[7급 국가직 건축구조학] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

영구케이싱이 없는 현장타설콘크리트 말뚝의 최대 허용압축응력은 9.0 MPa이다.
케이싱이 없는 현장타설말뚝은 허용압축응력을 설계기준압축강도의 0.3배로 제한한다.
$f_a = 0.3 f_{ck}$
$= 0.3 \times 30 = 9.0\ \mathrm{MPa}$
9.9 MPa는 0.33배에 해당해 케이싱 없는 말뚝의 한계를 넘는다.
12.0 MPa는 0.4배에 해당해 기준보다 크다.
15.0 MPa는 0.5배로 허용응력 개념에서 지나치게 큰 값이다.

목구조 내구계획에서 지붕처마와 채양은 채광 및 구조상 지장이 없는 한 길게 한다는 설명이 옳다.
처마·채양을 길게 내면 외벽과 접합부에 빗물이 닿는 것을 줄여 목재의 함수율 상승과 썩음을 막는다. 방부는 이런 구조법을 우선하고 방부제처리법은 보완적으로 쓴다.
방부공법은 구조법을 우선 적용하므로, 구조법을 최소화하고 방부제처리법을 우선한다는 설명은 순서가 뒤바뀌었다.
사용연수는 부위·부품마다 추정하되 성능저하에 따른 추정치만이 아니라 사회적 요인에 따른 추정치도 함께 고려해 정한다.
구조체는 썩음에 의한 추정치가 아니라 사회적 요인에 따른 사용연수를 기본으로 하고, 그 기간 동안 성능이 유지되도록 썩음 방지 처리방법을 고려해 설계한다.

침하 우려 부분에 상부 응력을 높여 집중시키는 것은 침하를 키우므로 옳지 않은 대책이다.
지반침하 대책은 접지압을 줄이고 하중을 분산시키거나, 기초가 변형에 추종·저항하도록 하는 방향이다.
기초가 지반침하에 따라 변형하도록 하여 무리한 응력 발생을 피하는 것은 올바른 대책이다.
침하량을 조절하는 장치(잭업 등)를 기초에 두는 것은 올바른 대책이다.
침하로 생기는 응력에 대해 기초가 충분한 강도를 갖게 하는 것은 올바른 대책이다.

볼트접합의 파괴형식에 휨파괴는 해당하지 않는다.
볼트는 축방향 인장, 축직각 전단, 판과의 지압으로 힘을 전달하므로 파괴도 이 경로를 따라 일어난다.
인장파괴는 볼트 축방향 인장력에 의한 볼트 파단이다.
지압파괴는 볼트가 피접합판 구멍을 눌러 판이 찢기거나 변형되는 파괴이다.
전단파괴는 접합면에서 볼트 축이 잘리는 파괴이다.

합성단면의 공칭강도는 소성응력분포법 또는 변형률적합법으로 결정한다.
합성부재 강도 산정 시 콘크리트의 인장강도는 무시하며, 국부좌굴은 강재가 외부에 노출된 충전형에서만 문제가 된다.
충전형 합성부재는 강관이 외피를 이루므로 단면을 콤팩트·비콤팩트·세장으로 분류해 국부좌굴을 고려한다.
매입형 합성부재는 강재가 콘크리트에 둘러싸여 국부좌굴의 영향을 고려하지 않는다.
공칭강도 결정 시 콘크리트 인장강도는 고려하지 않는다.

건물골조시스템의 철근콘크리트 특수전단벽은 반응수정계수가 6.0이므로 $R = 5.0$은 옳지 않다.
특수전단벽은 연성 상세를 갖추어 보통전단벽보다 큰 반응수정계수를 적용하며, 시스템초과강도계수 2.5와 변위증폭계수 5.0은 맞다.
내력벽시스템 철근콘크리트 보통전단벽의 $R = 4.0,\ \Omega_0 = 2.5,\ C_d = 4.0$은 기준값과 같다.
철골 보통모멘트골조의 $R = 3.5,\ \Omega_0 = 3.0,\ C_d = 3.0$은 기준값과 같다.
특수모멘트골조를 가진 이중골조의 철골 편심가새골조 $R = 8.0,\ \Omega_0 = 2.5,\ C_d = 4.0$은 기준값과 같다.

