contentsadmin.midasuser.com/uploadfiles2/107/00_gen-design.pdf · ¾ 대한건축학회, 강구조...

We Analyze and Design the Future

midas Gen

CONTENTS

Chapter 1. 개요 ------------------------- 1-1

Chapter 2. 철골부재 설계 알고리즘 ----------- 2-1

2-1 철골부재 강도검증 / 2-3

2-2 철골부재의 요소좌표계 / 2-4

2-3 설계용 하중조합 / 2-5

2-4 지진하중 보정계수 / 2-9

2-5 활하중 감소계수 / 2-10

2-6 비지지길이 / 2-11

2-7 횡지지길이 / 2-15

2-8 유효 좌굴길이 계수 / 2-18

2-9 모멘트계수 / 2-25

2-10 휨계수 / 2-30

2-11 전단계수 / 2-35

2-12 철골부재 최적설계 / 2-36

2-13 자동 최적설계 / 2-37

2-14 수동 최적설계 / 2-38

2-15 최적설계 평가기능 / 2-42

2-16 강도검증 방법 및 절차 / 2-44

Chapter 3. 철근콘크리트부재 설계 알고리즘 ----- 3-1

3-1 철근콘크리트부재 단면설계 및 강도검증 / 3-7

3-2 철근콘크리트부재의 요소좌표계 / 3-8

3-3 설계용 하중조합 / 3-10



midas Gen

CONTENTS

3-5 강도감소계수 / 3-15

3-6 내진설계를 위한 특별규정 적용시의 설계전단강도

/ 3-16

3-7 활하중 감소계수 / 3-18

3-8 비지지길이 / 3-20

3-9 유효 좌굴길이 계수 / 3-22

3-10 모멘트 확대계수 / 3-23

3-11 보부재 설계 / 3-27

3-12 보부재 설계 방법 및 절차 / 3-32

3-13 기둥부재 설계 / 3-38

3-14 기둥 설계 방법 및 절차 / 3-44

3-15 대각부재 설계 / 3-51

3-16 전단벽 설계 / 3-52

3-17 벽체 설계 방법 및 절차 / 3-62

Chapter 4. 철골-철근콘크리트부재 설계 알고리즘 - 4-1

4-1 철골-철근콘크리트부재 강도검증 / 4-5

4-2 철골-철근콘크리트부재의 요소좌표계 / 4-7

4-3 설계용 하중조합 / 4-8

4-4 활하중 감소계수 / 4-12


4-6 설계절차 / 4-15

4-7 보부재 설계 방법 및 절차 / 4-16

4-8 기둥 설계 방법 및 절차 / 4-20

mid

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Chapter 1 | 개요

1-1

7-1


midas Gen의 설계기능은 철골부재, 철근콘크리트부재, 철골-철근콘크리트

부재 및 기초에 대하여 부재설계 또는 강도검증을 수행합니다. 그리고 철골

부재와 철골-철근콘크리트부재에 대하여 설계기준에 의한 최적단면설계를

수행합니다.

부재설계 또는 강도검증을 수행하기 위해서는 설계대상 구조물에 대한 구조

해석이 선행되어야 합니다. 정적 또는 동적 구조해석 결과로부터 산출되는 부

재력(Force/Moment)과 해석모델 작성시 입력되어 있는 단면성질, 재질 등의

부재정보 그리고 사용자가 입력한 설계변수(Design Parameter)들이 부재설

계 또는 강도검증에 적용됩니다.

부재설계 또는 강도검증시 사용자가 입력하거나, midas Gen 내부에서 자동

계산되는 각종 설계변수들은 다음과 같은 가정하에 적용됩니다. 그러므로 설

계대상 구조물의 구조해석 모델은 다음을 만족하여야 합니다.

기둥부재와 전단벽은 부재 축방향(요소좌표계 x축 방향)이 전체좌표

계 Z축방향과 평행하게 배치되도록 입력합니다.

보부재는 전체좌표계 X-Y 평면과 평행한 면에 배치되도록 입력합니

다.

그리고 구조해석 모델 작성시 각각의 부재에 대한 설계조건은 설계변수 입

력 창을 사용하여 원하는 값을 입력할 수 있습니다. 사용자가 입력하지 않

은 설계변수는 midas Gen 내부에서 지정한 기본값으로 적용됩니다. 또한

설계기준별 설계입력 변수들의 적용여부는 On-line Manual의 해당 부재종

류별 Design Code에 포함되어 있습니다.

부재설계 또는 강도검증 결과는 해당기능 수행 후 즉시 화면상에 테이블형

태로 출력됩니다. 이 결과는 그래픽 후처리 기능을 이용하여 그래픽 화면으

로도 확인할 수 있습니다.

Chapter 1. 개요

X-Y평면과 평행하지 않

은 보부재는 Member

Type을 보로 지정하면

설계기능을 적용할 수

있다.

각 설계변수의 초기값

은 On-line Manual

의Design 에서 각 설

계변수 입력부분 참조

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Design Reference

1-2 We Analyze and Design the Future

설계기능은 다음과 같이 구분된 설계대상별로 수행됩니다. 따라서 설계대상

별로 설계용 변수들을 적절히 입력할 수 있도록 설계변수 입력항이 구성되

어 있습니다. 모든 설계대상에 공통적으로 적용되는 설계변수는 [Design >

General Design Parameter]에서 입력합니다.

철골부재

철근콘크리트부재

철골-철근콘크리트부재


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Chapter 2 | 철골부재 설계 알고리즘

2-1

철골부재에 대한 강도검증 또는 최적설계는 사용자가 지정한 설계기준에 따

라 수행됩니다.

midas Gen에서 적용가능한 철골부재 설계기준은 다음과 같으며, 본 장에서

는 『 한국강구조학회, 허용응력설계법에 의한 강구조설계기준 (KSSC-

ASD03)』에 대하여 설명합니다.

