[9급 국가직 건축구조] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

하단 회전·이동 고정(고정단), 상단 회전자유·이동고정(핀)인 압축부재의 유효좌굴길이계수 이론값은 0.7이다.
한쪽 고정·다른 쪽 핀인 기둥은 좌굴 형상의 변곡점 사이 거리가 부재 길이의 약 0.7배가 되므로 K = 0.7(이론값)이다.
0.5는 양단 고정(회전·이동 모두 구속) 조건의 이론값이다.
1.0은 양단 핀(이동만 구속) 조건, 또는 양단 회전구속·한쪽 이동자유 조건의 이론값이다.
1.2는 양단 회전구속·한쪽 이동자유 조건에 대한 설계 권장값이다.

강구조의 사용한계상태에 해당하는 것은 구조물의 진동이다.
사용한계상태는 붕괴가 아니라 처짐·진동·변형 등으로 구조물의 사용성·기능이 저해되는 상태를 말한다.
소성힌지의 형성은 강도(극한)한계상태와 관련된다.
인장파괴는 부재가 내력을 잃는 강도한계상태이다.
골조의 안정성(좌굴·전도 등)은 강도한계상태에 속한다.

(가)~(다)에 들어갈 내용은 0.005 · 이상 · 2.5이다.
현행 콘크리트구조 설계기준(KDS 14 20 20, 2021)은 순인장변형률이 인장지배변형률 한계(0.005) 이상인 단면을 인장지배단면으로 하고, 철근 항복강도가 400MPa을 초과하면 그 한계를 항복변형률의 2.5배로 한다.
0.004 · 이상 · 2.0 조합은 휨부재의 최소 허용변형률 규정과 혼동한 것이다.
0.004 · 이하 · 2.0 조합은 한계값과 배수가 모두 휨부재 최소 허용변형률 값이고 부등호 방향도 반대이다.
0.005 · 이하 · 2.5 조합은 변형률이 한계 이하이면 연성이 부족해 인장지배가 될 수 없으므로 틀리다.

단면에 발생하는 최대 전단응력은 0.036MPa이다.
중앙 집중하중이므로 양 지점 반력은 각각 하중의 절반이고, 최대 전단력은 지점 부근의 값과 같다.
$V_{max} = \dfrac{P}{2} = \dfrac{24}{2} = 12\ \mathrm{kN}$
직사각형 단면(폭 0.5m, 높이 1.0m)의 최대 전단응력은 평균 전단응력의 1.5배이다.
$\tau_{max} = \dfrac{3}{2}\cdot\dfrac{V}{A} = \dfrac{3}{2}\times\dfrac{12\times 10^{3}\ \mathrm{N}}{500\ \mathrm{mm}\times 1000\ \mathrm{mm}}$
$\tau_{max} = 1.5\times 0.024 = 0.036\ \mathrm{MPa}$

얕은기초는 교란된 지반이나 다짐하지 않은 채움재 위가 아니라 교란되지 않은 지반, 다짐한 채움재 또는 제어된 저강도재료 위에 시공하여야 하므로 이 설명이 옳지 않다.
교란·미다짐 지반은 지지력이 불확실하고 침하가 커지므로 기초 지지층으로 허용되지 않는다.
기초의 폭을 300mm 이상으로 하는 것은 옳다.
계단식 기초의 상부면은 평평하게 하고 하부면은 1/10 이하 경사를 허용하는 것은 옳다.
동결조건이 영구적이지 않으면 동결지반에 지지해서는 안 된다는 것은 옳다.

부재 DF의 부재력은 +20/3 kN(인장)이다.
A는 회전지점, B는 이동지점이다. 지점 A에 대한 모멘트 평형(E점 수평하중 4kN은 높이 6m)에서 반력을 구한다.
$\Sigma M_A = 0:\ 16R_B = 7\times 8 + 4\times 6 = 80 \ \Rightarrow\ R_B = 5\ \mathrm{kN}(\uparrow)$
$R_{Ay} = 7 - 5 = 2\ \mathrm{kN}(\uparrow),\quad R_{Ax} = 4\ \mathrm{kN}(\leftarrow)$
절점 A에서 부재 AC의 기울기는 3:4:5이다(인장 +).
$\Sigma F_y = 0:\ 2 + \dfrac{3}{5}F_{AC} = 0 \ \Rightarrow\ F_{AC} = -\dfrac{10}{3}\ \mathrm{kN}$
$\Sigma F_x = 0:\ -4 + \dfrac{4}{5}F_{AC} + F_{AD} = 0 \ \Rightarrow\ F_{AD} = 4 + \dfrac{8}{3} = \dfrac{20}{3}\ \mathrm{kN}$
절점 D에는 하중이 없으므로 수직재 CD는 0부재이고, 수평 평형에서 $\mathrm{F}_{DF}$ = $\mathrm{F}_{AD}$ = +20/3 kN이다. 같은 크기의 음수(압축) 값이나 16/3 크기의 값은 반력의 수평성분이나 부호를 잘못 처리한 결과이다.