서브머지드아크용접은 입상 플럭스 속에서 아크를 발생시켜 용접하는 방법이라는 정의가 옳다.
나머지 용어는 구속 대상·증폭 대상·응력 방향이 뒤바뀌어 있다.
좌굴방지시스템은 강재케이싱이 아니라 강재코어의 좌굴을 구속하는 시스템이다.
지레작용으로 증폭되는 것은 부재가 아니라 볼트에 작용하는 인장력이다.
인장역작용은 프랫트러스와 유사하게 웨브 대각방향에 인장력, 수직스티프너에 압축력이 생기는 거동으로, 압축과 인장이 반대로 서술되었다.

콘크리트 조적재의 탄성계수는 15,000 MPa, 전단탄성계수는 6,000 MPa이다.
실험을 하지 않은 콘크리트 조적조는 탄성계수를 규정 압축강도의 750배, 전단탄성계수를 탄성계수의 0.4배로 본다.
$E_m = 750 f_m' = 750 \times 20 = 15{,}000\ \mathrm{MPa}$
$G = 0.4 E_m = 0.4 \times 15{,}000 = 6{,}000\ \mathrm{MPa}$
전단탄성계수 7,500 MPa는 탄성계수의 0.5배로 계산한 값이어서 맞지 않다.
탄성계수 20,000 MPa는 압축강도의 1,000배로 계산한 값이어서 맞지 않다.

단면 (가)에서 (나)로 바뀌어도 단면적은 같으므로 최대 전단응력은 변하지 않는다. 전단응력이 2배 증가한다는 설명이 옳지 않다.
직사각형 단면의 최대 전단응력은 $\tau_{max}=\dfrac{3V}{2A}$이고, 두 단면 모두 $A=2a^2$, 전단력 $V=P$로 같다.
최대 휨모멘트: 하중과 경간이 같으므로 고정단에서 $PL$로 변화가 없다.
최대 휨응력: $\sigma=\dfrac{6M}{bh^2}$에서 (가)는 $\dfrac{6M}{4a^3}$, (나)는 $\dfrac{6M}{2a^3}$이므로 2배 증가한다.
최대 처짐: $\delta=\dfrac{PL^3}{3EI}$에서 단면2차모멘트가 $\dfrac{8a^4}{12}$에서 $\dfrac{2a^4}{12}$로 1/4이 되므로 4배 증가한다.

콘크리트 타설 및 설치 방법의 기술적 적합성 검사는 지속적인 특별검사에 해당한다.
타설은 한 번 진행되면 되돌릴 수 없어 작업 중 상시 입회가 필요하고, 나머지 항목은 일정 시점마다 확인하는 주기적 특별검사이다.
프리캐스트 콘크리트 부재의 설치 검사는 주기적인 특별검사이다.
양생온도와 양생방법의 적절성 검사는 주기적인 특별검사이다.
배합설계와 일치하는 배합 사용 여부 검사는 주기적인 특별검사이다.

가새-튜브시스템은 횡강성을 높이고 전단지연 효과를 감소시키므로, 증대시킨다는 설명이 옳지 않다.
골조튜브는 외주 기둥의 축력 분포가 고르지 않은 전단지연이 생기는데, 외곽에 대각 가새를 넣으면 힘이 고르게 분배되어 이 효과가 줄어든다.
다이아그리드는 대각부재가 중력하중과 횡하중을 동시에 전달하는 시스템이다.
골조-전단벽 시스템은 골조의 전단변형과 전단벽의 휨변형이 상호작용하며 횡하중에 저항한다.
아웃리거는 강성이 큰 벽체·트러스로 코어와 외부 기둥을 연결해 횡변위를 제어한다.

콘크리트구조에서 원형철근은 나선철근이나 강선으로 사용할 수 있다.
주철근은 이형철근을 쓰는 것이 원칙이지만, 나선철근·강선은 예외적으로 원형철근이 허용된다.
철근에는 아연도금이나 에폭시수지 도막을 할 수 있다.
확대머리 전단스터드의 머리 지름은 스터드 지름의 $\sqrt{8}$배가 아니라 $\sqrt{10}$배 이상이어야 한다.
항복점이 뚜렷한 철근은 항복점 응력을 인장강도가 아니라 항복강도로 한다.

