[국회직 9급 건축구조] 24년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

부재 AB의 압축응력은 $8\,\mathrm{MPa}$이다. B점의 힘의 평형으로 케이블 장력과 AB의 압축력을 구한 뒤 단면적으로 나누면 된다.
케이블 CB는 수평 $4\,\mathrm{m}$, 연직 $3\,\mathrm{m}$이므로 길이가 $5\,\mathrm{m}$이다. 연직 방향 평형에서 장력을 구한다.
$T \times \dfrac{3}{5} = 60\,\mathrm{kN}$
$T = 100\,\mathrm{kN}$
수평 방향 평형에서 AB의 압축력을 구하고 응력으로 바꾼다.
$N_{AB} = 100 \times \dfrac{4}{5} = 80\,\mathrm{kN}$
$\sigma = \dfrac{80{,}000\,\mathrm{N}}{10{,}000\,\mathrm{mm^2}} = 8\,\mathrm{MPa}$
$4\,\mathrm{MPa}$는 압축력 $40\,\mathrm{kN}$에 해당하여 평형에서 구한 값의 절반이다.
$6\,\mathrm{MPa}$는 연직하중 $60\,\mathrm{kN}$을 그대로 AB의 축력으로 본 값이다.
$12\,\mathrm{MPa}$는 압축력 $120\,\mathrm{kN}$에 해당하여 평형을 만족하지 않는다.
$24\,\mathrm{MPa}$는 압축력 $240\,\mathrm{kN}$에 해당하여 평형을 만족하지 않는다.

옳지 않은 것은 안정검토에 계수하중을 적용한다는 설명이다.
전도·활동·지내력 같은 안정검토는 사용하중(비계수하중)으로 수행하고, 계수하중은 벽체와 저판의 단면 강도설계에 적용한다.
수동토압계수는 주동토압계수보다 크다: 흙을 밀어 넣을 때의 저항이 수동토압이므로 옳다.
벽체와 기초를 접합부 고정단의 캔틸레버로 설계한다: 캔틸레버식 옹벽의 기본 설계 가정으로 옳다.
앞판의 휨 위험단면은 벽체면이다: 앞판은 벽체면에 고정된 캔틸레버로 보므로 옳다.
안정성 검토에 전도·활동·지내력이 포함된다: 옹벽 안정검토의 세 항목으로 옳다.

인장재의 순단면적은 $1{,}560\,\mathrm{mm^2}$이다. 총단면적에서 A-A 단면의 볼트구멍 2개가 차지하는 면적을 뺀다.
M20 고장력볼트의 표준구멍 지름은 볼트 지름보다 $2\,\mathrm{mm}$ 커서 $22\,\mathrm{mm}$이다. 구멍이 응력 방향에 직각인 한 단면에 나란하므로 엇모 배치 보정은 필요 없다.
$A_g = 200 \times 10 = 2{,}000\,\mathrm{mm^2}$
$A_n = A_g - n \cdot d \cdot t$
$A_n = 2{,}000 - 2 \times 22 \times 10 = 1{,}560\,\mathrm{mm^2}$
$1{,}600\,\mathrm{mm^2}$는 구멍 지름 대신 볼트 지름 $20\,\mathrm{mm}$를 쓴 값이다.
$1{,}520\,\mathrm{mm^2}$는 구멍 지름을 $24\,\mathrm{mm}$로 본 값이다.
$1{,}480\,\mathrm{mm^2}$는 구멍 지름을 $26\,\mathrm{mm}$로 본 값이다.
$1{,}440\,\mathrm{mm^2}$는 구멍 지름을 $28\,\mathrm{mm}$로 본 값이다.

옳지 않은 것은 국가·지방자치단체의 데이터센터를 중요도(1)로 분류한 설명이다.
연면적 $1{,}000\,\mathrm{m^2}$ 이상인 국가·지방자치단체의 데이터센터는 재난 시 기능 유지가 필요한 시설로서 중요도(특)에 해당한다.
학교, 아동관련시설, 노인복지시설: 중요도(1)에 해당하여 옳다.
긴급대피수용시설로 지정한 건축물: 비상시 기능이 필요하므로 중요도(특)에 해당하여 옳다.
5층 이상인 숙박시설, 오피스텔, 기숙사, 아파트: 중요도(1)에 해당하여 옳다.
농업시설물, 소규모창고: 인명 피해 위험이 낮아 중요도(3)에 해당하여 옳다.

