[국회직 9급 건축구조] 23년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

옳지 않은 것은 강도를 변형에 대한 저항능력으로 정의한 설명이다.
변형에 대한 저항능력은 강성이고, 강도는 구조물이나 부재가 하중에 저항할 수 있는 능력이다.
감쇠는 진동에너지가 다른 형태로 변환·소산되어 진폭이 작아지는 현상이므로 옳다.
인성은 높은 강도와 큰 변형을 발휘하여 충격에 잘 견디는 성질이므로 옳다.
안전성은 예상 수명기간 동안 최대하중에 저항하는 능력이므로 옳다.
계수하중은 사용하중에 하중계수를 곱한 하중이므로 옳다.

옳지 않은 것은 한계상태설계법의 하중조합에서 1.0 미만의 하중계수를 적용할 수 없다는 설명이다.
고정하중이 풍하중·지진하중의 전도나 인발에 저항하는 조합에서는 고정하중에 1.0보다 작은 하중계수를 적용하므로 이 설명은 틀렸다.
활하중은 점유·사용에 의해 발생할 것으로 예상되는 최대의 하중이므로 옳다.
풍하중의 기준높이는 통상적인 건축구조물에서 지붕의 평균높이로 하므로 옳다.
난방구조물은 건물 열로 지붕의 눈이 녹으므로 온도계수가 작아 평지붕설하중을 더 작게 적용할 수 있다.
고정하중, 활하중, 풍하중, 설하중, 지진하중은 모두 건축구조물의 설계하중이므로 옳다.

벽체 중심으로부터 위험단면까지의 거리는 $50\,\mathrm{mm}$이다.
조적조 벽체를 지지하는 기초판의 최대 계수휨모멘트 위험단면은 벽체 중심과 벽면의 중간이다.
벽체 중심에서 벽면까지의 거리: $\dfrac{200}{2} = 100\,\mathrm{mm}$
그 중간까지의 거리: $\dfrac{100}{2} = 50\,\mathrm{mm}$

옳지 않은 것은 작업하중이 충격하중을 포함하지 않는다는 설명이다.
작업하중은 작업원, 경량의 장비하중, 자재와 공구 등의 시공하중에 더해 충격하중까지 포함한다.
고정하중은 철근콘크리트와 거푸집의 무게를 합한 하중이고, 보통 콘크리트의 단위중량은 철근 중량을 포함해 $24\,\mathrm{kN/m^3}$를 적용하므로 옳다.
콘크리트 분배기 등 특수장비를 쓰면 실제 장비하중을 적용하고 안전 여부를 확인하므로 옳다.
고정하중과 작업하중을 합한 연직하중은 타설 높이와 관계없이 최소 $5.0\,\mathrm{kN/m^2}$ 이상으로 설계하므로 옳다.
설하중이 작업하중을 초과하면 설하중을 적용하므로 옳다.

옳은 것은 슬롯용접을 긴 홈을 뚫어 부재를 다른 부재에 부착시키는 용접으로 정의한 설명이다.
나머지 정의는 핵심 단어가 바뀌어 있으므로, 대상 부위와 하중 성격을 기준과 대조해 고친다.
강도한계상태는 안전성과 최대하중 지지력에 대한 한계상태이므로, 최소하중 지지력이라 한 설명은 틀렸다.
국부크리플링은 집중하중이나 반력에 인접한 웨브판의 국부파괴 한계상태이므로, 플랜지판이라 한 설명은 틀렸다.
밀스케일은 열간압연 과정에서 생기는 산화피막이므로, 냉간압연의 경화피막이라 한 설명은 틀렸다.
양연지지판은 하중 방향과 평행한 양 연단이 판요소로 지지되고 연속된 압축을 받는 평판요소이므로, 하중과 직각이고 인장을 받는다고 한 설명은 틀렸다.

필릿용접의 유효면적은 $350\,\mathrm{mm^2}$이다.
판 두께가 $9\,\mathrm{mm}$이면 $6\,\mathrm{mm}$ 초과 $13\,\mathrm{mm}$ 이하 구간에 해당하여 최소 사이즈는 $s = 5\,\mathrm{mm}$이다.
유효목두께: $a = 0.7s = 0.7 \times 5 = 3.5\,\mathrm{mm}$
유효길이: $l_e = l - 2s = 110 - 2 \times 5 = 100\,\mathrm{mm}$
유효면적: $A_w = a \times l_e = 3.5 \times 100 = 350\,\mathrm{mm^2}$