압축철근을 배치하면 연성은 증가하므로, 연성이 감소된다는 설명은 복철근보의 장점이 아니다.
압축철근이 압축력 일부를 부담해 중립축 깊이가 얕아지고 인장철근 변형률이 커져 연성이 향상된다.
압축철근은 콘크리트 크리프를 억제해 장기처짐을 줄인다.
휨모멘트 방향이 바뀌어도 상·하부 철근이 모두 저항하므로 휨저항 성능이 좋아진다.
스터럽을 걸 수 있는 상부 철근이 있어 철근 조립이 편해진다.

압축재 A의 탄성좌굴하중은 B의 4.0배이다.
양단 고정(회전·이동 구속)의 유효좌굴길이계수는 0.5, 양단 핀(회전 자유·이동 구속)은 1.0이다.
탄성좌굴하중은 유효좌굴길이의 제곱에 반비례한다.
$P_{cr} = \dfrac{\pi^2 EI}{(KL)^2}$
$\dfrac{P_A}{P_B} = \dfrac{(1.0)^2}{(0.5)^2} = 4.0$
0.25배는 A와 B의 비를 거꾸로 잡은 값이다.
0.5배와 2.0배는 길이계수의 제곱을 하지 않고 1차 비로 계산한 값이다.

절단법으로 풀면 부재 FG의 부재력 절댓값은 3 kN(압축)이다.
하중이 좌우 대칭(1+2+2+2+1=8 kN)이므로 반력은 $R_A=R_B=4\,\mathrm{kN}$이다.
FG·CG·CD를 지나도록 자르고 왼쪽 부분에서 절점 C에 대한 모멘트를 취한다. F점 하중은 C와 같은 연직선 위에 있어 모멘트가 0이다.
$(4-1)\times 2 = F_{FG}\times 2$
$F_{FG}=3\,\mathrm{kN}$
상현재는 압축재로 작용하며, 절댓값을 묻으므로 3 kN이 된다.

캔틸레버 AB와 양단연속 CD의 최소 깊이를 같게 놓으면 L = 4.0 m이다.
처짐을 계산하지 않는 보의 최소 두께는 캔틸레버 l/8, 양단연속 l/21이며, 설계기준항복강도 400 MPa·보통중량콘크리트이므로 보정계수는 1.0이다.
CD부재(양단연속): $h=\dfrac{10500}{21}=500\,\mathrm{mm}$
AB부재(캔틸레버): $\dfrac{L}{8}=500\,\mathrm{mm}$
$L=4000\,\mathrm{mm}=4.0\,\mathrm{m}$

벽체로 지지된 불연속 단부에 직각인 정모멘트 철근은 슬래브 끝까지 연장해 150 mm 이상 벽체에 묻어야 한다는 설명이 옳다.
나머지는 기준의 길이·간격·각도 값이 바뀌어 있다.
외부 모퉁이 특별 보강철근은 긴 경간의 1/6이 아니라 1/5 길이만큼 각 방향에 배치한다.
위험단면 철근 간격은 슬래브 두께의 2배 이하, 300 mm 이하로 하여야 한다.
보가 없는 슬래브의 굽힘철근은 굽힘각도를 30°가 아니라 45° 이하로 배근할 수 있는 경우에 사용한다.

간격을 150 mm로 줄이면 설계전단강도는 120 kN이 된다.
전단철근 부담분은 간격에 반비례하고, 콘크리트 부담분은 변하지 않는다.
$\phi V_s = 100 - 40 = 60\ \mathrm{kN}\ (s = 200\ \mathrm{mm})$
$\phi V_s' = 60 \times \dfrac{200}{150} = 80\ \mathrm{kN}$
$\phi V_n = 40 + 80 = 120\ \mathrm{kN}$
85 kN은 전단철근 부담분을 간격에 비례해 줄인 값이다.
115 kN과 125 kN은 반비례 관계를 정확히 적용하지 않은 값이다.

탄성한계횡좌굴모멘트는 항복휨모멘트의 70 %로 간주하므로 90 %라는 설명이 옳지 않다.
잔류응력 영향을 반영해 $M_r = 0.7 F_y S_x$로 두며, 비지지길이에 따라 세 구간으로 횡좌굴강도가 정해진다.
$L_b \le L_p$이면 횡좌굴 없이 소성휨모멘트가 강도가 된다.
$L_p \lt  L_b \le L_r$이면 비탄성 횡비틀림좌굴이 생기고 비지지길이가 길수록 강도가 줄어든다.
$L_b \gt  L_r$이면 항복 전 탄성 횡비틀림좌굴모멘트가 강도를 결정한다.