옳지 않은 것은 성능기반 내진설계가 비구조요소를 제외한다는 설명이다.
성능기반 내진설계는 건축물 전체의 내진성능을 목표로 하므로 구조요소뿐 아니라 비구조요소도 대상에 포함한다.
응답스펙트럼해석법: 구조물의 동적 특성을 반영하는 동적해석법이므로 옳다.
필로티 구조물: 하중 흐름이 급변하는 취약 부분이 있어 특별지진하중을 적용하므로 옳다.
설계스펙트럼가속도의 유효지반가속도: 2,400년 재현주기를 고려한 값이므로 옳다.
내진등급(특)의 중요도계수: 1.5를 적용하므로 옳다.

풍동실험 의무 대상이 아닌 것은 중요도(특)에 해당하는 모든 건축구조물이다.
풍동실험은 중요도 분류가 아니라 형상·동적 특성·주변 지형 때문에 일반 산정식으로 풍하중을 평가하기 어려운 경우에 요구된다.
형상비가 크고 유연한 건축구조물: 특이한 풍진동 고려가 필요한 대상이다.
장경간의 현수·사장·막 지붕 등 경량 지붕골조: 공기력불안정진동이 우려되는 대상이다.
특수한 형상의 건축구조물: 일반 풍력계수를 적용하기 어려운 대상이다.
골바람효과가 발생하는 곳의 건축구조물: 국지적 지형·지물의 영향을 평가해야 하는 대상이다.

옳지 않은 것은 다발철근의 개수를 6개 이하로 한 설명이다.
다발철근은 이형철근으로 하되 한 다발의 철근 수는 4개 이하로 제한한다.
수중에서 치는 콘크리트의 피복두께 100mm 이상: 규정과 같아 옳다.
스터럽과 띠철근의 표준갈고리 90°와 135°: 규정과 같아 옳다.
2단 이상 배근 시 상하 철근의 순간격 25mm 이상: 규정과 같아 옳다.
수축·온도철근의 간격이 슬래브 두께의 5배 이하이면서 450mm 이하: 규정과 같아 옳다.

압축철근의 장점으로 적절하지 않은 것은 전단강도 증가이다.
보의 전단강도는 콘크리트와 전단철근(스터럽)이 부담하므로, 축방향으로 배치한 압축철근은 전단강도를 직접 높이지 않는다.
장기 처짐의 감소: 압축철근이 콘크리트의 크리프 변형을 억제하므로 장점이다.
연성의 증진: 압축력을 분담해 중립축이 올라가고 인장철근 변형률이 커지므로 장점이다.
철근 조립의 편이: 스터럽을 고정하는 받침 철근 역할을 하므로 장점이다.
휨강도 증가: 압축력 저항이 늘어 복철근보의 휨강도가 커지므로 장점이다.

옳지 않은 것은 콘크리트 강도가 커질수록 정착길이가 길어진다는 설명이다.
기본정착길이는 아래와 같이 콘크리트 강도의 제곱근에 반비례하므로, 콘크리트 강도가 커지면 부착력이 커져 정착길이는 짧아진다.
$l_{db} \propto \dfrac{d_b f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}}$
철근 강도 증가: 식에서 정착길이가 철근의 항복강도에 비례하므로 길어진다.
에폭시 도막 철근: 부착력이 저하되어 보정계수가 적용되므로 더 길다.
경량콘크리트: 경량콘크리트계수가 분모에서 작게 작용하므로 더 길다.
정착길이 하한 300mm: 어떠한 경우에도 지켜야 하는 최소값으로 옳다.

