[9급 국가직 건축구조] 25년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

단위면적당 힘의 세기는 응력의 정의이므로, 이를 부재력이라고 한 설명이 옳지 않다.
부재력은 하중 및 외력에 의하여 구조부재에 생기는 축방향력·휨모멘트·전단력·비틀림모멘트 등 부재 전체에 작용하는 힘이며, 이를 단면적 등으로 나눈 세기가 응력이다.
강성을 구조물이나 구조부재의 변형에 대한 저항능력으로 정의한 설명은 옳다.
가설구조물을 건축구조물의 축조를 위하여 임시로 설치하는 시설로 정의한 설명은 옳다.
강도를 외력에 의해 발생하는 힘 또는 모멘트에 저항하는 능력으로 정의한 설명은 옳다.

5층 이상 아파트는 중요도(특)이 아닌 중요도(1)로 분류되므로, 15층 아파트가 중요도(특)에 해당하지 않는다.
중요도(특)은 지진 등 재해 시에도 기능이 유지되어야 하는 시설로서, 일정 규모 이상의 종합병원·방송국 등 공공 기능 시설과 긴급대피수용시설로 지정된 건축물 등이 해당한다.
연면적 30,000 $m^{2}$ 종합병원은 재해 시 의료 기능을 유지해야 하는 시설로 중요도(특)에 해당한다.
연면적 1,500 $m^{2}$ 방송국은 재해 시 정보 전달 기능을 유지해야 하는 시설로 중요도(특)에 해당한다.
비상시 긴급대피수용시설로 지정된 학교 건축물은 중요도(특)에 해당한다.

모서리에서 두 부재의 끝면(마구리)이 보이지 않도록 45° 등으로 빗잘라 맞추는 방법은 연귀맞춤이다.
연귀는 액자틀·창호틀·걸레받이 모서리처럼 마구리를 감추어 깔끔한 외관이 필요한 곳에 쓰인다.
쐐기는 맞춤·이음의 틈에 박아 넣어 부재를 죄어 고정하는 쐐기형 조각으로, 끝면을 감추는 결합방법이 아니다.
장부는 한 부재 끝을 얇게 깎아 다른 부재의 구멍에 끼우는 맞춤 방식으로, 끝면을 감추기 위한 방법이 아니다.
인사이징은 방부제 침투를 좋게 하려고 목재 표면에 칼집을 내는 방부 처리 방법으로 결합방법이 아니다.

내진Ⅰ등급 구조물의 허용층간변위는 $0.015\,h_{sx}$이므로, 층고 4 m인 층의 최대 허용층간변위는 60 mm이다.
$\Delta_a = 0.015\,h_{sx}$
$= 0.015 \times 4000\,\mathrm{mm}$
$= 60\,\mathrm{mm}$
40 mm는 층고의 0.010배로, 내진특등급에 적용되는 허용층간변위이다.
80 mm는 층고의 0.020배로, 내진Ⅱ등급에 적용되는 허용층간변위이다.
100 mm는 층고의 0.025배로, 어느 내진등급의 허용층간변위에도 해당하지 않는다.

훅의 법칙 $\sigma = E\varepsilon$에서 구한 탄성계수는 20,000 MPa이다.
단면적 $A = 10 \times 10 = 100\,\mathrm{mm^2}$, 응력 $\sigma = \dfrac{2000\,\mathrm{N}}{100\,\mathrm{mm^2}} = 20\,\mathrm{MPa}$
변형률 $\varepsilon = \dfrac{1\,\mathrm{mm}}{1000\,\mathrm{mm}} = 0.001$
$E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon} = \dfrac{20}{0.001} = 20000\,\mathrm{MPa}$이며, 단위 환산(kN→N, m→mm)을 빠뜨리면 자릿수가 다른 값이 나오므로 주의한다.

지속하중이 5년 이상 작용할 때의 시간경과계수는 $\xi = 2.0$이다.
추가 장기처짐은 즉시처짐에 $\lambda_{\Delta} = \dfrac{\xi}{1+50\rho'}$를 곱해 구하며, $\xi$는 하중 지속기간이 길수록 커져 5년 이상에서 최대가 된다.
1.0은 지속기간 3개월에 대한 시간경과계수이다.
1.2는 지속기간 6개월에 대한 시간경과계수이다.
1.4는 지속기간 1년에 대한 시간경과계수이다.