충전재 전체를 전단 및 정모멘트 강도계산에 포함시킨다는 설명이 옳지 않다.
충전재가 장선 콘크리트 강도 이상이어도 강도계산에 넣을 수 있는 것은 장선과 접하는 수직 벽체 부분이며, 전단 및 부모멘트 계산에만 포함하고 나머지 부분은 제외한다.
장선 사이 순간격은 750 mm를 초과하지 않아야 한다.
장선 폭은 100 mm 이상, 깊이는 최소 폭의 3.5배 이하이다.
영구 충전재 위 슬래브 두께는 순간격의 1/12 이상 또한 40 mm 이상이다.

일단고정·타단롤러 보에 등분포하중이 작용하면 고정단 휨모멘트는 $\dfrac{wL^2}{8}$이므로 40 kN·m이다.
롤러 반력은 $R=\dfrac{3wL}{8}$로, 이를 이용해 고정단 모멘트를 구한다.
$M=\dfrac{wL^2}{8}=\dfrac{5\times 8^2}{8}=40\,\mathrm{kN\cdot m}$

성능기반설계법에서 정형인 저층건물에는 비선형 정적해석을 사용할 수 있다.
비선형 정적해석(푸시오버)은 고차모드 영향이 작은 정형·저층 건물에 적합하다.
2,400년 재현주기 지진은 최대고려지진이며, 기본설계지진은 그보다 작은 수준(최대고려지진의 2/3)이다.
기능수행 수준은 손상을 거의 허용하지 않으므로 3.0 %처럼 큰 허용층간변위를 적용하지 않는다.
설계 밑면전단력의 하한은 등가정적 해석법 밑면전단력의 65 %보다 높게 규정되어 있다.

B종 막재의 표준 초기장력을 1 kN/m 이상이라고 한 설명이 옳지 않다.
막재 초기장력은 막재 종류별로 표준값이 정해지며, B종은 이보다 큰 값을 표준으로 한다.
막구조 해석에서 재료 비선형은 무시할 수 있으나 날실·씨실 방향 특성이 다른 재료이방성은 고려한다.
초기장력값은 구조 형식, 하중, 변형, 시공 등을 종합해 결정한다.
해석은 형상해석 → 응력-변형도해석 → 재단도해석 순서이며 필요하면 시공해석도 한다.

자유단 처짐은 하중점 처짐에 하중점 처짐각에 의한 처짐을 더해 $\dfrac{27PL^3}{128EI}$이다.
고정단에서 하중점까지 거리 $a=\dfrac{3L}{4}$, 하중점에서 자유단까지 $b=\dfrac{L}{4}$로 두면 $\delta=\dfrac{Pa^3}{3EI}+\dfrac{Pa^2}{2EI}b$이다.
$\dfrac{Pa^3}{3EI}=\dfrac{27PL^3}{192EI}=\dfrac{18PL^3}{128EI}$
$\dfrac{Pa^2}{2EI}b=\dfrac{9PL^2}{32EI}\times\dfrac{L}{4}=\dfrac{9PL^3}{128EI}$
합계 $\dfrac{27PL^3}{128EI}$

$f_{ck} = 24\ \mathrm{MPa}$이고 구속철근 규정을 만족하는 병모양 스트럿의 유효압축강도가 가장 작다.
스트럿 유효압축강도는 $f_{ce} = 0.85 \beta_s f_{ck}$이며, 계수는 균일단면 1.0, 철근 규정 만족 병모양 0.75, 미만족 병모양 0.60, 인장부재·인장플랜지 0.40이다.
가장 작은 값 — 병모양(규정 만족, 24 MPa): $0.85 \times 0.75 \times 24 = 15.3\ \mathrm{MPa}$
균일단면(24 MPa): $0.85 \times 1.0 \times 24 = 20.4\ \mathrm{MPa}$
인장플랜지 스트럿(50 MPa): $0.85 \times 0.40 \times 50 = 17.0\ \mathrm{MPa}$
규정 미만족 병모양(50 MPa): $0.85 \times 0.60 \times 50 = 25.5\ \mathrm{MPa}$