구하는 변형률 비는 2.4이다. 힘의 평형으로 압축블록 깊이와 중립축 깊이를 구한 뒤 변형률 분포의 닮음비를 적용한다.
철근이 항복한다고 보고 압축력과 인장력의 평형을 세운다.
$\eta(0.85f_{ck})ab = A_s f_y$
$a = \dfrac{3{,}000 \times 400}{1.0 \times 0.85 \times 40 \times 300} = 117.6\,\mathrm{mm}$
$c = \dfrac{a}{\beta_1} = \dfrac{117.6}{0.8} = 147.1\,\mathrm{mm}$
변형률은 단면 깊이에 따라 직선으로 변하므로 중립축 위아래의 삼각형이 닮음이다.
$\dfrac{\varepsilon_s}{\varepsilon_{cu}} = \dfrac{d-c}{c} = \dfrac{500-147.1}{147.1} = 2.4$
이때 $\varepsilon_s = 2.4 \times 0.0033 = 0.0079$로 항복변형률보다 커서 철근 항복 가정도 성립한다.
비 1.2는 중립축 깊이가 약 $227\,\mathrm{mm}$일 때의 값으로 평형에서 구한 깊이보다 훨씬 깊다.
비 1.5는 중립축 깊이가 $200\,\mathrm{mm}$일 때의 값이다.
비 2.0은 중립축 깊이가 약 $167\,\mathrm{mm}$일 때의 값이다.
비 2.8은 중립축 깊이가 약 $132\,\mathrm{mm}$일 때의 값으로 평형에서 구한 깊이보다 얕다.

BC 구간의 휨모멘트는 B점에서 $4\,\mathrm{m}$ 떨어진 곳에서 0이 된다. 지점 반력을 구한 뒤 B점에서 x만큼 떨어진 단면의 휨모멘트식을 세운다.
C점에 대한 모멘트 평형으로 B점 반력을 구한다(상향 +).
$6R_B = 2 \times 8 + 2 \times 1 = 18$
$R_B = 3\,\mathrm{kN}$
연직 방향 평형에서 $R_C$는 크기 $3\,\mathrm{kN}$의 하향 반력이다.
단면 왼쪽을 취해 휨모멘트식을 세운다(하부 인장 +).
$M(x) = -2(2+x) + 3x = x - 4$
$M(x) = 0 \Rightarrow x = 4\,\mathrm{m}$
$x = 3.0\,\mathrm{m}$에서는 $M = -1\,\mathrm{kN \cdot m}$이 남는다.
$x = 3.5\,\mathrm{m}$에서는 $M = -0.5\,\mathrm{kN \cdot m}$가 남는다.
$x = 4.5\,\mathrm{m}$에서는 $M = 0.5\,\mathrm{kN \cdot m}$가 남는다.
$x = 5.0\,\mathrm{m}$에서는 $M = 1\,\mathrm{kN \cdot m}$이 남는다.

올바른 표기는 필릿용접 기호를 기선 아래에 두고 사이즈 8, 길이-피치 50-150을 적은 것이다. 용접 위치와 단속용접의 피치 두 가지를 확인하면 된다.
화살표가 가리키는 면에 용접이 있으면 기호를 기선 아래에, 반대쪽에 있으면 기선 위에 그린다. A-A 단면에서 용접은 화살표가 가리키는 웨브 오른쪽에 있으므로 화살표 쪽 용접이다.
단속용접의 표기는 용접 길이와 피치로 쓰며, 피치는 인접한 용접의 중심 간 거리이다. 평면에서 용접 길이가 $50\,\mathrm{mm}$, 순간격이 $100\,\mathrm{mm}$이다.
$P = 50 + 100 = 150\,\mathrm{mm}$
기호가 기선 위에 있고 50-100으로 적은 표기는 용접 위치와 피치가 모두 틀렸다.
기호가 기선 아래에 있고 50-100으로 적은 표기는 순간격을 피치로 읽은 것이다.
사선이 기선에서 오른쪽 아래로 내려가는 표기는 기호 모양이 필릿용접 기호가 아니고 피치도 틀렸다.
기호가 기선 위에 있고 50-150으로 적은 표기는 피치는 맞지만 화살표 반대쪽 용접을 뜻한다.