한국강구조학회, 허용응력설계법에 의한 강구조설계기준(KSSC-ASD03)

대한건축학회, 강구조계산규준 (AIK-ASD83)

대한건축학회, 강구조 한계상태 설계기준 (AIK-LSD97)

대한건축학회, 냉간성형강 구조설계기준 (AIK-CFSD98)

대한토목학회, 도로교표준시방서-강교 (KSCE-ASD96)

미국강구조협회, 하중저항계수 설계법 (AISC-LRFD93/2K)

미국강구조협회, 허용응력설계법 (AISC-ASD89)

영국, 강구조 한계상태 설계기준 (BS5950-90/2K)

유럽, 강구조 한계상태 설계기준 (Eurocode 3)

캐나다, 강구조 한계상태 설계기준 (CSA-S16-01)

미국, 철강협회 냉간성형강 설계기준 (AISI-CFSD86)

일본건축학회, 강구조계산규준 (AIJ-ASD02)

중국국가표준, 강구조 설계기준 (GBJ17-88, GB50017-03)

인도국가표준, 강구조 설계기준 (IS:800-1984)

대만, 철골 설계기준 (TWN-ASD90, TWN-LSD90)

Chapter 2. 철골부재 설계 알고리즘


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Design Reference

강도검증 가능한 제한사항은 다음과 같습니다.

규준제한

허용응력설계법 : KSSC-ASD03, AIK-ASD83, KSCE-ASD96, AISC-

ASD89, AIJ-ASD02, TWN-ASD90

한계상태설계법 : AIK-LSD97, AISC-LRFD93/2K, BS5950-90/2K,

Eurocode 3, CSA-S16-01, GBJ17-88, GB50017-

03, IS:800-1984, TWN-LSD90

허용강도설계법 : AIK-CFSD98, AISI-CFSD86

단면제한

DB/User 단면설계 가능, Tapered 단면설계 가능

단면형상(압연형강 및 용접제작형강)

- CC (Cold-Formed Channel with Lips) : AIK-CFSD98, AISI-CFSD86

- L형, C형, H형, T형, Box형, Pipe형, 장방형, 원형, Double-L형,

Double-C형 : AIK-CFSD98, AISI-CFSD86을 제외한 나머지 기준

단면정보 : 단면계수(Sy, Sz), 단면2차반경(Roy, Roz)

플레이트 거더(Plate Girder)

변단면 H-형강(Web Tapered H-Beam)

재질제한

Steel로 설정된 재질만 설계 가능(User Defined 재질은 설계 불가능)

DB(KS, KS-Civil, ASTM, CSA, JIS, JIS-Civil, GB03, GB, JGJ,

JTJ, JTG04, BS04, BS, DIN, EN, UNI, IS, CNS) 및 User Defined

재질 사용

항복강도(Fy)는 기준에서 제시하는 두께에 대한 제한사항 적용


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2-3

2-1 철골부재 강도검증

해석모델에 포함되어 있는 철골부재에 대하여 사용자가 지정한 범위 또는

전체 철골부재를 대상으로 강도검증을 수행합니다. 이 때 강도검증은 각 철

골부재의 단면형상이 부재 전길이에 대하여 일정한 부재에 대해서 수행합니

다.

부재의 축방향을 따라 단면의 치수가 변하는 변단면 부재는 요소좌표계 x축

을 따라 i쪽 단부에서 j쪽 단부까지 1차적으로 단면치수가 변화(Linear

Variation)하는 것으로 가정하여 강도검증(I, 1/4, 2/4, 3/4, J 지점)을 수행

합니다.

설계용 하중조합(Design Load Combination)은 해석모델 작성시 [Steel

Design] 탭에서 입력한 철골부재용 하중조합을 적용합니다. 입력된 하중조

합 중 설계에 적용할 하중조합을 사용자가 임의로 선택할 수 있습니다.

설계변수 중 부재의 비지지길이(Unbraced Length), 횡지지길이(Laterally

Unbraced Length) 및 유효 좌굴길이 계수(Effective Length Factor) 등은

부재의 허용응력, 설계강도 및 모멘트 확대계수의 산정시 큰 영향을 줍니다.

그러므로 해당부재의 설계조건에 부합되도록 적절한 설계변수값을 입력하여

야 합니다.


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Design Reference

2-2 철골부재의 요소좌표계

철골부재 설계시 기둥부재, 보부재, 대각부재는 다음과 같은 기준으로 판단

하여 구분됩니다. 그러나 사용자의 지정(Member Type)에 의해서 변경이 가

능합니다. 이렇게 구분된 부재종류는 휨계수(Bending Coefficient, Cb), 모

멘트계수(Moment Coefficient, Cm)등의 설계변수에 대한 기본값을 설정하는

기준으로 적용됩니다.

기둥부재 : 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계 Z축과 평행한 경우

보부재 : 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계 X-Y평면과 평행한 경우

대각부재 : 기둥부재와 보부재를 제외한 나머지 부재

철골부재의 요소좌표계에 따른 단면의 좌표축 및 좌표축방향은 그림 2.1과

같습니다.

(a) Element coordinate system of column and brace (b) Element coordinate system of beam

그림 2.1 철골부재 단면의 좌표축 및 좌표축방향

강축방향(z-Direction)

의 휨모멘트는 강축(y

축)에 대한 휨모멘트

(My)를 의미하며, 강축

방향 전단력은 강축방

향으로 작용하는 전단

력(Vz)를 지칭한다.

