[7급 국가직 건축구조학] 21년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

거주성 검토용 응답가속도를 재현기간 10년 풍속으로 산정한다는 설명이 옳지 않다.
거주성(사용성) 검토는 일상적으로 자주 부는 바람에 대한 진동 체감을 보는 것이므로 그보다 훨씬 짧은 재현기간 1년 풍속을 사용한다.
풍하중은 건물표면 양면에 작용하는 풍압의 대수합으로 산정한다는 설명은 옳다.
풍동실험에서 모형에 의한 단면폐쇄율을 실험단면의 8 % 미만으로 제한한다는 설명은 옳다.
풍방향·풍직각방향 진동의 최대응답가속도에 대해 거주자가 불안·불쾌감을 느끼지 않도록 설계한다는 설명은 옳다.

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유효순단면적 산정 시 계수 U는 전단지연(shear lag) 영향을 고려하기 위한 것이다.
단면의 일부 요소만 접합되면 인장력이 접합된 요소에 집중되어 순단면 전체가 고르게 응력을 받지 못하므로, 순단면적에 U를 곱해 유효하게 저항하는 면적으로 줄인다.
파단면의 삼축응력효과는 U의 고려 대상이 아니다.
잔류응력은 주로 압축재의 좌굴강도에 영향을 주는 요인이다.
면외좌굴은 압축·휨부재의 안정 문제로 인장재 유효단면적과 무관하다.

모드 주기차이가 25 % 이내로 근접할 때 SRSS를 사용해야 한다는 설명이 옳지 않다.
주기가 근접한 모드는 서로 상관성이 커서 SRSS가 오차를 키우므로, 이 경우에는 모드 간 상관을 반영하는 완전2차조합법(CQC)을 사용해야 한다.
동적해석법에 응답스펙트럼해석법, 선형·비선형시간이력해석법이 있다는 설명은 옳다.
해석 모드 수를 각 방향 질량참여율 90 % 이상이 되도록 정한다는 설명은 옳다.
시간이력해석에서 인접지반을 포함해 지반운동 영향을 직접 고려할 수 있다는 설명은 옳다.

부재력이 0인 부재는 3개로, 하중이 없는 쪽 수직재 2개와 오른쪽 사재 1개이다.
무하중 절점에서 두 부재가 일직선이고 나머지 한 부재가 다른 방향이면 그 한 부재의 힘은 0이다(T형 절점 규칙).
왼쪽 하현재 절점은 하현재 두 개가 일직선이고 하중이 없으므로 그 위 수직재가 0이다.
오른쪽 하현재 절점도 같은 이유로 수직재가 0이다.
그 수직재가 0이 되면 오른쪽 상현 절점은 상현재 두 개가 일직선인 무하중 절점이 되어 사재도 0이다.
왼쪽 상현 절점과 꼭대기 절점에는 하중이 작용하므로 연결된 사재·중앙 수직재는 0이 아니어서 1개, 2개, 4개는 성립하지 않는다.

보·기둥의 내화성능기준을 0.5∼2시간으로 제시한 것이 옳지 않다.
보·기둥은 건물 전체를 지지하는 주요 부재이므로 내벽과 같은 수준인 1∼3시간의 내화성능이 요구된다.
외벽 중 비내력벽으로 연소 우려가 없는 부분은 0.5시간으로 옳다.
내벽은 1∼3시간으로 옳다.
지붕틀은 0.5∼1시간으로 옳다.

좌굴하중 비는 8이다.
오일러 좌굴하중은 $P_{cr}=\dfrac{\pi^2 EI}{(KL)^2}$이므로 길이·재질이 같으면 $\dfrac{I}{K^2}$에 비례한다.
(가)는 양단 핀(K = 1)이고 면내 좌굴은 폭 2a 방향으로 휘므로 $I=\dfrac{4a(2a)^3}{12}=\dfrac{32a^4}{12}$이다.
(나)는 양단 고정(K = 0.5)이고 $I=\dfrac{a^4}{12}$이다.
$\dfrac{P_{cr,A}}{P_{cr,B}}=\dfrac{32/1^2}{1/0.5^2}=\dfrac{32}{4}=8$
32는 유효좌굴길이계수 차이($K^2$ 비 4)를 무시하거나, (가)에 강축 단면2차모멘트 $\dfrac{2a(4a)^3}{12}=\dfrac{128a^4}{12}$를 쓴 값이다.
2와 64는 단면2차모멘트 비 32와 $K^2$ 비 4로부터 얻어지지 않는 값이다.

