긋난다.
• 강재 항에 $C_3$, 콘크리트 항에 0.5를 곱한 식: 계수 적용 대상이 모두 뒤바뀌어 옳지 않다.

A점 휨모멘트 절댓값은 20 kN·m이다. 겔버보는 힌지 C에서 끊어 매달린 보 CB부터 푼다.

CB는 지간 4 m 단순보이므로 힌지 C의 반력은
$R_C = \dfrac{2 \times 4}{2} = 4\,\mathrm{kN}$

이 힘이 캔틸레버 AC 끝에 하중으로 전달되므로
$M_A = 4 \times 5 = 20\,\mathrm{kN\cdot m}$

• 40 — 전체 등분포하중 8 kN을 C점에 모두 실은 값이다.
• 10 — 힌지 반력을 2 kN으로 잘못 둔 값이다.

두 개 이상의 타이가 정착된 절점영역의 $\beta_n$은 0.60이므로, 두 개의 타이 연결 절점영역을 0.70으로 제시한 것이 옳지 않다.

타이가 정착될수록 인장 변형률로 절점영역 콘크리트의 압축강도가 낮아지므로 $\beta_n$이 단계적으로 감소한다.

• 하나의 타이가 연결된 절점영역: 0.80으로 옳다.
• 세 개의 타이가 연결된 절점영역: 두 개 이상 정착에 해당하여 0.60으로 옳다.
• 지지판·스트럿으로만 형성된 절점영역: 타이 정착이 없어 1.00으로 옳다.

습윤환경 보의 최외단 인장철근 최대 중심간격은 137.5 mm이다.

간격 산정식과 상한식 중 작은 값을 쓰며, 습윤환경의 $k_{cr} = 210$이다.

$s = 375 \dfrac{k_{cr}}{f_s} - 2.5 C_c = 375 \times \dfrac{210}{300} - 2.5 \times 50 = 137.5\,\mathrm{mm}$
$s \le 300 \dfrac{k_{cr}}{f_s} = 300 \times \dfrac{210}{300} = 210\,\mathrm{mm}$

두 값 중 작은 값인 137.5 mm가 최대 중심간격이다. 상한식 값만 택하거나 건조환경 계수를 쓰면 다른 값이 나온다.

테두리보 연속철근은 받침부 부모멘트 철근의 1/6 이상, 경간 중앙부 정모멘트 철근의 1/4 이상이며 각각 두 개 이상이어야 한다.

테두리보는 국부 손상 시 하중을 재분배해 연쇄 붕괴를 막는 역할을 하므로, 상·하부에 최소 연속철근을 전 경간에 걸쳐 배치한다.

• 부모멘트 1/4, 정모멘트 1/6 조합: 두 비율이 서로 뒤바뀌어 옳지 않다.
• 부모멘트 1/4, 정모멘트 1/3 조합: 두 비율 모두 기준값과 다르다.
• 부모멘트 1/3, 정모멘트 1/4 조합: 부모멘트 비율이 기준값과 다르다.

중립축 깊이 c는 275 mm이다. 인장력과 압축력이 같다는 조건으로 등가응력블록 깊이 a를 구하고 β1로 나눈다.

인장력 $T = 4250 \times 400 = 1{,}700{,}000\,\mathrm{N}$
블록 응력 $0.85\eta f_{ck} = 34\,\mathrm{MPa}$

상부 돌출부(200 × 200)의 압축력은 $34 \times 40000 = 1{,}360{,}000\,\mathrm{N}$로 부족하므로 나머지 340,000 N은 폭 500 mm 부분이 받는다.
$\dfrac{340000}{34 \times 500} = 20\,\mathrm{mm}$

$a = 200 + 20 = 220\,\mathrm{mm}$, $c = \dfrac{220}{0.8} = 275\,\mathrm{mm}$ 보기의 220 mm는 응력블록 깊이 a로, β1로 나누기 전 값이다.