Major Axis (y-Axis)

Minor Axis (z-Axis)

Minor Direction (y-Direction)

Major Direction (z-Direction) z

y

Member Axis (x-Axis)

Major Axis (y-Axis)

Major Direction (z-Direction)

Minor Direction (y-Direction) Minor Axis

(z-Axis)


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2-5

2-3 설계용 하중조합

설계용 하중조합(Design Load Combination)은 해석모델 작성시 [Steel

Design]탭에서 입력한 철골부재용 하중조합을 적용합니다.

설계용 하중조합은 적용하는 설계기준에 따라 하중계수가 다르므로 입력된

하중조합이 설계기준에 적합한 것인지를 확인한 다음 강도검증을 수행합니다.

그리고 각 설계기준에서 요구하는 하중조합은 자동생성할 수 있습니다.

해석모델 작성시 단위하중조건(Unit Load Case)을 아래와 같이 입력하였을

경우, KSSC-ASD03 기준으로 자동생성되는 설계용 하중조합은 다음과 같습

니다.

정적하중(Static Load)

D Dead load

L Live load

LR Roof live load

WX Wind load of X-direction on structure

WY Wind load of Y-direction on structure

EX Earthquake of X-direction

EY Earthquake of Y-direction

EVT Earthquake of Z-direction

T Temperature

S Snow load

R Rain load

EP Earth pressure

WP Ground water pressure

FP Fluid pressure

IP Ice pressure

SH Shrinkage

CR Creep

PS Prestress


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동적하중(Dynamic Load)

RSx Response Spectrum of X-direction

RSy Response Spectrum of Y-direction

RSv Response Spectrum of Z-direction

ESx Accidental Torsional Moment for Response

Spectrum in X-direction

ESy Accidental Torsional Moment for Response

Spectrum in Y-direction

본 매뉴얼의 하중조합에서 표현되는 모든 동적하중은 보정계수(Modification

Factor)가 적용된 동적하중을 의미합니다.

대한건축학회, 건축구조설계기준(KBC-USD05)

1. 고정하중, 활하중 및 풍하중에 의한 하중조합

D+L+LR

0.75(D+L+LR WX)±

0.75(D+L+LR WY)±

0.75(D WX)±

0.75(D WY)±

지진하중에 의한 하중조합은 기본하중조합과 특별하중조합으로 분류됩니다.

2. 기본하중조합

Orthogonal Effect를 고려하지 않은 경우(응답스펙트럼해석 - 16가지, 정적

하중해석 - 8가지 생성)

0.75{(D+L+LR) 0.7(RSx ESx)}± ±

0.75{(D+L+LR) 0.7(RSy ESy)}± ±

0.75{D 0.7(RSx ESx)}± ±

0.75{D 0.7(RSy ESy)}± ±

0.75(D+L+LR 0.7EX)±

0.75(D+L+LR 0.7EY)±


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2-7

0.75(D 0.7EX)±

0.75(D 0.7EY)±

Orthogonal Effect(100:30 Rule 적용시)를 고려한 경우 (응답스펙트럼해석

- 64가지, 정적하중해석 - 16가지 생성)

0.75[(D+L+LR) 0.7{1.0(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}]± ± ± ±

0.75[(D+L+LR) 0.7{1.0(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}]± ± ± ±

0.75[D 0.7{1.0(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}]± ± ± ±

0.75[D 0.7{1.0(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}]± ± ± ±

0.75{(D+L+LR) 0.7(1.0EX 0.3EY)}± ±

0.75{(D+L+LR) 0.7(1.0EY 0.3EX)}± ±

0.75{D 0.7(1.0EX 0.3EY)}± ±

0.75{D 0.7(1.0EY 0.3EX)}± ±

Orthogonal Effect(SRSS 적용시)를 고려한 경우 (응답스펙트럼해석 - 16가

지, 정적하중해석 - 4가지 생성)

2 20.75{(D+L+LR) 0.7 (RSx ESx) +(RSy ESy) }± ± ±

2 20.75{D 0.7 (RSx ESx) +(RSy ESy) }± ± ±

2 20.75{(D+L+LR) 0.7 EX +EY }±

2 20.75(D 0.7 EX +EY )±

3. 특별하중조합



DS[(D+L+LR) 0.7{ (RSx ESx)+0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7{ (RSy ESy)+0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[D 0.7{ (RSx ESx)-0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[D 0.7{ (RSy ESy)-0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7( EX+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[(D+L+LR) 0.7( EY+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[D 0.7( EX+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[D 0.7( EY-0.2S D)] / 1.7± Ω


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DS[(D+L+LR) 0.7{1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)}+0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7{1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)}+0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[D 0.7{1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)-0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[D 0.7{1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)-0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7(1.0 xEX 0.3 yEY+0.2S D)] / 1.7± Ω ± Ω

DS[(D+L+LR) 0.7(1.0 yEY 0.3 xEX+0.2S D)] / 1.7± Ω ± Ω

DS[D 0.7(1.0 xEX 0.3 yEY-0.2S D)] / 1.7± Ω ± Ω

DS[D 0.7(1.0 yEY 0.3 xEX-0.2S D)] / 1.7± Ω ± Ω



2 2 2 2DS[(D+L+LR) 0.7{ x (RSx ESx) y (RSy ESy) +0.2S D}] / 1.7± Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS[D 0.7{ y (RSy ESy) x (RSx ESx) -0.2S D}] / 1.7± Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS[(D+L+LR) 0.7( x EX y EY +0.2S D)] / 1.7± Ω + Ω

2 2 2 2DS[D 0.7( x EX y EY -0.2S D)] / 1.7± Ω + Ω

4. 수직지진력(기본하중조합 + 수직지진력)


하중해석 - 4가지가 추가적으로 고려됨)

0.75{-0.2D 0.7(RSx ESx)}± ±

0.75{-0.2D 0.7(RSy ESy)}± ±

0.75(-0.2D 0.7EX)±

0.75(-0.2D 0.7EY)±



0.75[-0.2D 0.7{(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}]± ± ± ±

0.75[-0.2D 0.7{(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}]± ± ± ±

0.75{-0.2D 0.7(EX 0.3EY)}± ±

0.75{-0.2D 0.7(EY 0.3EX)}± ±


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2-9



2 20.75{-0.2D 0.7 (RSx ESx) (RSy ESy) }± ± + ±

2 20.75(-0.2D 0.7 EX EY )± +

설계용 하중조합에 대한 상세내용은 각 설계기준을 참조하기 바랍니다.