네킹은 압축시험이 아니라 인장시험에서 최대하중(극한강도)에 이른 뒤 시험체의 단면이 국부적으로 잘록해지는 현상이므로 이 설명이 옳지 않다.
압축시험에서는 시험체가 짧아지며 단면이 커지는 방향으로 변형하므로 잘록해지는 현상이 생기지 않는다.
거셋플레이트를 트러스 부재·스트럿·가새재를 보 또는 기둥에 연결하는 판요소로 정의한 설명은 옳다.
필릿용접을 교차되는 면 사이에 삼각형 단면이 만들어지는 용접으로 정의한 설명은 옳다.
비가새골조를 부재와 접합부의 휨저항으로 수평하중에 저항하는 골조로 정의한 설명은 옳다.

B점에 대한 모멘트 평형으로 구한 A 지점의 수직반력은 30 kN(상향)이다.
등분포하중의 합력 $W = 10 \times 12 = 120\,\mathrm{kN}$은 A에서 6 m, 즉 B에서 왼쪽으로 2 m 위치에 작용한다.
$\sum M_B = 0:\; R_A \times 8 - 120 \times 2 = 0$
$R_A = \dfrac{240}{8} = 30\,\mathrm{kN}$
(검산: $R_B = 120 - 30 = 90\,\mathrm{kN}$)
A 반력이 40 kN이면 B점에 대한 모멘트 합이 $40 \times 8 - 240 = 80 \ne 0$이 되어 평형을 만족하지 않는다.
60 kN은 하중 위치를 무시하고 전체 하중 120 kN을 두 지점에 반씩 나눈 값으로 평형을 만족하지 않는다.
80 kN은 A~B 구간 하중 전부를 A에 실은 값으로, 내민 구간 하중의 영향이 빠져 평형을 만족하지 않는다.

한쪽 끝이 회전고정·이동자유이고 다른 쪽 끝이 회전자유·이동고정(핀)인 압축부재의 유효길이계수 K의 이론값은 2.0이다.
회전이 구속된 상단을 기준으로 좌굴형상을 대칭 확장하면 길이 2l인 양단 핀 기둥의 좌굴형상과 같아지므로 유효좌굴길이가 부재길이의 2배가 된다(이 경우 설계 권장값도 2.0).
0.8은 일단고정·타단핀(이론값 0.7)일 때의 설계 권장값이다.
1.2는 일단고정·타단 회전고정·이동자유(이론값 1.0)일 때의 설계 권장값이다.
2.1은 일단고정·타단자유 캔틸레버 기둥(이론값 2.0)일 때의 설계 권장값이다.

인장 이형철근의 정착길이 산정식에는 철근의 탄성계수가 들어가지 않는다.
기본정착길이 $l_{db} = \dfrac{0.6\,d_b\,f_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$에 보정계수를 곱해 정착길이를 구하므로, 공칭지름·항복강도·콘크리트 압축강도가 변수가 된다.
철근의 공칭지름은 식의 분자 $d_b$로 들어가며, 지름이 클수록 정착길이가 길어진다.
철근의 설계기준항복강도는 식의 분자 $f_y$로 들어가며, 강도가 클수록 정착길이가 길어진다.
콘크리트의 설계기준압축강도는 분모 $\sqrt{f_{ck}}$로 들어가며, 강도가 클수록 부착이 좋아져 정착길이가 짧아진다.

절점 B에서 수직 방향 힘의 평형을 취하면 부재 BE의 부재력 절댓값은 100 kN(압축)이다.
절점 B에 모이는 부재는 수평부재 AB·BC와 수직부재 BE뿐이므로, 수직 방향 성분을 갖는 것은 BE 하나이다.
$\sum F_y = 0:\; -F_{BE} - 100 = 0 \;\Rightarrow\; F_{BE} = -100\,\mathrm{kN}$
0은 절점 B의 100 kN 하중을 빠뜨렸을 때의 값이다.
266.67 kN은 절점 C의 평형에서 구한 부재 BC의 인장력 크기이다.
333.33 kN은 절점 C의 평형에서 구한 경사부재 CE의 압축력 크기이다.