비지지길이가 $L_r$를 초과할 때 단면이 항복한 뒤 횡좌굴한다는 설명이 옳지 않다.
$L_b \gt  L_r$인 구간은 탄성횡좌굴 영역으로, 단면의 어느 부분도 항복에 도달하기 전에 횡좌굴이 발생한다.
소성휨모멘트를 항복강도와 강축 소성단면계수의 곱으로 산정한다는 설명은 옳다.
비지지길이가 소성한계비지지길이 이하이면 공칭모멘트가 소성휨모멘트가 된다는 설명은 옳다.
비지지길이 내 모멘트 분포의 영향을 횡좌굴모멘트수정계수로 반영한다는 설명은 옳다.

조적구조 재하시험은 설계활하중의 2배에 고정하중의 0.5배를 합한 하중을 24시간 작용시킨다.
따라서 (가) 2, (나) 0.5, (다) 24의 조합이 바르다.
활하중 0.5배·고정하중 2배·12시간 조합은 두 배수가 뒤바뀌고 재하시간도 짧다.
활하중 2배·고정하중 0.5배·12시간 조합은 재하시간이 짧다.
활하중 0.5배·고정하중 2배·24시간 조합은 두 배수가 뒤바뀌었다.

높이제한규정 적용 시 지하구조물의 높이를 산입한다는 설명이 옳지 않다.
지상구조물의 설계계수는 지상구조 형식에 따라 정하고, 높이제한규정을 적용할 때 지하구조물 높이는 산입하지 않는다.
지하구조 강성이 지상구조보다 매우 크면 둘을 분리해 해석할 수 있다는 설명은 옳다.
지진하중과 설계지진토압에 대해 지상·지하구조가 안전하도록 설계한다는 설명은 옳다.
근사 설계로 설계지진토압을 포함한 횡하중을 이에 평행한 외벽이 지지하게 할 수 있다는 설명은 옳다.

옹벽이 수평방향으로 길 때 신축이음을 설치하지 않는다는 설명이 옳지 않다.
긴 옹벽은 온도변화·건조수축·부등침하에 의한 균열을 막기 위해 적절한 간격으로 신축이음을 설치해야 한다.
전도모멘트가 안전율을 고려한 안정모멘트를 초과하지 않아야 한다는 설명은 옳다.
토압 수평성분에 의한 활동에 대해 안전해야 한다는 설명은 옳다.
주변지반의 액상화 가능성이 있으면 그 영향을 고려한다는 설명은 옳다.

D19 이상 이형철근의 최소 수직철근비를 0.0012로 본 설명이 옳지 않다.
0.0012는 설계기준항복강도 400 MPa 이상의 D16 이하 이형철근에 적용하는 값이며, 그 밖의 이형철근(D19 이상 등)은 더 큰 최소 수직철근비(0.0015)를 적용한다.
D16 이하 철근의 최소 수평철근비를 0.0020×400/$f_y$로 하고 $f_y$를 500 MPa 이하로 제한한다는 설명은 옳다.
두께 250 mm 이상 벽체의 외측면 철근을 소요량의 1/2 이상 2/3 이하로 배치한다는 설명은 옳다.
수직·수평철근 간격을 벽두께의 3배 이하, 450 mm 이하로 한다는 설명은 옳다.

나선철근 끝에서 추가로 1.0회전만 정착하면 된다는 설명이 옳지 않다.
나선철근의 정착은 끝에서 추가로 1.5회전만큼 더 확보해야 한다.
나선철근 순간격을 25 mm 이상 75 mm 이하로 한다는 설명은 옳다.
D35 이상 축방향 철근과 다발철근을 D13 이상 띠철근으로 둘러싸고 등가 이형철선·용접철망으로 대체할 수 있다는 설명은 옳다.
기초판·슬래브 윗면에 연결되는 첫 번째 띠철근 간격을 다른 간격의 1/2 이하로 한다는 설명은 옳다.