특히, 적설하중, 지붕의 활하중, 강우에 의한 물고임 하중, 충격하중 및 크레

인에 의한 수평력을 고려하여야 하는 경우에는 해당 단위하중조건을 해석모델

작성시 미리 입력해 두어야 합니다.

응답스펙트럼 해석을 수행할 경우 밑면전단력이 과소평가될 우려가 있으므

로 설계기준에 의한 하중조합 자동생성시 지진하중 보정계수를 반영하여 하

중계수에 적용할 수 있습니다.

2-4 지진하중 보정계수

구조물을 동적해석법으로 내진설계를 하는 경우, 적용하는 보정계수를 다음

과 같은 방법으로 산정합니다.

보정계수 ( ) / 1.0m tC V V= ≥ (KBC-USD05 식 0306.7.9)

여기서,

: 동적해석법으로 구조해석을 수행하여 산출한 밑면전단력

: 등가정적해석법으로 구한 구조물의 기본진동주기에 다음의 배수를

곱한 진동주기를 적용하여 산정한 밑면전단력

(정형구조물 : 1.5, 비정형 구조물 : 1.2)

밑면전단력은 지진력이 작용하는 각 방향(일반적인 건축물의 경우 전체좌표

계 X축 및 Y축 방향)별로 산출한 다음 각각의 보정계수를 산정하여 적용합

니다. 보정계수는 철근콘크리트부재 설계용 하중조합중 X축 방향 지진하중

조건의 하중계수와 Y축 방향 지진하중조건의 하중계수에 각각 곱하여 자동으로

고려됩니다.

tVV


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2-5 활하중 감소계수(Live Load Reduction Factor)

기둥 또는 기초에 작용하는 설계용 부재력을 산정할 경우 활하중에 의한 설

계부재력을 감소시킬 수 있는 계수입니다.

영향면적에 따른 감소

기둥, 기초, 큰 보 및 연속보의 활하중은 그 영향면적이 40m2를 초과하는

경우에 감소계수(C)를 곱한 값으로 할 수 있다.

4.0 0.36CA

= + (KBC-USD05 식 0303.3.1)

여기서, C : 영향면적에 따른 감소계수

A : 영향면적(단, A ≥ 40m2)

기둥 또는 기초의 경우 영향면적은 상층부의 영향면적을 합한 누계영향면적

으로 하며, 기둥 또는 기초의 경우에는 부하면적의 4배, 큰보 또는 연속보의

경우에는 부하면적의 2배를 적용한다.

< KBC-USD05 0303.3.1.1(2) >

제한사항

기둥 및 기초의 활하중 감소계수는 2층 이상의 건축물일 경우에는 0.4이상,

단층 건축물일 경우에는 0.5이상으로 하며, 큰보와 연속보의 활하중 감소

계수는 0.7이상으로 제한합니다.

또한, 단순보와 슬래브는 활하중을 감소할 수 없습니다.

위와 같이 KBC-USD05 0303.3 에서는 영향면적에 따른 활하중감소를 채택

하고 있으며, midas Gen에서는 층감소 방식을 채택하여 일괄적으로 활하중

감소를 적용하고 있습니다. 영향면적에 의한 활하중감소는 부재별로 [Modify

Live Load Reduction Factor] 기능을 사용하여 감소할 수 있습니다.

또한, midas Gen에서는 활하중 감소계수를 축력, 모멘트, 전단력 계산시 선

택적으로 적용할 수 있습니다.


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2-11

( )D L SF F LRF F F= + +

여기서,

F : 활하중 감소계수가 고려된 축력, 모멘트 또는 전단력

FD : 고정하중 및 기타 수직하중에 의한 축력, 모멘트 또는 전단력

FL : 활하중에 의한 축력, 모멘트 또는 전단력

FS : 수평하중(풍하중, 지진하중)에 의한 축력, 모멘트 또는 전단력

LRF : 활하중 감소계수(Live Load Reduction Factor)

단, FD , FL , FS는 하중계수가 곱해진 부재력(축력,모멘트 또는 전단력)입니다.

2-6 비지지길이(Unbraced Length)

부재의 비지지길이는 요소좌표계를 기준으로 y, z축 방향에 대하여 각각 고

려됩니다.

부재가 축력 또는 휨모멘트를 유발하는 하중을 부담할 때 부재강축(y-axis)

및 부재약축(z-axis)에 대한 휨변형이 발생하는 구간의 각 요소좌표축에 대

한 길이를 부재의 비지지길이라고 합니다. (그림 2.2 참조)

부재의 비지지길이는 유효 좌굴길이 계수(Effective Length Factor : K-

Factor)와 함께 사용되며, 부재의 축방향 압축하중에 대한 허용압축응력의

산출시 필요한 세장비(Slenderness Ratio) 계산에 직접 영향을 주는 중요한

설계변수입니다.


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Design Reference

midas Gen에서 보 및 기둥 부재가 2개 이상으로 분할될 경우 Member 기

능을 사용하면 그림 2.2에서와 같이 부재의 비지지길이는 자동으로 계산됩

니다.

세장비는 부재강축 및 약축에 대하여 각각 적용되며, 계산방법은 다음과 같

습니다.

