[건축기사 필기] 신출대비 3과목 건축구조 (30) 해설 페이지
신출예상 · 한계상태설계법
강구조·콘크리트구조 설계에 사용하는 한계상태설계법(LSD)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
극한한계상태(강도)와 사용한계상태(처짐·균열·진동)를 구분하여 검토한다.
하중계수와 저항(강도)감소계수를 사용하여 안전성을 확보한다.
하중조합에 따라 소요강도를 산정하고 설계강도와 비교한다.
한계상태설계법은 허용응력만으로 검토하며 하중계수를 사용하지 않는다.
한계상태설계법은 하중계수(하중 증대)와 강도감소계수(저항 저감)를 적용하는 확률론적 설계법이다. 허용응력설계법(ASD)이 하중계수 없이 허용응력으로 검토하는 방식이다.
신출예상 · 강도감소계수
콘크리트구조 설계에서 강도감소계수(φ)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
재료·시공의 불확실성과 부재의 중요도를 반영한다.
인장지배단면(휨)의 강도감소계수가 압축지배단면보다 크다.
전단·비틀림의 강도감소계수는 휨보다 작게 적용한다.
강도감소계수는 항상 1.0보다 큰 값을 사용한다.
강도감소계수 φ는 1.0 이하의 값(예: 인장지배 0.85, 전단 0.75 등)으로 공칭강도를 저감하여 안전여유를 둔다.
신출예상 · 내진설계(성능기반)
건축물 내진설계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
설계지진력은 지반조건·건물 중량·응답수정계수 등을 고려하여 산정한다.
연성(변형능력)이 큰 구조는 지진에너지를 흡수하는 데 유리하다.
비구조요소(설비·외장)의 내진성능도 확보하여야 한다.
내진설계는 지진력을 전혀 받지 않도록 건물을 완전히 강체로 만드는 것이다.
내진설계는 지진에너지를 연성거동으로 흡수·소산시켜 붕괴를 방지하는 개념으로, 완전 강체화가 아니라 적절한 강성·연성·에너지소산 능력을 확보한다.
신출예상 · 면진·제진
지진에 대한 응답제어 기술에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
면진(base isolation)은 건물과 지반 사이에 절연장치를 두어 지진력 전달을 줄인다.
제진(damping)은 감쇠장치로 지진에너지를 흡수하여 응답을 저감한다.
면진은 구조물의 고유주기를 길게 하여 공진을 회피하는 효과가 있다.
면진장치는 건물 최상층에 설치하여 지반과 강하게 결합시키는 장치이다.
면진장치(적층고무받침 등)는 기초와 상부구조 사이에 설치하여 지반 진동의 전달을 차단·저감한다. 최상층 강결합은 면진 원리에 반한다.
신출예상 · 풍하중
건축구조물의 풍하중에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
설계풍압은 기본풍속·지형·건물 높이·형상 등에 따라 달라진다.
고층·경량 구조물은 풍하중이 지배적인 경우가 많다.
풍진동(vortex shedding 등)에 대한 사용성(거주성) 검토가 필요할 수 있다.
풍하중은 건물 높이와 무관하게 항상 일정하다.
풍압은 높이가 높을수록 커지고(속도압 증가), 지형·노풍도(exposure)·형상계수의 영향을 받는다. 높이와 무관하게 일정하지 않다.
신출예상 · 단면계수·휨응력
폭 b=200mm, 높이 h=300mm인 직사각형 단면의 단면계수(Z)는?
3.0×10⁶ mm³
9.0×10⁶ mm³
6.0×10⁶ mm³
1.8×10⁶ mm³
직사각형 단면계수 Z = bh²/6 = 200×300²/6 = 200×90,000/6 = 18,000,000/6 = 3.0×10⁶ mm³. 휨응력 σ = M/Z로 활용된다.
신출예상 · 단면2차모멘트
폭 b=100mm, 높이 h=200mm인 직사각형 단면의 도심축에 대한 단면2차모멘트(I)는?
약 6.67×10⁷ mm⁴
약 3.33×10⁷ mm⁴
약 1.33×10⁸ mm⁴
약 2.00×10⁷ mm⁴
직사각형 I = bh³/12 = 100×200³/12 = 100×8,000,000/12 = 800,000,000/12 ≒ 6.67×10⁷ mm⁴.
신출예상 · 좌굴(세장비)
압축재의 좌굴(buckling)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
오일러 좌굴하중은 세장비가 클수록 작아진다.
좌굴하중은 부재의 단면2차모멘트에 비례한다.
양단 지지조건에 따라 유효좌굴길이가 달라진다.