4개 철근 다발철근의 정착길이 증가율을 30 %로 본 설명이 옳지 않다.
다발철근 내 개개 철근의 정착길이는 3개 다발이면 20 %, 4개 다발이면 33 % 증가시킨다.
인장 이형철근 정착길이는 300 mm 이상, 압축 이형철근은 200 mm 이상이어야 한다는 설명은 옳다.
정착은 묻힘길이·갈고리·기계적 정착 등에 의하며 갈고리는 압축철근 정착에 유효하지 않다는 설명은 옳다.
확대머리 이형철근이 압축을 받을 때 확대머리의 영향을 고려할 수 없다는 설명은 옳다.

고정단 휨모멘트의 절댓값은 190 kN·m이다.
자유단 집중하중에 의한 모멘트와 보 중간의 우력(모멘트 하중)은 방향이 서로 반대이므로 차감한다.
집중하중: $20\times 10=200\ \mathrm{kN\cdot m}$
우력: $-10\ \mathrm{kN\cdot m}$
$|M|=200-10=190\ \mathrm{kN\cdot m}$
210은 우력을 같은 방향으로 더한 값이다.
240·260은 집중하중의 팔길이를 잘못 잡거나 우력 크기를 잘못 반영한 값이다.

표준구멍의 볼트구멍 지압강도는 사용하중상태에서 구멍의 변형을 설계에 고려하는지 여부에 따라 달라진다는 설명이 옳다.
구멍 변형을 고려하는 경우와 고려하지 않는 경우에 서로 다른 지압강도 식을 적용하며, 변형을 고려하지 않으면 더 큰 지압강도를 쓸 수 있다.
블록전단파단은 순단면 인장파단과 총단면 전단항복(또는 순단면 전단파단)의 조합으로 산정하므로, 총단면 인장파단과 순단면 전단항복의 조합이라는 설명은 틀리다.
블록전단파단의 강도감소계수는 0.75이므로 0.6이라는 설명은 틀리다.
인장응력이 일정하면 $U_{bs}$는 1.0, 일정하지 않으면 0.5이므로 값을 뒤바꾼 설명은 틀리다.

골조해석은 비선형해석을 원칙으로 한다는 설명이 옳지 않다.
일반적인 구조설계에서 골조해석은 탄성(선형)해석을 원칙으로 하고, 비선형해석은 필요한 경우에 선택적으로 수행한다.
구조계획에서 용도·재료·지반·하중·구조형식·증축·용도변경 가능성 등을 고려한다는 설명은 옳다.
기둥·보 배치를 평면계획과 조화시키고 보 춤 결정 시 층고·설비계획을 함께 고려한다는 설명은 옳다.
수평하중 저항요소는 평면상과 입면상의 균형을 모두 고려한다는 설명은 옳다.

공기막구조의 최대 내부압이 정상적인 기후·서비스 상태를 위한 것이라는 설명이 옳지 않다.
정상적인 기후와 서비스 상태의 안전성은 최소 내부압으로 확보하고, 최대 내부압은 강풍·적설 등 이상 하중 상태에서 구조 안전성을 확보하기 위한 것이다.
막구조 해석에서 기하학적 비선형을 고려해야 한다는 설명은 옳다.
막구조 해석법으로 유한요소법·동적이완법·내력밀도법이 있다는 설명은 옳다.
케이블 부재를 인장력에만 저항하는 선형 탄성부재로 가정한다는 설명은 옳다.

사용수준 지진력을 사용할 때 지진하중을 1.0E로 쓴다는 설명이 옳지 않다.
사용수준 지진력은 강도수준보다 작은 값이므로 하중조합에서 1.4E로 할증해 사용한다.
건축구조기준 설계하중의 하중조합에 대한 최대 소요강도를 만족하도록 설계한다는 설명은 옳다.
부등침하·크리프·건조수축·팽창량·온도변화를 실제 상황을 고려해 계산한다는 설명은 옳다.
포스트텐션 정착부 설계에 최대 긴장력의 하중계수 1.2를 적용한다는 설명은 옳다.

안전성평가에서 전단력과 비틀림모멘트의 강도감소계수는 0.80을 초과할 수 없다는 설명이 옳다.
기존 구조물은 실측 자료로 불확실성이 줄어 일부 강도감소계수를 신설 설계보다 크게 쓸 수 있으나, 전단·비틀림은 0.80이 상한이다.
부재 치수 등 평가 입력값은 현장 실측값을 사용할 수 있으므로 설곗값만 써야 한다는 설명은 틀리다.
재하시험 결과로 안전성을 직접 평가하는 방법은 보·슬래브 같은 휨부재에 적용하며 압축부재에만 적용한다는 설명은 틀리다.
정밀 현장조사로 하중을 확인한 경우 고정·활하중의 하중계수는 5 %만큼만 감소시킬 수 있으므로 10 % 감소라는 설명은 틀리다.