1. 부재강축에 대한 세장비 : (KL/r)y = (Ky × Ly) / roy

2. 부재약축에 대한 세장비 : (KL/r)z = (Kz × Lz) / roz

여기서,

Ly, Lz : 부재강축 및 약축에 대한 비지지길이

Ky, Kz : 부재강축 및 약축에 대한 유효좌굴길이 계수

roy, roz : 부재강축 및 약축에 대한 단면2차반경

축방향 압축력과 휨모멘트가 동시에 작용하는 보-기둥(Beam-Column)부재

인 경우, 비지지길이는 해당 부재의 조합응력비 또는 소요휨강도 계산시 축

력에 의한 모멘트 확대효과를 고려하기 위한 모멘트확대계수(Moment

Magnification Factor)를 계산하는데 사용됩니다.

Ly (Unbraced length about m

ajor axis)

Lz (Unbraced length about m

inor axis)

그림 2.2 부재의 비지지길이

Major Axis (y-Axis)

Minor Axis (z-Axis)


mid

as G

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2-13

그림 2.3 부재강축 및 약축에 대한 비지지길이의 산출 예

C1 C2

C3 C4

C3

C6

L3

L1

L2

○A

○B

○C

Unbraced length of a column ○A : Ly = L2, Lz = L1 Unbraced length of a column ○B : Ly = L3, Lz = L1 Unbraced length of a column ○C : Ly = Lz = L1

< CASE 2 >

L/2

Girder

L/2 C1 C2

C3 C4

L

Unbraced length of a girder : Ly = L, Lz = L/2

< CASE 1 >


mid

as G

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Design Reference

부재별 비지지길이

부 재 부재강축(y 축)에 대한

비지지길이(Ly)

부재약축(z 축)에 대한

비지지길이(Lz) 비 고

기둥부재 ○A LC1 LC1 -

″ ○B LC2 LC2 -

″ ○C LC1 LC3 -

″ ○D LC2 LC3 -

″ ○E LC3 LC3 -

″ ○F LC3 LC3 -

보부재 ○1 LB3 LB3 -

″ ○2 LB3 LB3 -

″ ○3 LB4 LB4 -

″ ○4 LB4 0 slab 에 의한 구속

그림 2.4 구조해석 모델의 요소와 부재 비지지길이의 관계

○F

○E

C1

○A

C3

C4

○B ○D

LC3

LC1

LC2

C2

Node Node

LB3

LB1 LB2

LB4

○C

○4

○3

○2 ○1


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2-15

2-7 횡지지길이(Laterally Unbraced Length)

보 또는 거더(Girder)에 웨브(Web)와 평행한 방향으로 수직하중이 작용하면,

처음에는 모멘트 발생면(In-plane of Bending)내에 수직 처짐이 발생합니다.

점차 하중이 증가하여 어느 크기 이상이 되면, 보 또는 거더의 압축측 플랜지

에 모멘트 발생면 밖으로 수평변위가 생기면서 횡방향 휨과 비틀림 변형을 일

으킬 수 있는데 이를 보 또는 거더의 횡좌굴(Lateral Torsional Buckling)이

라 합니다.

이 현상이 발생하면 해당 부재는 더 이상 하중에 대하여 저항할 능력을 상

실하게 되므로 갑작스러운 부재의 파괴가 일어날 수 있습니다. 보 또는 거더

의 설계시 이러한 횡좌굴이 발생하지 않도록 하는 것은 매우 중요한 사항이

며, 대부분의 철골부재 설계기준에서는 이러한 횡좌굴에 대한 영향을 고려하

여 허용휨응력 또는 설계휨강도를 계산하도록 규정하고 있습니다.

횡지지길이는 부재의 횡좌굴 영향을 고려한 허용휨응력(설계휨강도) 계산시

필요하며, 보 또는 거더가 웨브와 평행한 방향으로 수직하중을 받을 때 압축

측 플랜지의 횡변위가 방지된 구간의 길이를 의미합니다.

일반적인 건축물의 경우 보 또는 거더는 완전한 횡지지로 가정하여 횡좌굴

에 따른 허용응력의 감소 없이 단순 휨이론에 의하여 설계되는 경우가 대부

분입니다. 이는 연속되거나 또는 거의 연속적인 지지점을 형성하는 바닥

(Slab, 실제로는 전단연결재에 의하여 Slab와 철골보가 연결) 또는 지붕구조

골조에 의하여 압축측 플랜지가 확실하게 고정된 경우가 대부분이기 때문입

니다.


mid

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Design Reference

그림 2.5 횡좌굴(Lateral Torsional Buckling)

My y

z

A

B C ø

My

x

My

y

x

≒My My 전단중심축

y

z

My ø

ø

My

≒My

Myy

x

dd


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2-17

(a) Incorrect Lateral Braced System

(b) Correct Lateral Braced System 　 1

(c) Correct Lateral Braced System 　 2

그림 2.6 횡지지 시스템의 예

Girder Column Beam

Laterally unbraced member

Column

Member extended to wall for lateral braced system

Wall

Girder Beam

Beam Column

Diagonal brace for lateral braced system

Girder


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Design Reference

2-8 유효 좌굴길이 계수(Effective Length Factor, K)

압축재(기둥)에 작용하는 축방향 압축력의 크기가 작을 때는 기둥은 축방향

으로 약간 줄어드는 변형이 발생하나, 압축력이 점차 증가하여 어떤 한계에

도달하면 부재가 갑자기 휘어지면서 변형되는 좌굴현상이 발생할 수 있습니

다.

기둥부재의 좌굴은 단면성능, 재료의 성질, 기둥의 길이 및 단부의 경계조건

(구속조건)등에 따라 변화하며, 기둥부재는 이러한 좌굴현상이 발생하지 않

도록 설계해야 합니다.