옳지 않은 것은 볼트접합이 용접과 조합해서 하중을 분담한다는 설명이다.
볼트와 용접은 강성과 변형 특성이 달라 원칙적으로 하중을 나누어 받게 하지 않으며, 함께 쓰면 용접이 전체 하중을 부담하는 것으로 설계한다.
축력 부재의 축이 한 점에서 만나지 않으면 편심의 영향을 고려하므로 옳다.
단순접합부는 구조해석에서 회전이 구속되지 않는 것으로 가정하므로 옳다.
완전 모멘트접합부는 구조해석에서 접합부 회전이 발생하지 않는 것으로 가정하므로 옳다.
부분 모멘트접합부는 회전이 일부 발생하므로 접합부 요소들이 강도한계상태에서 충분한 강도와 변형용량을 갖추어야 한다는 설명이 옳다.

설명한 현상은 전단지연이다.
인장재 단면의 일부만 접합되면 힘이 접합된 면에서 나머지 면으로 전단을 통해 넘어가며 지연되어, 응력이 단면에 불균등하게 분포한다.
전단파괴는 전단응력으로 부재나 접합부가 파괴되는 현상으로, 응력 불균등 분포와는 다르다.
인장불균형은 이 현상을 가리키는 기준 용어가 아니다.
인장파괴는 인장력으로 재료가 끊어지는 파괴 형태이다.
압축파괴는 압축력에 의한 파괴이므로 인장재의 현상과 무관하다.

양단 고정으로 바꾸면 탄성좌굴하중은 4배인 $1{,}600\,\mathrm{kN}$이 된다.
탄성좌굴하중: $P_{cr} = \dfrac{\pi^2 EI}{(KL)^2}$
유효좌굴길이계수는 양단 핀 $K = 1.0$, 양단 고정 $K = 0.5$이다.
하중비: $\left(\dfrac{1.0}{0.5}\right)^2 = 4$
결과: $400 \times 4 = 1{,}600\,\mathrm{kN}$

옳지 않은 것은 노출형합성보가 정모멘트에서 부모멘트보다 효율이 낮다는 설명이다.
정모멘트에서는 슬래브 콘크리트가 압축을, 강재보가 인장을 받아 두 재료의 장점을 모두 쓰지만, 부모멘트에서는 슬래브가 인장을 받아 균열이 생기므로 정모멘트 쪽 효율이 더 높다.
노출형합성보는 강재보가 철근콘크리트 슬래브와 강재앵커로 합성되는 형식이므로 옳다.
강재앵커의 사용 정도에 따라 완전합성보와 부분합성보로 나뉘므로 옳다.
매입형합성보는 강재보를 콘크리트로 감싸므로 별도의 보 거푸집이 필요해 시공이 어렵다는 설명이 옳다.
매입형합성보는 콘크리트가 강재를 피복해 내화성능이 우수하고 강성도 높으므로 옳다.

$f_{ck} = 60\,\mathrm{MPa}$일 때 극한변형률은 0.0031이다.
KDS 14 20 20에서 $f_{ck}$가 $40\,\mathrm{MPa}$를 넘으면 강도가 높을수록 극한변형률이 작아진다.
산정식: $\epsilon_{cu} = 0.0033 - \dfrac{f_{ck} - 40}{100{,}000}$
값 대입: $\epsilon_{cu} = 0.0033 - \dfrac{60 - 40}{100{,}000} = 0.0033 - 0.0002$
결과: $\epsilon_{cu} = 0.0031$
0.0033은 $f_{ck} \le 40\,\mathrm{MPa}$에 적용하는 값이다.
0.0032는 $f_{ck} = 50\,\mathrm{MPa}$의 값이다.
0.0030은 $f_{ck} = 70\,\mathrm{MPa}$의 값이다.
0.0034는 기준의 어떤 강도 구간에도 없는 값이다.

옳은 것은 깊은보에 비선형 변형률 분포를 고려하거나 스트럿-타이 모델을 적용할 수 있다는 설명이다.
깊은보는 평면유지 가정이 성립하지 않으므로 변형률의 비선형 분포를 고려한다. 나머지는 KDS 14 20 20의 설계 가정과 어긋난다.
항복변형률을 넘는 철근의 응력은 변형률과 관계없이 설계기준항복강도로 하므로, 탄성계수를 곱한다는 설명은 틀렸다.
콘크리트 인장강도를 무시하는 것은 축강도와 휨강도 계산이며, 균열과 처짐 검토에서는 고려하므로 틀렸다.
압축응력 분포는 직사각형뿐 아니라 사다리꼴, 포물선 등 시험 결과와 부합하는 형상을 쓸 수 있으므로 틀렸다.
설계기준항복강도 $400\,\mathrm{MPa}$ 이하 철근의 인장지배 변형률 한계는 0.005이고, 0.004는 휨부재의 최소허용변형률이므로 틀렸다.