세장비가 클수록 좌굴하중이 커져 더 안전하다.
세장비(λ)가 클수록(가늘고 길수록) 좌굴하중은 작아져 좌굴에 취약하다. 오일러하중 Pcr = π²EI/(KL)²로 세장비의 제곱에 반비례한다.
신출예상 · 정정·부정정
구조물의 정정·부정정에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정정구조물은 힘의 평형조건만으로 반력·부재력을 구할 수 있다.
부정정구조물은 평형조건 외에 변형(적합)조건이 추가로 필요하다.
부정정차수가 높을수록 여분의 구속(잉여력)이 많다.
단순보는 대표적인 부정정구조물이다.
단순보(한쪽 힌지·한쪽 롤러)는 반력 3개로 평형조건(3개)만으로 풀리는 정정구조물이다. 연속보·라멘 등이 부정정이다.
신출예상 · 전단력·휨모멘트
보의 전단력도(SFD)와 휨모멘트도(BMD)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
전단력이 0이 되는 점에서 휨모멘트가 극값(최대·최소)을 가진다.
등분포하중을 받는 단순보의 BMD는 포물선 형태이다.
집중하중 작용점에서 SFD는 불연속(계단형)으로 변한다.
휨모멘트는 전단력을 미분한 값과 같다.
전단력 V = dM/dx로, 휨모멘트를 미분한 것이 전단력이다(반대로 M은 V의 적분). 보기 4는 미분·적분 관계가 뒤바뀌었다.
신출예상 · 철근콘크리트 보(균형철근비)
철근콘크리트 휨부재의 철근비에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
균형철근비는 콘크리트 압축파괴와 철근 항복이 동시에 일어나는 철근비이다.
과소철근보(저보강)는 철근이 먼저 항복하여 연성파괴를 유도한다.
과다철근보(과보강)는 콘크리트가 먼저 압축파괴되어 취성파괴가 우려된다.
설계에서는 취성파괴 유도를 위해 과다철근보로 설계하는 것이 바람직하다.
설계는 사전 징후가 있는 연성파괴를 유도하기 위해 최대철근비를 제한하여 과소철근(인장지배)으로 설계한다. 취성파괴는 위험하여 피한다.
신출예상 · 기둥(장주·단주)
철근콘크리트 기둥에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
띠철근·나선철근은 주근의 좌굴을 방지하고 심부 콘크리트를 구속한다.
나선기둥은 띠기둥보다 연성과 심부 구속효과가 우수하다.
장주는 세장비가 커서 좌굴(2차 모멘트)의 영향을 고려해야 한다.
단주와 장주는 세장비와 무관하게 동일하게 설계한다.
장주는 세장비가 커서 좌굴·2차 효과(P-Δ)를 반영해야 하므로 단주와 설계 방법이 다르다.
신출예상 · 슬래브(1방향·2방향)
철근콘크리트 슬래브에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
장변/단변 비가 2를 초과하면 1방향 슬래브로 거동한다.
2방향 슬래브는 두 방향으로 하중을 전달한다.
플랫플레이트는 보 없이 슬래브가 기둥에 직접 지지되는 형식이다.
장변/단변 비가 1에 가까울수록 1방향 슬래브로 설계한다.
장변/단변 비가 1에 가까우면(≤2) 두 방향 전달이 뚜렷한 2방향 슬래브로, 2를 초과하면 1방향 슬래브로 거동한다.
신출예상 · 응력-변형률
강재의 응력-변형률 관계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
비례한도까지는 응력과 변형률이 선형(후크의 법칙)이다.
항복점 이후 소성변형이 진행되며 연성거동을 보인다.
탄성계수(E)는 응력-변형률 곡선의 초기 기울기이다.
강재는 항복점이 없는 취성재료로 소성변형이 전혀 없다.
일반 구조용 강재는 명확한 항복점과 큰 소성변형(연성)을 갖는 연성재료이다. 취성재료가 아니다.
신출예상 · 온도·건조수축 응력
콘크리트 구조의 균열 제어에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
건조수축·온도변화에 의한 균열을 줄이기 위해 수축·온도철근을 배치한다.
신축이음(EXP.J)·조절줄눈으로 변형을 흡수·유도한다.
배합·양생 관리로 초기 균열을 억제한다.
건조수축 균열은 철근을 배근하지 않을수록 감소한다.
수축·온도철근을 적절히 배근하면 균열 폭을 분산·제어할 수 있다. 무근으로 두면 큰 폭의 균열이 집중 발생한다.
