[7급 국가직 건축구조학] 23년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

두 목재의 끝면을 그대로 맞대고 양면에 철판을 덧대어 볼트로 조인 형태이므로 맞댄이음이다.
맞댄이음은 부재를 따내거나 겹치지 않고 마구리끼리 맞댄 뒤, 이음 부위를 덧판(철판)과 볼트로 보강해 힘을 전달한다.
빗이음: 이음면을 비스듬히 경사지게 잘라 맞추는 방식으로, 그림처럼 이음면이 부재축에 직각이 아니다.
따낸이음: 각 부재의 일부를 따내어 서로 물리게 끼우는 방식으로, 그림에는 따낸 부분이 없다.
겹친이음: 두 부재를 옆으로 겹쳐 대고 볼트·못으로 고정하는 방식으로, 부재가 동일 축선에서 맞대어지지 않는다.

옳지 않은 것은 소성영역에 대한 설명이다.
소성영역(항복 구간)은 응력이 거의 일정한 채 변형도만 증가하는 영역이다. 변형도 증가 없이 응력만 증가한다는 설명은 거꾸로 되어 있다.
탄성영역: 응력과 변형도가 비례(탄성)하는 구간으로 옳다.
변형도 경화영역: 항복 이후 변형도 증가와 함께 응력이 다시 비선형적으로 상승하는 구간으로 옳다.
파괴영역: 최대응력 이후 네킹으로 단면적이 줄어 응력이 감소하는 구간으로 옳다.

설명에 해당하는 단면은 비조밀단면이다.
비조밀단면은 국부좌굴 전에 압축요소가 항복에 도달할 수는 있지만, 소성힌지를 형성해 회전할 능력은 없는 단면이다.
조밀단면: 국부좌굴 전에 완전소성응력분포에 도달하고 소성힌지 회전능력까지 확보하는 단면이다.
세장판단면: 압축요소가 항복하기 전에 탄성 국부좌굴이 먼저 일어나는 단면이다.
유효순단면: 인장재에서 전단지연을 고려한 단면적 개념으로, 국부좌굴에 따른 단면 분류가 아니다.

옳은 것은 플러그·슬롯용접의 유효전단면적을 접합면에서 구멍 또는 슬롯의 공칭단면적으로 한다는 설명이다.
플러그·슬롯용접은 구멍을 채운 용착금속이 접합면에서 전단에 저항하므로, 그 면의 공칭단면적이 유효전단면적이 된다.
필릿용접의 유효목두께: 유효길이가 아니라 용접치수(다리길이)의 0.7배로 한다.
플러그용접의 최소 중심간격: 공칭구멍직경의 2배가 아니라 4배 이상이다.
필릿용접의 최소길이: 강도 기반 설계 시 공칭 용접치수의 2배가 아니라 4배 이상이어야 한다.

옳지 않은 것은 이중골조시스템에 대한 설명이다.
수직하중은 골조가, 지진하중은 전단벽·가새골조가 저항하는 방식은 건물골조시스템의 정의이다. 이중골조시스템은 횡력을 모멘트골조와 전단벽(또는 가새골조)이 강성에 따라 함께 분담하는 시스템이다.
내력벽시스템: 벽체가 수직하중과 횡하중을 함께 지지하는 시스템으로 옳다.
모멘트저항골조시스템: 보·기둥 모멘트골조가 수직하중과 횡하중에 모두 저항하는 시스템으로 옳다.
역추형시스템: 질량이 상부에 집중되어 바닥에 고정된 캔틸레버 기둥처럼 횡력을 지지하는 시스템으로 옳다.

옳지 않은 것은 후크형 앵커볼트 훅의 안지름에 대한 설명이다.
조적식구조 기준에서 훅의 안지름은 볼트지름의 2배가 아니라 3배로 하고, 볼트지름의 1.5배만큼 연장한다.
최소 묻힘길이: 볼트직경의 4배 이상 또는 50 mm 이상으로 옳다.
최소 중심간격: 볼트직경의 4배 이상으로 옳다.
최소 연단거리: 조적조 연단에서 앵커볼트 표면까지 40 mm 이상으로 옳다.