옳지 않은 것은 $\sqrt{f_{ck}}$의 상한을 $10.0\,\mathrm{MPa}$로 제시한 설명이다.
콘크리트구조 전단 설계기준에서 두는 $\sqrt{f_{ck}}$의 일반 상한은 $8.4\,\mathrm{MPa}$이고, 최소전단철근이 배근된 보는 이 상한을 완화받는 경우이며 $10.0\,\mathrm{MPa}$이라는 상한은 없다.
전단설계의 기본식은 설계전단강도가 계수전단력 이상이 되도록 하는 것이므로 옳다.
개구부는 전단 저항 단면을 줄이므로 전단강도 결정 시 그 영향을 고려한다는 설명이 옳다.
전단력과 휨모멘트만 받는 부재의 $V_c$를 $\dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}\,b_w d$로 계산할 수 있으므로 옳다.
큰 축인장력은 사인장 균열을 촉진하므로 $V_c$가 인장력이 없을 때보다 작다는 설명이 옳다.

처짐을 계산하지 않는 경우의 최소두께는 $200\,\mathrm{mm}$이다.
양단 연속 보의 최소두께는 $l/21$이다. 보통중량 콘크리트와 $f_y = 400\,\mathrm{MPa}$ 철근이므로 보정계수는 적용하지 않는다.
공식: $h = \dfrac{l}{21}$
값 대입: $h = \dfrac{4{,}200}{21}$
결과: $h = 200\,\mathrm{mm}$

옳지 않은 것은 장기처짐을 모든 수직하중에 대한 순간처짐으로 산정한다는 설명이다.
장기처짐은 계속 작용하는 지속하중에 의한 순간처짐에 장기처짐계수를 곱해 구한다. 일시적인 활하중까지 포함하지 않는다.
고부식성 환경의 구조는 표면 보호로 내구성을 높여야 하므로 옳다.
미관이 중요한 구조는 미관상의 허용균열폭을 정해 균열을 검토할 수 있으므로 옳다.
보의 과도한 처짐은 칸막이벽 균열과 개구부 변형을 일으켜 기능을 떨어뜨리므로 옳다.
순간처짐은 균열과 철근의 영향을 고려한 강성을 탄성처짐공식에 넣어 계산하므로 옳다.

옳은 도형은 왼쪽 보의 모멘트가 오른쪽의 2배이고, 기둥에는 오른쪽 면에 일정한 크기의 모멘트가 그려진 형상이다. 두 보는 각각 캔틸레버처럼 거동하고, 기둥은 그 차이를 받는다.
보는 하중점에서 0이고 기둥과 만나는 곳에서 최대인 삼각형이며, 아래로 처지므로 윗면이 인장측이다.
$M_{left} = 2P \times L = 2PL$
$M_{right} = P \times L = PL$
기둥에는 두 모멘트의 차이가 전달되고, 기둥을 따라 작용하는 수평력이 없어 높이 전체에서 값이 일정하다.
$M_{column} = 2PL - PL = PL$
큰 하중이 있는 왼쪽으로 휘어지므로 기둥의 인장측은 오른쪽 면이다.
좌우가 같은 삼각형이고 기둥 모멘트가 없는 도형은 두 하중이 같을 때의 형상이다.
기둥 모멘트가 사선으로 부호가 바뀌는 도형(왼쪽 보가 큰 경우)은 수평력이 없는 이 구조물과 맞지 않는다.
오른쪽 보의 모멘트가 크고 기둥 왼쪽 면에 직사각형이 그려진 도형은 하중 크기를 좌우 반대로 본 형상이다.
오른쪽 보의 모멘트가 크고 기둥 모멘트가 사선인 도형은 좌우 크기와 기둥 모멘트 분포가 모두 틀렸다.