비난방구조물은 지붕을 통한 열손실이 없어 눈이 잘 녹지 않으므로 온도계수가 난방구조물보다 크게 적용되어 평지붕설하중이 증가한다. 따라서 감소한다는 설명이 옳지 않다.
평지붕설하중은 기본지붕설하중계수·노출계수·온도계수·중요도계수와 지상설하중의 곱으로 산정한다.
기본지붕설하중계수 $\mathrm{C}_{b}$를 일반적으로 0.7로 하는 것은 옳다.
중요도 1등급 건축물의 설하중 중요도계수를 1.1로 하는 것은 옳다.
바람막이 없이 노출된 지붕이 거센바람 지역에 있을 때 노출계수를 0.8로 하는 것은 옳다.

내부보가 없는 2방향 슬래브의 최소 두께 표에서는 철근의 설계기준항복강도가 클수록 순경간을 나누는 값이 작아져 최소 두께가 증가하므로, 감소한다는 설명이 옳지 않다.
항복강도가 높은 철근을 쓰면 사용하중 상태의 철근 응력과 처짐이 커지므로 처짐 제어를 위해 더 두꺼운 슬래브가 요구된다.
외부 슬래브에서 테두리보가 있으면 강성이 커져 테두리보가 없는 경우보다 최소 두께가 작다는 것은 옳다.
지판이 있는 경우 테두리보가 없는 외부 슬래브보다 내부 슬래브의 최소 두께가 작다는 것은 옳다.
내부 슬래브에서 지판이 있으면 지판이 없는 경우보다 최소 두께가 작다는 것은 옳다.

2장 이상의 유리 사이에 PVB 필름이나 레진을 삽입해 부착한 유리는 접합유리이다.
접합유리는 파손되어도 중간막이 파편을 붙잡아 비산을 막으므로 안전유리로 쓰인다.
로이유리는 표면에 저방사 금속막을 코팅해 단열성을 높인 유리이다.
복층유리는 유리 사이에 건조공기나 가스층을 두어 밀봉한 단열유리이다.
망입유리는 유리 내부에 금속망을 넣어 성형한 유리이다.

제어된 저강도재료는 재령 28일 압축강도가 8.3MPa 이하가 되도록 제어된 시멘트계 슬러리 재료이므로, 9.3MPa로 정의한 설명이 옳지 않다.
이 재료는 기초 하부의 채움이나 치환에 쓰이며, 추후 굴착이 가능하도록 강도 상한을 두어 제어한다.
극한지지력을 흙에서 전단파괴가 발생하는 기초의 단위면적당 하중으로 정의한 것은 옳다.
마이크로 파일을 구멍을 뚫고 강봉을 삽입해 그라우트한 소구경 말뚝으로 정의한 것은 옳다.
허용지지력을 침하 허용한도 내에서 극한지지력을 안전율로 나눈 값으로 정의한 것은 옳다.

바닥 하중을 지지하면서 바닥 덮개(마루널·합판)를 받치는 골조 부재는 바닥장선이다.
바닥장선은 멍에나 보 위에 일정 간격으로 나란히 걸쳐 평평한 바닥면을 형성한다.
마룻대는 지붕 꼭대기 용마루에 수평으로 거는 부재이다.
토대는 기초 위에 놓여 기둥 하부를 받고 상부 하중을 기초에 전달하는 부재이다.

장기 추가처짐 계수는 분자에 시간경과계수 2, 분모에 압축철근비를 넣은 $\lambda_{\Delta} = \dfrac{2}{1+50(0.00096)}$이다.
장기 추가처짐 계수는 시간경과계수 ξ와 압축철근비 ρ′로 정하며, 지속하중 기간이 5년 이상이면 ξ = 2.0이다.
$\lambda_{\Delta} = \dfrac{\xi}{1+50\rho'} = \dfrac{2.0}{1+50\times 0.00096} \approx 1.91$
분자 2·분모에 인장철근비 0.0066을 넣은 식은 압축철근비 대신 인장철근비를 쓴 것이어서 틀리다.
분자 1·분모에 압축철근비를 넣은 식은 10년 지속하중의 시간경과계수 2.0을 반영하지 않아 틀리다.
분자 1·분모에 인장철근비를 넣은 식은 시간경과계수와 철근비를 모두 잘못 적용한 것이다.

집중하중에 대한 내력을 높이기 위해 보나 기둥의 웨브와 평행하게 덧대는 판재는 겹침판(doubler plate)이다.
겹침판은 웨브 두께를 보강하여 집중하중 위치의 웨브 항복·전단 등 국부 내력을 향상시킨다.
띠판은 조립압축재에서 분리된 소재들을 일정 간격으로 연결하는 판이다.
뒷댐재는 맞대기용접 시 루트부 뒷면에 대어 용착금속을 받치는 재료이다.
끼움재는 두께가 다른 부재를 이을 때 틈을 메우기 위해 끼워 넣는 판이다.