신출예상 · 트러스
트러스(truss) 구조에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
부재는 주로 축력(인장·압축)만 받는 것으로 이상화한다.
절점은 핀(회전) 접합으로 가정한다.
영부재(zero member)는 특정 조건에서 부재력이 0인 부재이다.
트러스 부재는 주로 휨모멘트를 전달하도록 설계한다.
트러스는 절점하중·핀접합 가정 하에 부재가 축력만 받도록 이상화한 구조이다. 휨모멘트 전달은 라멘(뼈대)구조의 특성이다.
신출예상 · 내진(비틀림·편심)
건축물의 내진 계획에서 평면·입면 형상에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
질량중심과 강성중심의 편심이 크면 비틀림 거동이 커진다.
평면·입면이 단순·규칙적일수록 지진에 유리하다.
연약층(soft story)·급격한 강성 변화는 피한다.
강성중심과 질량중심의 편심이 클수록 지진에 유리하다.
편심이 크면 지진 시 비틀림 응답이 커져 불리하다. 두 중심을 가깝게 하여 비틀림을 줄이는 것이 유리하다.
신출예상 · 프리캐스트(PC) 구조
프리캐스트 콘크리트(PC) 구조에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
공장 제작으로 품질 균일화·공기 단축에 유리하다.
부재 접합부의 일체성 확보(접합 상세)가 중요하다.
운반·양중 계획과 부재 크기·중량 제약을 고려한다.
PC 구조는 접합부 없이 하나의 부재로만 구성된다.
PC 구조는 여러 공장제작 부재를 현장에서 접합하여 구성하므로 접합부의 일체성·연속성 확보가 구조 성능의 핵심이다.
신출예상 · 철근 정착·이음
철근의 정착 및 이음에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정착길이는 철근이 콘크리트에서 뽑히지 않도록 필요한 묻힘길이이다.
인장이형철근의 정착길이는 철근지름·강도·콘크리트강도 등에 좌우된다.
겹침이음·기계적이음·용접이음 등의 방법이 있다.
응력이 큰 위치에 이음을 집중시키는 것이 바람직하다.
이음은 응력이 작은 위치에 분산 배치하는 것이 원칙이다. 최대 응력부에 이음을 집중하면 취약부가 된다.
신출예상 · 하중의 종류
건축구조 설계의 하중에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
고정하중(사하중)은 구조체·마감 등 영구적으로 작용하는 하중이다.
활하중(적재하중)은 사람·가구 등 사용에 따른 변동하중이다.
적설·풍하중·지진하중 등은 환경(횡)하중에 해당한다.
활하중은 위치·크기가 항상 일정하여 고정하중과 동일하게 취급한다.
활하중은 사용 상황에 따라 위치·크기가 변하는 변동하중으로, 영구·불변인 고정하중과 구분하여 하중조합에서 다르게 취급한다.
신출예상 · 내화·구조안전
구조부재의 내화 및 화재안전에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
강재는 고온에서 강도·강성이 급격히 저하되므로 내화피복이 필요하다.
콘크리트는 강재보다 내화성이 우수한 편이나 고강도는 폭렬에 유의한다.
내화구조는 화재 시 일정 시간 구조내력을 유지하도록 요구된다.
강구조는 내화피복 없이도 화재에 무한히 견딘다.
무피복 강재는 약 500~600℃ 부근에서 항복강도가 크게 저하되어 붕괴 위험이 커진다. 따라서 내화피복(뿜칠·보드·도료)이 필요하다.
신출예상 · 조적·전단벽
조적조 및 전단벽에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
조적조는 압축에는 비교적 강하나 인장·전단·휨에는 약하다.
보강조적은 철근·모르타르로 인장·전단 저항을 보강한 것이다.
전단벽은 지진·풍하중 등 횡력에 저항하는 벽체이다.
조적조는 인장·휨에 매우 강하여 지진에 가장 유리한 구조이다.
무보강 조적조는 인장·휨·전단에 약해 지진에 취약하다. 내진성을 높이려면 보강조적이나 전단벽·골조와 병용해야 한다.
신출예상 · 용접부 품질(구조)
강구조 용접 이음의 품질관리에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
완전용입 그루브용접은 모재와 동등한 강도를 확보하도록 한다.
엔드탭·스캘럽 등으로 용접 시·종단부 결함을 관리한다.
용접부는 비파괴검사(UT·RT)로 내부 건전성을 확인한다.
용접 이음은 품질검사 없이도 항상 모재보다 강도가 크다.
용접부는 결함(언더컷·블로홀·크랙 등)에 따라 강도가 저하될 수 있어 절차·검사 관리가 필수이다. 무검사로 항상 모재 이상 강도를 보장할 수 없다.