기둥부재의 유효 좌굴길이 계수는 유효 좌굴길이 도표(Alignment Chart)를

이용하여 구하거나, 기둥의 양단 구속조건에 따른 대표적인 유효 좌굴길이

계수를 적용합니다. (그림 2.9∼그림 2.12 참조)

구조물에 사용된 모든 기둥부재에 대하여 유효 좌굴길이 계수를 도표를 이용

하여 계산한다는 것은 매우 번거로운 작업입니다. midas Gen에서는 유효

좌굴길이 계수(K-Factor)의 자동계산기능을 내장하여 기둥부재에 대해서는

자동으로 유효 좌굴길이 계수를 산정하도록 하였습니다.

유효 좌굴길이 계수는 해당 구조물의 수평이동(Side Sway) 허용여부에 따라

횡지지골조(Braced Frame)와 비횡지지골조(Unbraced Frame)로 구분하여

산정됩니다.

횡지지골조는 경사진 버팀재, 전단벽 또는 벽이나 기타 버팀재에 의하여 횡

방향의 이동이 허용되지 않거나 무시할 수 있는 골조를 의미합니다. 즉, 횡

지지골조는 골조 그 자체외에 버팀(Bracing) 부재에 의하여 수평이동이 방지

되어 있는 골조라 할 수 있습니다.

그러나 실제 구조물에서는 어느 한쪽 방향으로만 버팀재가 존재하거나 골조

의 일부에만 버팀재가 설치된 경우가 있어서 판별이 쉽지 않은 경우가 대부

분입니다.

유효 좌굴길이 계수는 테이블 형태로 정리되어 있으므로, 자동설계를 수행하

기 전에 산출된 유효 좌굴길이 계수가 적합한지의 여부를 확인하여야 합니

다.


mid

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en


2-19

기둥부재에 대한 유효 좌굴길이 계수 산정 알고리즘

평형방정식의 유도과정은 "Steel Structure, 1980" 를 참조하기 바라며, 여

기에서는 프로그램에 적용한 최종식만을 기술합니다.

유효 좌굴길이 계수를 K라 두고 X=π/K 라고 했을 때 횡지지골조와 비횡지

지 골조에 대한 평형방정식은 다음과 같습니다.

횡지지된 골조 :

2 2( ) 1- tan -1 04 2 tan 2

A B A BG G G G X XF X XX X

+⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤= + + =⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

비횡지지 골조 :

2 - 36( ) - 0

6( ) tanA B

A B

G G X XF XG G X

= =+

상기 평형방정식을 유도하는 과정에서 다음과 같은 가정이 전제됩니다.

1. 모든 거동은 탄성범위 내에서 한다.

2. 부재는 등단면을 유지한다.

3. 모든 기둥은 좌굴하중을 동시에 받는다.

4. 구조물은 대칭 직교골조로 이루어져 있다.

5. 한 절점에서 거더에 의한 구속 모멘트는 각 기둥의 강성에 비례해서

기둥에 분배된다.

6. 거더는 양단에서 기둥에 의하여 탄성적으로 구속되어 있고, 좌굴이

일어나는 순간 거더 양단 회전변위의 크기는 같고 방향은 반대이다.

7. 거더는 축하중을 부담하지 않는다.

비선형방정식 해는 Newton-Raphson 방법에 의하여 구하며, 반복 해에 대

한 식은 다음과 같습니다.

2 1( )-'( )

F XX XF X

=

방정식의 해를 구하는 과정에서 ( )F X 및 '( )F X 식의 tanX 또는 tan(X/2)

가 무한대 또는 0으로 되는 값이 발생하므로, midas Gen에서는 이에 대한

적절한 고려를 하여 항상 안전한 해를 구할 수 있도록 하였습니다.

Charls G.Salmon and

John E.Johnson, Steel

Structure : Design and

Behavior, 2nd Edition,

1980, Harper & Row

Publishers, New York,

Page 848∼851


mid

as G

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Design Reference

유효 좌굴길이 계수의 자동계산 프로그램은 3차원 유한요소 모델의 직교 및

비직교 골조에 적용할 수 있습니다. midas Gen의 [Member] 기능을 적용하

면, 보 또는 기둥부재를 그림 2.7과 같이 2개 이상의 요소로 분리하여 모델

링한 경우도계산됩니다.

그림 2.7 하나의 부재를 2개 이상의 요소로 모델링한 예

그림 2.7과 같이 부재 ①이 요소 ①과 요소 ②로 분리된 경우에는 기둥부재

의 강축 및 약축에 대한 비지지길이가 달라집니다. 이 경우 부재 ①의 유효

좌굴길이 계수는 요소 ①의 i 절점과 요소 ②의 j 절점에서 계산된 유효 좌

굴길이 계수가 됩니다.

Design>General Design

Parameter>Member

Assignment 참조

LC1

C1

C3

C4

C2

○4

○3

○2

○1

LC3

LC2

○6

○5

Member Length of Elements ○1 , ○2 , ○3 = LC1 Member Length of Elements ○4 , ○5 , ○6 = LB1

Z

Y

X

Node

Node

LB1


mid

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2-21

그림 2.8 강축 및 약축의 비지지길이가 다를 경우의 유효 좌굴길이 계수

(a) End Rotations

Restrained

(b) End Rotations

Fully Restrained

(d) Partially Restrained at

Each End

(c) One End Restrained,

Other Unrestrained

KL=L KL=0.5L KL<L KL=0.7L

PPP

P

PP

P

P

그림 2.9 부재 양단부가 구속된 기둥의 유효좌굴길이(KL)

P = Axial Load

No Joint Translation

LC1

C1

C3

C2

○4

○3 ○2

○1

LC3

LC2

Unbraced Length of Elements ○1 , ○3 : Ly = LC1, Lz = LC3 Unbraced Length of Elements ○2 , ○4 : Ly = LC2, Lz = LC3