휨응력을 최소로 하는 비는 $b : h = 1 : \sqrt{2}$이다. 휨모멘트가 같을 때 응력은 단면계수에 반비례하므로, 대각길이가 일정한 조건에서 단면계수가 최대인 비를 찾는다.
대각길이 조건을 넣어 단면계수를 $b$의 함수로 나타낸다.
$h^2 = d^2 - b^2$
$S = \dfrac{bh^2}{6} = \dfrac{b(d^2 - b^2)}{6}$
극값 조건에서 비를 구한다.
$\dfrac{dS}{db} = \dfrac{d^2 - 3b^2}{6} = 0$
$d^2 = 3b^2, \quad h^2 = 2b^2$
$h = \sqrt{2}\,b$
$b : h = 1 : 3$은 $S \approx 0.0474d^3$으로 최댓값 $0.0642d^3$보다 작다.
$b : h = 1 : 2$는 $S \approx 0.0596d^3$으로 최댓값보다 작다.
$b : h = 1 : 1$은 $S \approx 0.0589d^3$으로 최댓값보다 작다.
$b : h = 1 : \sqrt{3}$은 $S \approx 0.0625d^3$으로 최댓값보다 작다.

지점 A의 수직반력은 $\dfrac{P}{10}$이다. 두 보가 교차점 O에서 같은 양만큼 처진다는 적합조건으로 하중 분담을 구한다.
그림에서 AB는 스팬 $2L$, CD는 스팬 $L$이고 O는 두 보의 중앙이다. 각 보가 분담하는 하중을 $P_1$, $P_2$로 두고 중앙 처짐을 같게 놓는다.
$\dfrac{P_1(2L)^3}{48(2EI)} = \dfrac{P_2 L^3}{48EI}$
$P_2 = 4P_1$
평형조건 $P_1 + P_2 = P$를 적용한다.
$P_1 = \dfrac{P}{5}, \quad P_2 = \dfrac{4P}{5}$
중앙 집중하중이므로 양 지점이 절반씩 받는다.
$R_A = \dfrac{P_1}{2} = \dfrac{P}{10}$
$\dfrac{1}{5}P$는 보 AB가 분담하는 하중으로, 지점 A의 반력은 그 절반이다.
$\dfrac{2}{5}P$는 보 CD의 지점 반력이다.
$\dfrac{1}{2}P$는 보 AB가 하중 전체를 받는다고 본 값이다.
$\dfrac{1}{\sqrt{2}}P$는 처짐 적합조건에서 나오지 않는 값이다.

옳지 않은 것은 수축·온도 철근비를 콘크리트 유효단면적으로 산정한다는 설명이다.
수축·온도 철근비는 건조수축과 온도변화가 단면 전체에 작용하므로 콘크리트 전체단면적을 기준으로 산정한다.
4변 지지에서 장변/단변 비가 2배를 넘는 슬래브: 1방향 슬래브의 정의로 옳다.
주철근에 직각방향의 수축·온도 철근 배치: 주철근이 없는 방향의 균열을 제어하므로 옳다.
최소 두께 100mm 이상: 1방향 슬래브 규정과 같아 옳다.
단변방향을 경간으로 한 단위폭 보 설계: 하중이 주로 단변방향으로 전달되므로 옳다.

옳지 않은 것은 첫 번째 후프철근을 지지부재 면부터 $d/2$ 이내에 둔다는 설명이다.
2024년 시험 당시 구조설계기준에서 첫 번째 후프철근은 지지부재 면부터 50mm 이내에 두어, 소성힌지가 생기는 부재 단부를 가까이에서 구속하도록 한다.
접합면의 정모멘트 강도가 부모멘트 강도의 1/2 이상: 요구사항과 같아 옳다.
부재 어느 위치에서나 양단 최대 휨강도의 1/4 이상: 요구사항과 같아 옳다.
받침부 면에서 부재 깊이의 2배 구간에 후프철근 배근: 소성힌지 구간의 구속 요구로 옳다.
후프철근 최대간격의 네 가지 제한값: 가장 작은 값을 넘지 않게 하는 요구사항과 같아 옳다.