현행 콘크리트구조 설계기준(KDS 14 20 20)에서 $f_{ck} \le 40\,\mathrm{MPa}$이면 등가 직사각형 압축응력블록의 깊이 계수는 $\beta_1 = 0.80$이다.
개정 기준은 $f_{ck}$ 구간별로 $\beta_1$·$\eta$·$\varepsilon_{cu}$를 표로 정하며, 40 MPa 이하 구간은 모두 같은 값을 쓰므로 30 MPa에서도 0.80이다.
0.85는 구 기준(KBC 2016)에서 $f_{ck} \le 28\,\mathrm{MPa}$일 때 쓰던 값으로, 개정 기준과 맞지 않는다.
0.9는 개정 기준 표의 $\beta_1$ 최댓값 0.80을 넘으므로 해당하지 않는다.
1.0은 응력블록 깊이가 중립축 깊이와 같다는 뜻으로, 표의 최댓값 0.80을 넘으므로 해당하지 않는다.

보의 경간의 1/4은 양쪽에 슬래브가 있는 대칭 T형보의 유효폭 조건이므로 반 T형보의 조건으로 옳지 않다.
반 T형보의 유효폭은 다음 세 값 중 가장 작은 값으로 한다.
(보의 경간의 1/12) + $b_w$는 반 T형보 유효폭 조건으로 옳다.
(인접 보와의 내측 거리의 1/2) + $b_w$는 반 T형보 유효폭 조건으로 옳다.
(한쪽으로 내민 플랜지 두께의 6배) + $b_w$는 반 T형보 유효폭 조건으로 옳다.

$f_y$가 400 MPa를 초과하는 철근의 인장지배 변형률 한계는 $2.5\varepsilon_y$이므로, 구하는 최솟값은 0.00625이다.
$\varepsilon_y = \dfrac{f_y}{E_s} = \dfrac{500}{200000} = 0.0025$
$\varepsilon_t \ge 2.5 \times 0.0025 = 0.00625$
0.004는 $f_y \le 400\,\mathrm{MPa}$인 철근을 쓴 휨부재의 최소 허용변형률로, 인장지배 한계가 아니다.
0.005는 $f_y \le 400\,\mathrm{MPa}$인 철근의 인장지배 변형률 한계이다.
0.006은 $2.5\varepsilon_y$로 계산한 값과 맞지 않는다.

변형률 분포의 닮음비로 구한 중립축 깊이는 c = 150 mm이다.
현행 콘크리트구조 설계기준(KDS 14 20 20)에서 $f_{ck} \le 40\,\mathrm{MPa}$이면 극한변형률은 $\varepsilon_{cu} = 0.0033$이다.
$\dfrac{c}{d} = \dfrac{\varepsilon_{cu}}{\varepsilon_{cu} + \varepsilon_t}$
$c = 600 \times \dfrac{0.0033}{0.0033 + 0.0099} = 600 \times 0.25 = 150\,\mathrm{mm}$
100 mm는 극한변형률 대비 순인장변형률 비가 1:5일 때의 값으로 주어진 변형률과 맞지 않는다.
120 mm는 유효깊이의 1/5로, 변형률 비로부터 도출되지 않는다.
200 mm는 유효깊이의 1/3로, 변형률 비로부터 도출되지 않는다.

철근이 배근된 충전형·매입형 합성부재의 설계전단강도는 강재단면만의 설계전단강도로 산정할 수 있다.
기준은 강재단면만의 설계전단강도, 철근콘크리트(콘크리트+횡보강근)만의 설계전단강도, 또는 강재단면과 횡보강근의 공칭전단강도의 합에 강도감소계수를 곱한 값 중에서 산정하도록 한다.
철근만의 설계전단강도는 콘크리트나 강재의 기여를 빼고 철근만으로 산정하는 방법으로, 기준이 정한 방법이 아니다.
콘크리트만의 설계전단강도는 횡보강근의 기여를 함께 고려하는 철근콘크리트 단면 방법과 달라 적합하지 않다.
강재단면과 콘크리트의 공칭전단강도의 합은 기준의 합산 방법(강재단면+횡보강근)과 조합이 달라 적합하지 않다.