Y

Z

X

Member 1

ⓘ

ⓘ

ⓙ

ⓙ


mid

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Design Reference

그림 2.10 자유단을 가지는 기둥의 유효좌굴길이(KL)

L

KL=L

P

P

KL=2L

L

P

PP

KL>2L

L

P

Partial Restraint

(a) End Rotations

Unrestrained

(b) One End Rotation Fully

Restrained, Other Unrestrained

(c) One End Rotation Partially

Restrained, Other End Unrestrained

P = Axial Load

Joint Translation


mid

as G

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2-23

그림 2.11 골조의 유효좌굴길이(KL)

P P

L<KL<2L

LL

P P

0.5L<KL<0.7L

(c) Braced Frame, Fixed Base (d) Unbraced Frame, Fixed Base

L

P P

2KL

KL>2L

(a) Braced Frame, Hinged Base (b) Unbraced Frame, Hinged Base

L

P P

0.7L<KL<L


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Design Reference

Buckled shape of the

column shown by

dashed line

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Theoretical value 0.5 0.7 1.0 1.0 2.0 2.0

Recommended design

values when ideal

conditions are

approximated

0.65 0.8 1.0 1.2 2.1 2.0

End conditions code

그림 2.12 기둥부재의 단부 구속조건별 유효 좌굴길이 계수(K)

Rotation fixed, Translation fixed

Rotation free, Translation fixed

Rotation fixed, Translation free

Rotation free, Translation free


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2-25

2-9 모멘트계수(Moment Factor, Cm)

축력과 휨모멘트가 동시에 작용하는 보-기둥(Beam-Column)부재의 조합응

력비 또는 소요휨강도 계산시 모멘트 확대계수를 고려해야 하는데 모멘트

확대계수는 부재 비지지구간 양단부의 휨모멘트의 크기와 방향에 영향을 받

습니다. 이때 비지지구간 양단부 휨모멘트의 변화를 고려하는 계수를 모멘트

계수라고 합니다.

모멘트계수는 입력창을 이용하여 0.4 ~ 1.0 사이의 값을 직접 입력할 수 있

으며, 입력하지 않은 부재는 다음과 같은 기본값을 적용합니다.

보 또는 거더 부재 : 1.0

기둥 부재 : 0.85

그림 2.13 보-기둥 부재에 작용하는 단부 모멘트

(b) Reverse Curvature (a) Single Curvature

M1

M2 M2

M1


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Design Reference

KSSC-ASD03기준에서 모멘트계수(Cm)는 다음과 같이 산정합니다.

횡변위가 방지되어 있지 않은 구조물에서 압축을 받는 부재

Cm = 0.85

구조물의 횡변위가 방지되어 있고 부재의 강축 및 약축에 대한 휨평면내

양 지점사이에 횡하중이 작용하지 않는 압축부재

Cm = 0.6-0.4(M1/M2) ≥ 0.4

여기서, M1/M2는 모멘트확대를 고려하는 휨평면내에서 부재 비지지구

간의 양단부 모멘트입니다. 이 중에서 절대값이 큰 쪽을 M2, 절대값

이 작은 쪽을 M1으로 합니다. 그리고 M1/M2의 비는 부재가 역곡률일

경우 양(+)이 되고, 그 반대인 단곡률일 경우 음(-)이 됩니다. (그림

2.14 참조)

구조물의 횡변위가 방지되어 있고 부재의 강축 및 약축에 대한 휨평면내

양 지점사이에 횡하중이 작용하고 있는 경우에는 합리적인 해석에 의하

여 산정될 수 있습니다. 그러나 이러한 해석 대신에 다음의 값을 적용할

수 있습니다.

양단이 구속된 부재 : Cm = 0.85

양단이 구속되지 않은 부재 : Cm = 1.0

그림 2.14은 모멘트계수의 계산 예입니다.


mid

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2-27

구 분 계 산 방 법 입 력 방 법 비 고

강축

(요소좌표계 y 축)

M1 = MIN(80,60) = 60

M2 = MAX(80,60) = 80

Cmy = 0.6-0.4(−60/80)

= 0.9

Cmy 항에 0.9 를 입력 단곡률

약축

(요소좌표계 z 축)

M1 = MIN(40,10) = 10

M2 = MAX(40,10) = 40

Cmz = 0.6-0.4(10/40)

= 0.5

Cmz 항에 0.5 를 입력 복곡률

그림 2.14 모멘트계수의 계산 예

(a) Bending moment

about ECS y-axis

Mz=40 tf_m

My=60 tf_m

My=80 tf_m

Mz=10 tf_m

P

P P

P

(b) Bending moment

about ECS z-axis


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Design Reference

KSSC-ASD03기준에 의하여 강도검증시 부재축방향의 압축력과 휨모멘트가

동시에 작용하는 보-기둥 부재의 경우에는 이를 조합한 조합응력비를 계산

하여 부재의 안정성을 검토합니다.

보-기둥 부재에 축력과 휨모멘트가 동시에 작용하면 그림 2.15에서 보는 바

와 같이 축력(P)과 처짐(δ)에 의한 추가 휨모멘트(P-δ)가 발생합니다. 이 추

가 휨모멘트에 대한 효과를 반영하기 위하여 다음과 같은 모멘트 확대계수

를 산정하여 조합응력비 산정시 고려합니다.