옳은 것은 강재코어 항복강도가 450 MPa을 초과할 때의 횡방향철근 최대 간격(단면 최소 크기의 0.25배) 규정이다.
고강도 강재코어를 쓰면 콘크리트 구속을 강화해야 하므로 횡방향철근 간격을 더 좁게 제한한다.
강재코어 단면적: 합성기둥 총단면적의 0.8 %가 아니라 1 % 이상이다.
연속된 길이방향철근의 최소철근비: 0.002가 아니라 0.004이다.
횡방향철근 중심 간 간격: D10 철근을 쓸 때는 300 mm 이하이며, 400 mm 이하는 D13 이상을 쓸 때의 값이다.

휨응력은 중립축에서 멀어질수록 커진다. 따라서 휨인장응력이 중립축에서 멀어질수록 작아진다는 설명이 옳지 않다.
휨응력은 $\sigma = \dfrac{M y}{I}$로 중립축으로부터의 거리 $y$에 비례하여, 중립축에서 0이고 단면 끝단에서 최대가 된다.
양단 처짐각: $\theta = \dfrac{P L^2}{16 E I}$이므로 보 길이의 제곱에 비례한다.
중앙 처짐: $\delta = \dfrac{P L^3}{48 E I}$이므로 보 길이의 세제곱에 비례한다.
단면2차모멘트 $I = \dfrac{b h^3}{12}$에서 폭을 2배로 하면 $I$가 2배, 춤을 2배로 하면 8배가 되므로 춤을 키우는 편이 처짐각·처짐 감소에 효과적이다.

횡비틀림 지지점이 양 지점뿐이므로 비지지 구간은 전 경간이며, 계산하면 Cb ≒ 1.32이다.
2축 대칭부재의 보정계수 식은 다음과 같다.
$C_b = \dfrac{12.5 M_{max}}{2.5 M_{max} + 3 M_A + 4 M_B + 3 M_C}$
중앙 집중하중의 휨모멘트도는 삼각형이므로 1/4점 $M_A = M_C = 0.5 M_{max}$, 중앙점 $M_B = M_{max}$이다.
$C_b = \dfrac{12.5}{2.5 + 1.5 + 4 + 1.5} = \dfrac{12.5}{9.5} = 1.316$
소수점 셋째 자리에서 반올림하면 1.32이다. 1.14는 등분포하중이 작용하는 단순보(양단만 횡지지)의 값이다.

등가정적해석법을 적용할 수 없는 것은 내진설계범주 ‘C’이고 높이 70 m인 정형 구조물이다.
내진설계범주 C·D의 정형 구조물에 등가정적해석법을 쓰려면 높이가 70 m 미만이어야 하므로, 높이 70 m인 구조물은 적용 대상에서 벗어난다.
내진설계범주 ‘A’, 높이 100 m 정형 구조물: 범주 A·B는 높이·정형성과 관계없이 적용할 수 있다.
내진설계범주 ‘B’, 6층 비정형 구조물: 같은 이유로 적용할 수 있다.
내진설계범주 ‘D’, 3층 경량골조 정형 구조물: 저층 경량골조 구조물로서 적용 대상에 포함된다.

옳지 않은 것은 기초설계 시 활하중을 저감할 수 없다는 설명이다.
기초설계에서도 건축물 설계하중 기준의 활하중 저감 규정을 적용할 수 있다.
고정하중: 기초자중과 기초판 위 되메우기 흙의 하중을 포함하므로 옳다.
지지력·침하: 허용지지력을 넘지 않고 부등침하가 최소화되도록 설계하므로 옳다.
하중조합: 설계하중 기준의 하중조합 중 가장 불리한 영향에 대해 설계하므로 옳다.

지내력 시험에 해당하는 것은 평판재하시험이다.
평판재하시험은 기초 저면 위치에 재하판을 놓고 단계적으로 하중을 가해 침하량을 측정하여 지반의 지지력을 직접 구한다.
보링: 지반을 천공해 지층 구성을 확인하고 시료를 채취하는 방법이다.
베인 테스트: 연약 점토의 전단강도(점착력)를 원위치에서 측정하는 시험이다.
탄성파식 지하탐사법: 탄성파 전달속도로 지층의 구성과 깊이를 추정하는 물리탐사이다.