두 처짐을 같게 놓으면 등분포하중의 크기는 $w = \dfrac{8P}{3l}$이다.
캔틸레버 자유단 처짐은 집중하중일 때 $\delta_a = \dfrac{Pl^3}{3EI}$, 전 길이 등분포하중일 때 $\delta_b = \dfrac{wl^4}{8EI}$이다.
$\dfrac{Pl^3}{3EI} = \dfrac{wl^4}{8EI}$
$w = \dfrac{8P}{3l}$
(검산: 전체 등분포하중 $wl$은 P의 약 2.67배여야 같은 처짐이 난다)
$\dfrac{P}{6l}$이면 전체 하중 $wl$이 P의 1/6에 불과해 자유단 처짐이 집중하중의 경우보다 훨씬 작다.
$\dfrac{8P}{5l}$이면 $\delta_b = \dfrac{Pl^3}{5EI}$로 $\delta_a$보다 작아 두 처짐이 같지 않다.
$\dfrac{128P}{5l}$이면 $\delta_b = \dfrac{16Pl^3}{5EI}$로 $\delta_a$보다 훨씬 커 두 처짐이 같지 않다.

추정 수직 지지력이 옳은 것은 모래 100이다. 얕은기초의 추정 수직 지지력은 지반이 단단하고 조밀할수록 커서 대체로 결정질 기반암 > 퇴적암 > 모래질 자갈 > 모래 순이며, 느슨한 사질토인 모래가 가장 작은 값을 갖는다.
나머지 보기는 각 지반에 대해 기준 표에 제시된 추정 수직 지지력 값과 일치하지 않는다.
퇴적암을 300으로 적은 것은 기준 표의 값과 다르다.
모래질 자갈을 180으로 적은 것은 기준 표의 값과 다르다.
결정질 기반암을 700으로 적은 것은 기준 표의 값과 다르다.

집중하중이나 반력이 작용하는 바로 인접 부위에서 웨브판이 국부적으로 찌그러지는 한계상태는 웨브 크리플링(국부크리플링)이다.
집중하중 위치에서는 웨브 국부항복과 함께 웨브 크리플링을 검토하며, 강도가 부족하면 스티프너나 덧판으로 보강한다.
국부휨은 집중 인장하중에 의해 플랜지가 국부적으로 휘는 플랜지 국부휨 한계상태를 말한다.
웨브 횡좌굴은 압축플랜지와 인장플랜지가 서로 상대 횡이동하며 웨브가 좌굴하는 한계상태이다.
횡비틀림좌굴은 보 전체가 휨을 받을 때 압축플랜지가 옆으로 처지며 비틀리는 부재 전체의 좌굴로, 국부파괴가 아니다.

올바른 선도는 전단력이 A~하중점 +6 kN, 하중점~B −4 kN이고, 휨모멘트가 하중점(A에서 4 m)에서 최대 24 kN·m인 삼각형 선도이다.
$R_A = \dfrac{10 \times 6}{10} = 6\,\mathrm{kN}$, $R_B = \dfrac{10 \times 4}{10} = 4\,\mathrm{kN}$
$M_{max} = R_A \times 4 = 6 \times 4 = 24\,\mathrm{kN\cdot m}$
전단력 +4 kN/−6 kN, 휨모멘트 16 kN·m인 선도는 두 반력을 서로 바꿔 계산한 것이다.
전단력 +4 kN/−6 kN, 휨모멘트 24 kN·m인 선도는 모멘트는 맞지만 전단력도의 반력 크기가 뒤바뀌었다.
전단력 +6 kN/−4 kN, 휨모멘트 16 kN·m인 선도는 전단력은 맞지만 최대 휨모멘트 값이 틀렸다.