전단력이 0이 되는 위치는 A점에서 $3.0\,\mathrm{m}$이다. 일단 고정 타단 롤러보의 A점 반력을 구하고 전단력식을 세운다.
A점의 처짐이 0이라는 적합조건에서 반력을 구한다. 롤러를 제거한 캔틸레버의 처짐과 반력에 의한 처짐이 같아야 한다.
$\dfrac{wL^4}{8EI} = \dfrac{R_A L^3}{3EI}$
$R_A = \dfrac{3wL}{8} = \dfrac{3 \times 4 \times 8}{8} = 12\,\mathrm{kN}$
A점에서 x 위치의 전단력을 0으로 놓는다.
$V(x) = 12 - 4x = 0$
$x = 3.0\,\mathrm{m}$
$2.0\,\mathrm{m}$에서는 전단력이 $4\,\mathrm{kN}$ 남는다.
$2.5\,\mathrm{m}$에서는 전단력이 $2\,\mathrm{kN}$ 남는다.
$3.5\,\mathrm{m}$에서는 전단력이 $-2\,\mathrm{kN}$이다.
$4.0\,\mathrm{m}$는 B단을 단순지지로 본 보의 중앙 위치로, 고정단의 영향이 빠진 값이다.

강봉이 늘어난 길이는 2.5mm이다.
축하중을 받는 선형탄성 부재의 변형량 공식을 쓰며, 단위를 N과 mm로 통일해 대입한다.
$\delta = \dfrac{PL}{EA}$
값을 대입한다.
$\delta = \dfrac{100{,}000\,\mathrm{N} \times 2{,}000\,\mathrm{mm}}{200{,}000\,\mathrm{MPa} \times 400\,\mathrm{mm^2}}$
계산하면 다음과 같다.
$\delta = \dfrac{2.0 \times 10^{8}}{8.0 \times 10^{7}} = 2.5\,\mathrm{mm}$

최대전단응력은 $\dfrac{3}{8}\dfrac{wL}{bh}$이다. 최대전단력을 구한 뒤 직사각형 단면의 최대전단응력 공식을 적용한다.
하중이 보 중앙에 대칭으로 작용하므로 양 지점이 전체 하중을 절반씩 받는다.
$W = w \times \dfrac{L}{2} = \dfrac{wL}{2}$
$R_A = R_B = \dfrac{W}{2} = \dfrac{wL}{4}$
최대전단력은 지점 반력과 같다.
직사각형 단면의 최대전단응력은 평균전단응력의 1.5배이다.
$\tau_{max} = \dfrac{3}{2} \cdot \dfrac{V_{max}}{bh}$
$\tau_{max} = \dfrac{3}{2} \cdot \dfrac{wL/4}{bh} = \dfrac{3}{8}\dfrac{wL}{bh}$
$\dfrac{3}{4}\dfrac{wL}{bh}$는 전체 하중 $wL/2$를 최대전단력으로 쓴 값이다.
$\dfrac{1}{2}\dfrac{wL}{bh}$는 전체 하중을 전단력으로 쓰고 1.5배 계수도 빠뜨린 값이다.
$\dfrac{7}{8}\dfrac{wL}{bh}$는 지점 반력보다 큰 전단력을 전제해야 나오는 값이다.
$\dfrac{5}{8}\dfrac{wL}{bh}$도 지점 반력보다 큰 전단력을 전제해야 나오는 값이다.

옳은 값은 ㉠ 75mm, ㉡ 40mm이다.
영구히 흙에 묻히는 콘크리트는 프리스트레스 여부와 무관하게 75mm이고, 프리스트레스하는 부재에서 옥외의 공기나 흙에 접하지 않는 보의 주철근 피복은 40mm이다.
㉠ 75mm, ㉡ 30mm: 30mm는 주철근이 아니라 띠철근·스터럽에 대한 값이므로 틀리다.
㉠ 80mm, ㉡ 30mm: ㉠과 ㉡ 모두 규정값과 달라 틀리다.
㉠ 80mm, ㉡ 40mm: 흙에 묻히는 콘크리트의 규정값은 80mm가 아니므로 틀리다.
㉠ 100mm, ㉡ 40mm: 100mm는 수중에서 치는 콘크리트의 값이므로 틀리다.