B∼C 구간의 전단력은 $20\sqrt{3}\,\mathrm{kN}$, 축방향력은 $20\,\mathrm{kN}$ 인장이다. 40kN 수직하중을 경사 부재의 축직각 방향과 축 방향으로 나누면 된다.
B∼C 구간을 자르고 D쪽을 보면, 부재가 수평과 $30^{\circ}$를 이루므로 수직하중의 분력은 다음과 같다.
$V_{BC} = 40\cos 30^{\circ} = 20\sqrt{3}\,\mathrm{kN}$
$H_{BC} = 40\sin 30^{\circ} = 20\,\mathrm{kN}$
부재는 B에서 C로 내려가는 방향이고 하중의 축방향 분력도 같은 쪽을 향한다. 자른 면에서 멀어지는 쪽으로 끌어당기므로 축방향력은 인장이다.
전단력·축방향력이 모두 $20\sqrt{3}\,\mathrm{kN}$이고 압축이라는 값은 축방향력의 크기와 방향이 모두 틀렸다.
전단력·축방향력이 모두 $20\sqrt{3}\,\mathrm{kN}$이고 인장이라는 값은 축방향력에도 코사인 분력을 쓴 것이다.
전단력·축방향력이 모두 $20\,\mathrm{kN}$이고 압축이라는 값은 전단력의 크기와 축방향력의 방향이 틀렸다.
전단력 $20\,\mathrm{kN}$, 축방향력 $20\sqrt{3}\,\mathrm{kN}$ 인장은 두 분력을 서로 바꾼 값이다.

옳지 않은 것은 ㉴ 부재(가운데 수직재)가 압축응력을 받는다는 내용이다. 수직재는 압축이 아니라 인장응력을 받는다.
P는 ㉲ 부재의 축선과 같은 방향으로 작용하므로, 작용선이 하현 중앙 절점을 지난다. 수직 분력을 $p = P/\sqrt{2}$로 놓으면 그 작용점이 경간 중앙이어서 양 지점의 수직반력은 각각 $p/2$이다.
꼭대기 절점에서 ㉵·㉶ 부재는 대칭으로 압축력 $P/2$를 받는다. 두 부재의 수직 분력을 ㉴ 부재가 받아야 하므로 평형식은 다음과 같다.
$F = 2 \times \dfrac{P}{2} \times \sin 45^{\circ} = \dfrac{P}{\sqrt{2}}$
이 힘은 꼭대기 절점을 아래로 끌어당기는 방향이므로 ㉴ 부재는 인장이다.
㉯ 부재는 오른쪽 지점 절점에서 ㉳ 부재의 압축력이 만드는 수평 분력과 평형을 이루므로 인장응력을 받는다.
㉰ 부재는 왼쪽 지점의 수직반력을 받치는 경사재로 압축응력을 받는다.
㉱ 부재는 ㉰·㉵ 부재가 일직선인 무하중 절점에서 이들과 직교하므로 응력이 0이다.
㉲ 부재는 하중 P의 축선과 일치해 P를 그대로 받으므로 압축응력을 받는다.

지름 $D$인 원형단면의 단면2차반경은 $\dfrac{D}{4}$이다.
단면2차반경은 단면2차모멘트를 단면적으로 나눈 값의 제곱근이다.
공식: $r = \sqrt{\dfrac{I}{A}}$
값 대입: $r = \sqrt{\dfrac{\pi D^4 / 64}{\pi D^2 / 4}} = \sqrt{\dfrac{D^2}{16}}$
결과: $r = \dfrac{D}{4}$

지점 B의 수직반력은 $\dfrac{5\omega L}{4}$이다. 부정정보이므로 B를 제거한 단순보의 처짐이 반력으로 상쇄된다는 변위적합 조건으로 구한다.
B를 없애면 경간 $2L$인 단순보가 되고, 중앙 처짐은 다음과 같다.
$\delta_{\omega} = \dfrac{5\omega (2L)^{4}}{384EI} = \dfrac{80\omega L^{4}}{384EI}$
반력 $R_{B}$를 중앙 집중하중으로 보면 위로 생기는 처짐은 다음과 같다.
$\delta_{R} = \dfrac{R_{B}(2L)^{3}}{48EI} = \dfrac{8R_{B}L^{3}}{48EI}$
실제 B점의 처짐은 0이므로 두 값이 같다.
$\dfrac{80\omega L^{4}}{384EI} = \dfrac{8R_{B}L^{3}}{48EI}$
$R_{B} = \dfrac{5\omega L}{4}$
$\dfrac{\omega L}{2}$는 단순보 한 경간의 지점반력일 뿐 연속보 중간지점의 값이 아니다.
$\dfrac{2\omega L}{3}$는 두 경간을 단순보로 볼 때의 $\omega L$보다도 작아, 연속보 중간지점 반력이 될 수 없다.
$\dfrac{4\omega L}{5}$도 $\omega L$보다 작아 같은 이유로 맞지 않는다.
$\dfrac{4\omega L}{3}$는 양단 반력이 각각 $\omega L/3$이 되어, 실제 값 $3\omega L/8$과 다르다.