직사각형단면의 형상계수는 1.5이다.
형상계수는 소성단면계수를 탄성단면계수로 나눈 값이다.
$f=\dfrac{Z}{S}=\dfrac{bh^2/4}{bh^2/6}$
$f=\dfrac{6}{4}=1.5$

옳지 않은 것은 철근 응력이 항복강도 이하일 때 변형률과 관계없이 항복강도로 한다는 설명이다.
항복강도 이하에서는 철근 응력을 변형률에 탄성계수를 곱한 값($f_s=E_s\varepsilon_s$)으로 하고, 변형률이 항복변형률보다 클 때에만 변형률과 관계없이 $f_y$로 한다.
극한변형률: 설계기준 압축강도 40 MPa 이하에서는 0.0033으로 가정하므로 옳다.
압축응력 분포: 직사각형·사다리꼴·포물선형 등 실험 결과와 부합하는 형태로 가정할 수 있으므로 옳다.
변형률 분포: 깊은 보가 아니면 중립축으로부터의 거리에 비례한다고 가정하므로 옳다.

옳지 않은 것은 지판의 연장 길이에 대한 설명이다.
지판은 받침부 중심선에서 각 방향 받침부 중심 간 경간의 1/8이 아니라 1/6 이상을 각 방향으로 연장해야 한다.
2방향전단: 보 없이 기둥이 슬래브를 직접 받치므로 뚫림(2방향)전단 내력 확보가 필요하다.
지판 사용: 기둥 상부의 부모멘트 철근을 줄이기 위해 지판을 둘 수 있다.
시공성: 보가 없어 층고를 낮출 수 있고 거푸집이 단순해진다.

옳은 것은 가동성 경량칸막이벽 하중을 기본등분포활하중에 추가하는 규정이다.
사무실 등에서 경량칸막이벽이 설치될 가능성이 있으면 칸막이벽 하중을 더하되, 기본활하중이 이미 충분히 큰 경우에는 제외할 수 있다.
극장·집회장(고정좌석): 기본등분포활하중은 $5.0\,\mathrm{kN/m^2}$가 아니라 $4.0\,\mathrm{kN/m^2}$이며, 5.0은 이동좌석의 값이다.
활하중의 정의: 평균 하중이 아니라 점유·사용에 의해 발생할 것으로 예상되는 최대 하중이다.
활하중 저감: 영향면적이 $30\,\mathrm{m^2}$가 아니라 $36\,\mathrm{m^2}$ 이상일 때 저감할 수 있다.

F10T의 값은 $F_{nt}=750\,\mathrm{MPa}$, $F_{nv}=400\,\mathrm{MPa}$이다.
공칭인장강도는 볼트 인장강도 $F_u=1000\,\mathrm{MPa}$의 0.75배이다.
$F_{nt}=0.75\times1000=750\,\mathrm{MPa}$
지압접합 공칭전단강도는 나사부가 전단면에 포함되면 $0.4F_u=400\,\mathrm{MPa}$, 제외되면 $0.5F_u=500\,\mathrm{MPa}$이다. 제시된 접합부 길이 조건은 표의 공칭강도를 그대로 적용하는 경우이다.

BD부재(오른쪽 기둥)에는 인장력이 아니라 압축력이 작용하므로 이 설명이 옳지 않다.
A는 롤러라 수평반력이 없고, 수평하중은 핀지점 B가 모두 받는다. B점 모멘트 평형에서 A의 연직반력은 아래로 $\dfrac{P h}{L}$, B의 연직반력은 위로 $\dfrac{P h}{L}$가 되어 BD 기둥을 밀어 올린다(압축).
AC부재: A에 수평반력이 없으므로 기둥 AC에는 전단력과 휨모멘트가 생기지 않는다.
CD부재: C점의 수평하중이 기둥 AC로 전달되지 않고 보 CD를 통해 B로 전달되므로 보에 압축력 $P$가 작용한다.
최대 휨모멘트: BD 기둥의 모멘트는 B에서 0, D에서 $P h$로 커지고, 보 CD는 D에서 C로 줄어 0이 되므로 D점에서 최대이다.

옳지 않은 것은 비틀림 비정형의 판정 기준이다.
비틀림 비정형은 우발편심을 고려한 최대 층변위가 양단부 층변위 평균값의 1.2배보다 클 때로 판정한다. 평균값보다 크다는 조건만으로는 판정하지 않는다.
면외 어긋남: 수직부재의 면외 어긋남처럼 하중전달 경로가 불연속인 경우로 옳다.
비평행 시스템: 횡력저항 수직요소가 직교 주축에 평행하지 않은 경우로 옳다.
요철형 평면: 돌출 부분이 해당 방향 평면치수의 15 %를 초과하는 경우로 옳다.