힘전달기구 중 가장 작은 공칭강도를 쓰고 중첩할 수 있다는 설명이 옳지 않다.
합성기둥의 힘전달기구는 그중 가장 큰 공칭강도를 갖는 하나를 사용하며, 여러 기구를 중첩하여 사용할 수 없다.
강재와 콘크리트 간 길이방향 전단력을 전달하도록 설계한다는 설명은 옳다.
힘전달기구가 직접부착작용·전단접합·직접지압이라는 설명은 옳다.
충전 사각형강관의 공칭부착응력을 0.4 MPa로 본다는 설명은 옳다.

말뚝 위의 기초판에 구조용 무근콘크리트를 사용할 수 있다는 설명이 옳지 않다.
말뚝 위 기초판은 말뚝 반력에 의한 큰 휨·전단을 받으므로 무근콘크리트를 사용할 수 없고, 무근콘크리트 기초판 두께를 200 mm 이상으로 하는 규정은 일반 기초판에 대한 것이다.
기둥에는 구조용 무근콘크리트를 사용할 수 없다는 설명은 옳다.
무근콘크리트 벽체를 연직·횡하중 등 모든 하중을 고려해 설계한다는 설명은 옳다.
강도 계산 시 전체 단면을 고려하되 지반에 직접 치는 경우 두께를 50 mm 줄여 쓴다는 설명은 옳다.

공칭휨강도는 약 120 kN·m이다.
등가 응력블록 깊이: $a=\dfrac{A_s f_y}{0.85 f_{ck} b}=\dfrac{850\times 400}{0.85\times 20\times 200}=100\ \mathrm{mm}$
$M_n=A_s f_y\left(d-\dfrac{a}{2}\right)=340000\times(400-50)$
$=1.19\times 10^{8}\ \mathrm{N\cdot mm}\approx 119\ \mathrm{kN\cdot m}$
인장지배이므로 철근 항복을 전제로 $T=A_s f_y$를 쓰며, 이는 강도감소계수를 곱하기 전의 공칭강도이다.
90은 계산값 119 kN·m보다 지나치게 작다.
150·180은 응력블록 깊이를 빼지 않은 $A_s f_y d=136\ \mathrm{kN\cdot m}$보다도 커서 성립하지 않는다.

두 보의 최대 처짐이 같으려면 $\omega_A=\dfrac{48}{5}\omega_B$이다.
단순보 중앙 처짐 $\dfrac{5\omega L^4}{384EI}$, 캔틸레버 자유단 처짐 $\dfrac{\omega L^4}{8EI}$를 쓴다.
단면2차모멘트: $I_A=\dfrac{2b(2h)^3}{12}=16I$, $I_B=\dfrac{bh^3}{12}=I$
길이: $L_B=0.5L_A$
$\dfrac{5\omega_A L^4}{384E(16I)}=\dfrac{\omega_B(0.5L)^4}{8EI}$
$\dfrac{5\omega_A}{6144}=\dfrac{\omega_B}{128}\ \Rightarrow\ \omega_A=\dfrac{48}{5}\omega_B$
$\dfrac{12}{5}$는 단면2차모멘트 비 16 대신 4를 쓴 값이다.
$\dfrac{24}{5}$는 단면2차모멘트 비 16 대신 8을 쓴 값이다.
$\dfrac{36}{5}$는 처짐 공식 계수를 잘못 대입한 값으로 계산과 맞지 않다.

필러를 접촉면·지압면 사이 두께 차이를 메우는 얇은 판재로 정의한 것이 옳지 않다.
그 정의는 끼움재(shim)에 해당하며, 필러는 부재의 두께를 늘리기 위해 사용되는 판재이다.
다이아프램을 면내 전단강성·강도를 갖고 지지요소에 힘을 전달하는 플레이트로 본 정의는 옳다.
밀스케일을 열간압연 중 생성되는 산화피막으로 본 정의는 옳다.
엔드탭을 용접선 단부에 붙인 보조판으로 본 정의는 옳다.