현행 콘크리트구조 설계기준(KDS 14 20 20, 2021)은 설계기준압축강도 40MPa 이하에서 압축연단 극한변형률을 0.0033으로 가정하므로, 0.003으로 가정한다는 설명이 옳지 않다.
40MPa을 초과하면 극한변형률은 강도 증가에 따라 감소시키며, 0.003은 개정 전 기준의 값이다.
변형률이 중립축부터의 거리에 비례하고 깊은 보는 비선형 분포를 고려한다는 것은 옳다.
철근 변형률이 항복변형률보다 크면 응력을 변형률에 관계없이 $f_{y}$로 한다는 것은 옳다.
압축응력 분포를 직사각형·사다리꼴·포물선형 등으로 가정할 수 있다는 것은 옳다.

공기연행제 등 혼화재료는 실험으로 규준의 요구조건에 합당한 결과가 나타날 때에만 사용할 수 있으므로, 합당하지 않을 때 사용한다는 설명이 옳지 않다.
공기연행은 모르타르·그라우트의 부착력과 강도를 떨어뜨릴 수 있어 성능이 확인된 경우에 한해 허용된다.
모르타르의 물의 양을 현장 시공연도에 맞게 조절할 수 있다는 것은 옳다.
그라우트의 압축강도를 조적개체 강도의 1.3배 이상으로 한다는 것은 옳다.
동결방지용액이나 염화물 성분을 모르타르·그라우트에 사용할 수 없다는 것은 옳다.

콘크리트의 할선탄성계수는 $E_c = 8{,}500\sqrt[3]{34}\ \mathrm{MPa}$이다.
현행 기준(KDS 14 20 10, 2021)은 탄성계수를 평균압축강도 $f_{cm}$으로 산정하며, 시험자료가 없으면 $f_{ck}$ 40MPa 이하에서 Δf = 4MPa을 더한다.
$f_{cm} = f_{ck} + \Delta f = 30 + 4 = 34\ \mathrm{MPa}$
$E_c = 0.077\,m_c^{1.5}\sqrt[3]{f_{cm}} = 8{,}500\sqrt[3]{34}\ \mathrm{MPa}$
세제곱근 안에 30을 넣은 값은 평균압축강도 대신 설계기준압축강도를 그대로 쓴 것이다.
세제곱근 안에 33을 넣은 값은 강도 증분을 3MPa로 잘못 적용한 것이다.
세제곱근 안에 35를 넣은 값은 강도 증분을 5MPa로 잘못 적용한 것이다.

C점 휨모멘트의 절댓값은 7.5kN·m이다.
힌지 D 오른쪽의 DE 구간(길이 4m, 등분포 3kN/m)은 D와 E에 걸친 단순보로 보고, D점 반력을 내민 부분 끝에 하중으로 전달한다.
$R_D = \dfrac{wL}{2} = \dfrac{3\times 4}{2} = 6\ \mathrm{kN}$
C점 오른쪽 자유물체(CD 1m 구간의 등분포하중과 D점 전달하중 6kN)로 C점 모멘트를 구한다.
$M_C = -\left(3\times 1\times 0.5 + 6\times 1\right) = -(1.5 + 6) = -7.5\ \mathrm{kN\cdot m}$

휨모멘트 재분배는 모멘트를 감소시킬 단면에서 순인장변형률 $\varepsilon _{t}$가 0.0075 이상인 경우에만 가능하므로, 미만일 때 가능하다는 설명이 옳지 않다.
재분배는 소성힌지의 회전능력을 전제로 하므로 충분한 연성(큰 인장변형률)을 가진 단면에서만 허용된다.
경간 내 단면의 휨모멘트를 수정된 부모멘트로 계산한다는 것은 옳다.
탄성해석에 의한 받침부 부모멘트를 20% 이내에서 1,000$\varepsilon _{t}$%만큼 증감할 수 있다는 것은 옳다.
재분배 이후에도 정적 평형이 유지되어야 한다는 것은 옳다.

소성응력분포법에서는 강재가 항복응력에 도달할 때 콘크리트가 압축으로 0.85$f_{ck}$의 응력에 도달한 것으로 가정하므로, 0.8$f_{ck}$라는 설명이 옳지 않다.
이 응력은 철근콘크리트 등가응력블록과 같은 수준의 콘크리트 압축강도 계수를 적용한 것이다.
합성단면의 공칭강도 결정 시 콘크리트 인장강도를 무시한다는 것은 옳다.
변형률적합법에서 단면 변형률이 선형 분포한다고 가정한다는 것은 옳다.
매입형 합성부재는 강재가 콘크리트에 둘러싸여 국부좌굴을 고려할 필요가 없다는 것은 옳다.

바람의 난류 성분이 물체를 풍방향으로 불규칙하게 진동시키는 현상은 와류진동이 아니라 버페팅이므로 이 설명이 옳지 않다.
와류진동은 물체 후면에서 발생한 소용돌이(와류)가 양측면에서 교대로 떨어져 나가면서 물체를 풍직각방향으로 진동시키는 현상이다.
외압계수를 외피 수압면의 평균풍압과 기준높이 속도압의 비로 정의한 것은 옳다.
강체건축구조물을 바람과의 동적 상호작용에 의한 부가 하중효과를 무시할 수 있는 구조물로 정의한 것은 옳다.
골바람효과를 골짜기에서 유선이 수렴해 풍속이 급증하는 현상으로 정의한 것은 옳다.