모멘트 분배법으로 구하면 절점 B의 모멘트 절댓값은 5.0 kN·m이다.
부재 강도는 먼 끝이 고정이면 $\dfrac{4EI}{L}$, 힌지이면 $\dfrac{3EI}{L}$를 쓴다.
$k_{OA} = \dfrac{4EI}{4} = EI,\; k_{OB} = \dfrac{4(2EI)}{4} = 2EI,\; k_{OC} = \dfrac{3(4EI)}{4} = 3EI$
OB 분배율은 $\dfrac{2}{1+2+3} = \dfrac{1}{3}$이므로 $M_{OB} = 30 \times \dfrac{1}{3} = 10\,\mathrm{kN \cdot m}$이다.
고정단 B로의 전달률은 1/2이므로 $M_{BO} = 10 \times \dfrac{1}{2} = 5.0\,\mathrm{kN \cdot m}$이다.

옳지 않은 것은 초과 배근 시 보정계수에 대한 설명이다.
요구량보다 많이 배근하면 정착길이를 줄일 수 있도록 보정계수를 (소요 $A_s$)/(배근 $A_s$)로 하며, 이 값은 1보다 작다. 제시된 식은 분자와 분모가 뒤바뀌어 있다.
정착길이 산정: 기본정착길이에 보정계수를 곱해 구하므로 옳다.
최소 정착길이: 항상 200 mm 이상이어야 하므로 옳다.
기본정착길이: $\dfrac{0.25d_bf_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$로 구하고 $0.043d_bf_y$ 이상이어야 하므로 옳다.

옳지 않은 것은 콘크리트 전단강도 결정 시 축방향 인장력과 경사진 휨압축력의 영향을 고려할 필요가 없다는 설명이다.
구속된 부재의 크리프·건조수축에 의한 축방향 인장력과, 깊이가 변하는 부재의 경사진 휨압축력은 모두 고려해야 한다.
굽힘철근: 주인장철근에 30° 이상의 각도로 구부린 굽힘철근은 전단철근으로 쓸 수 있으므로 옳다.
항복강도 상한: 벽체의 전단철근이나 용접 이형철망은 600 MPa까지 허용되므로 옳다.
수직 전단철근의 강도: $V_s=\dfrac{A_vf_{yt}d}{s}$로 계산하고 제시된 상한 이하로 제한하므로 옳다.

강도감소계수는 0.80이다.
띠철근 부재가 변화구간에 있으면 압축지배 0.65와 인장지배 0.85 사이를 순인장변형률로 직선보간한다. $f_y=400\,\mathrm{MPa}$이면 압축지배 한계는 $\varepsilon_y=0.002$, 인장지배 한계는 0.005이다.
$\phi=0.65+0.20\times\dfrac{\varepsilon_t-0.002}{0.005-0.002}$
$=0.65+0.20\times\dfrac{0.00225}{0.003}$
$=0.65+0.15=0.80$

수직전단철근 간격은 $\dfrac{l_w}{3}$ 이하, $3h$ 이하, 450 mm 이하이다.
수평전단철근 간격은 $\dfrac{l_w}{5}$, $3h$, 450 mm 이하로 제한하는 반면, 수직전단철근은 첫 항목이 $\dfrac{l_w}{3}$이다.
$\dfrac{l_w}{3}$, $5h$, 500 mm 조합: 두께와 절대 간격 한도가 기준보다 크다.
$\dfrac{l_w}{5}$, $3h$, 450 mm 조합: 수평전단철근의 간격 기준이다.
$\dfrac{l_w}{5}$, $5h$, 500 mm 조합: 세 항목 모두 수직전단철근 기준과 다르다.

보 자유단의 처짐과 케이블 신장량이 같다는 변형 적합조건으로 풀면 장력은 9.09 kN이다.
케이블 장력을 $T$라 하면 보 끝에는 $(10 - T)$가 작용한다.
$\dfrac{(10 - T) L^3}{3 E I} = \dfrac{T L_c}{E A}$
값 대입(N·mm 단위):
$\dfrac{L^3}{3EI} = \dfrac{10000^3}{3 \times 2.0 \times 10^5 \times 100 \times 10^6} = \dfrac{1}{60}$
$\dfrac{L_c}{EA} = \dfrac{5000}{2.0 \times 10^5 \times 15} = \dfrac{1}{600}$
$\dfrac{10 - T}{60} = \dfrac{T}{600}$에서 $11T = 100$, $T = 9.09\,\mathrm{kN}$이다. 케이블이 하중의 대부분을 분담하고 보는 약 0.91 kN만 부담한다.