신출예상 · 모듈러 구조(DfMA)
모듈러(modular) 구조 및 DfMA(제조·조립을 고려한 설계)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
공장 제작 유닛을 현장에서 조립하며 접합부 일체성이 중요하다.
운반·양중을 고려한 유닛 크기·중량 계획이 필요하다.
반복 유닛의 표준화로 품질·공기를 개선한다.
모듈러 구조는 유닛 간 접합 없이 하나의 부재로만 성립한다.
모듈러 구조는 다수 유닛을 접합하여 전체 구조를 이루므로 유닛 간 접합부의 강성·연속성 확보가 구조 성능의 핵심이다.
신출예상 · 매스팀버(CLT)
매스팀버(mass timber)·CLT 구조에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
CLT는 판재를 직교 적층 접착하여 면内 강성을 확보한 공학목재이다.
중·고층 목조건축의 벽·바닥판 구조재로 활용된다.
탄소저장 효과 등 친환경성이 주목받는다.
CLT는 판재를 같은 방향으로만 적층하여 한 방향 강성만 갖는다.
CLT는 인접 층의 섬유방향을 직교로 적층하여 양방향 강성·치수안정성을 확보하는 것이 특징이다. 한 방향 적층은 글루램(집성재)에 가깝다.
신출예상 · 언더피닝(기초보강)
기존 건축물의 기초를 보강·이설하는 언더피닝(underpinning) 공법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
인접 굴착·침하 등으로 위험한 기존 기초를 보강하기 위해 시행한다.
마이크로파일·약액주입·받침대 등으로 하중을 새 지지층에 전달한다.
시공 중 기존 구조물의 침하·균열을 계측하며 관리한다.
언더피닝은 신축 건물의 최상층을 증축하는 공법이다.
언더피닝은 기존 건축물의 기초를 아래에서 보강·대체하여 침하·인접공사 위험에 대응하는 기초보강 공법으로, 상부 증축과 무관하다.
신출예상 · 장기처짐(크리프)
철근콘크리트 부재의 장기처짐에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
지속하중에 의한 크리프·건조수축으로 시간이 지나며 처짐이 증가한다.
압축철근을 배근하면 장기처짐을 감소시킬 수 있다.
장기처짐은 즉시처짐에 장기추가처짐계수를 곱해 추정한다.
장기처짐은 하중 재하 직후에 모두 발생하고 이후에는 변하지 않는다.
장기처짐은 크리프·건조수축으로 수개월~수년에 걸쳐 서서히 증가한다. 재하 직후 발생하는 것은 즉시(탄성)처짐이다.
신출예상 · 탑다운(역타)공법
도심 대심도 굴착의 탑다운(top-down) 공법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
지하 구조체를 위에서 아래로 시공하며 굴착을 병행한다.
지상·지하 동시 시공으로 공기 단축이 가능하다.
1층 바닥을 선시공하여 흙막이 버팀 역할과 작업공간을 확보한다.
탑다운 공법은 지하를 모두 굴착한 뒤 아래에서 위로만 시공한다.
탑다운은 위층부터 아래로(top-down) 구조체를 만들며 굴착하는 공법으로, 완전 굴착 후 상향 시공하는 재래식(bottom-up)과 반대이다.
신출예상 · 케이블·텐세그리티
인장을 주로 활용하는 구조에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
현수·사장구조는 케이블의 인장력으로 하중을 지지한다.
텐세그리티는 연속 인장재와 불연속 압축재의 균형으로 형상을 유지한다.
케이블 구조는 경량 대공간에 유리하다.
케이블(인장재)은 압축·휨에 강해 기둥·보로 직접 사용된다.
케이블은 인장에만 저항하고 압축·휨에는 저항하지 못한다. 따라서 기둥·보(압축·휨재)로 직접 쓸 수 없고 인장부재로 사용한다.
신출예상 · 제진(BRB·감쇠장치)
구조물의 지진 응답을 줄이는 제진(damping) 장치에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
점탄성·유체·금속항복형 감쇠기 등으로 지진에너지를 흡수한다.
좌굴방지가새(BRB)는 압축 시 좌굴 없이 항복하여 에너지를 소산한다.
동조질량감쇠기(TMD)는 풍·지진에 의한 진동을 저감한다.
제진장치는 지진에너지를 전혀 흡수하지 못하고 구조물에 전달만 한다.
제진장치는 지진에너지를 감쇠기의 소성·점성 등으로 흡수·소산하여 구조물의 응답(변형·가속도)을 저감한다.