KSSC-ASD03 기준의 조합응력비 산정식

1.01- / 1- /

my byc mz bz

c c ey by c ez bz

C ff C fF f F F f F F

+ × + × ≤′ ′

(식 8.1)

모멘트 확대계수 : 2

2

12 , 1- / 23( / )

m se

c e b b

C EFf F KL r

π′ =′

여기서,

Cm : 모멘트계수

fc : 부재 축방향 압축응력

Fc : 압축력만이 존재할 때의 허용압축응력도(MPa)

Es : 탄성계수

Fe ´ : 안전율을 포함한 오일러 좌굴응력도

K : 유효좌굴길이계수

Lb : 요소좌표계 휨평면 내에서의 비지지길이

rb : 단면2차반경


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2-29

그림 2.15 축방향 압축과 휨모멘트가 동시에 작용하는 보-기둥부재

그림 2.16 부재 양단에 크기가 같고 방향이 반대인 휨모멘트가 작용하는 보-기둥 부재

M1 M2

=

P⋅ δ

＋

Secondary moment due to P ⋅ δ

Bending moment distribution with end moments M1 & M2

Total Bending moment distribution

M1 M2 P P

δ

ΔM

M

M

P

P

δ

M ΔM M

+ =


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Design Reference

2-10 휨계수(Bending Coefficient, Cb)

휨계수는 부재강축(y-axis) 휨모멘트에 의한 압축측 플랜지의 허용휨응력 또

는 설계휨강도 계산시 적용됩니다.

이 계수는 하중이 부재의 웨브 중심면에 작용하고, 웨브 중심축에 대하여 대

칭인 단면을 가지는 부재(H-형강)이거나, C-형강의 강축에 대한 휨모멘트가

작용하는 경우에 적용됩니다.

휨계수는 부재의 약축방향(y-direction)으로 적절한 간격의 횡지지 버팀재가

없어서 횡좌굴이 발생할 가능성이 높은 경우 적용합니다.

휨계수 입력창을 이용하여 1.0 ~ 2.3 사이의 계수를 직접 입력할 수 있으며,

입력하지 않은 부재에는 1.0을 적용합니다. 그리고 midas Gen 내부에서 자

동 계산한 값을 적용할 수 있습니다.

휨계수는 다음과 같이 계산합니다.

2

1 2 1 21.75 1.05( / ) 0.3( / ) 2.3bC M M M M= + + ≤ < 7.2.1(3) >

여기서 M1, M2는 부재 강축에 대한 휨모멘트(횡비지지 구간 양단에 발생)로

이 중에서 절대값이 큰 모멘트가 M2이고, 작은 모멘트가 M1입니다. 따라서

(M1/M2)의 부호는 M1, M2가 동일부호(단곡률, Single Curvature)의 경우 음

(-)이 되고, 반대부호(복곡률, Reverse Curvature)의 경우 양(+)이 됩니다.

(그림 2.17 참조)


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2-31

또한 다음과 같이 특수한 경우에 대해서는 휨계수 값을 1.0으로 취할 수 있

습니다.

부재가 외팔보(Cantilever)인 경우

부재 강축방향의 수평변위가 버팀재 등으로 구속되어 수평 횡변위가

발생하지 않는 경우

비지지길이내 중간위치에서의 휨모멘트가 양단에서의 모멘트보다 큰

경우

휨계수는 부재의 횡지지길이와 밀접한 관계가 있으며, 적절한 횡방향 구속이

없는 보 또는 거더가 휨모멘트를 받을 경우 횡좌굴의 우려가 있기 때문에 보

의 허용휨응력(설계휨강도)은 압축측 플랜지의 횡좌굴의 저항능력에 따라 결정

됩니다.

일반적으로 H-형강이나 I-형강처럼 하중면내 대칭축을 가지고 있으면서 부

그림 2.17 부재 비지지구간의 양단부 휨모멘트

(a) Single Curvature

(b) Reverse Curvature

M1 M2

M1 M2

MA MCMB

MC

MB

MA

L/4 L/4 L/4 L/4L


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Design Reference

재강축(y-axis)에 대하여 휨모멘트가 작용하는 경우 강축에 대한 저항성능이

보의 비틀림 저항능력과 약축(z-axis)에 대한 휨저항능력보다 크기 때문에

보의 강축에 대한 한계능력에 도달하기 전에 약축에 대한 횡방향변형과 비

틀림변형이 발생하게 됩니다.

그러나, 보의 약축방향(y-direction)으로 하중이 재하되는 경우에는 부재의

횡방향에 대한 저항능력이 크기 때문에 횡좌굴은 발생하지 않습니다.

그리고 C-형강이나 Z-형강 등 하중면내에 대칭축을 가지고 있지 않으면서

강축에 대한 휨모멘트가 작용하는 경우에는 부재의 단순비틀림에 의한 횡좌

굴이 지배적이므로, 이 횡좌굴에 대한 저항능력을 고려하여 부재설계를 수행

해야 합니다.

보 또는 거더처럼 휨모멘트의 지지를 목적으로 하는 부재는 강축방향(z

direction)으로 하중이 재하되도록 하는 것이 효율적입니다. 따라서 횡방향에

대한 변형을 방지할 수 있는 대각부재나 슬래브 등을 이용하여 횡좌굴이 발

생하지 않도록 하여야 합니다.

각형 강관 또는 상자형 단면 등과 같이 폐쇄형 단면(Closed Section)을 사

용하는 경우에는 H-형강이나 C-형강 등과 같은 개방형 단면(Opened

Section)을 사용하는 경우에 비하여 비틀림 강성이 훨씬 크기 때문에 횡좌굴

의 가능성이 거의 없다고 볼 수 있습니다.

그림 2.18∼그림 2.19는 휨계수(Cb)의 계산 예입니다.


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2-33

그림 3.18에서와 같이 내민보에 등분포하중과 집중하중이 각각 작용하는 보부재가 있다. 부재 중앙부 구간

(24m)에 대하여 집중하중이 작용하고 있는 위치 및 지지점에 대하여 횡지지가 되었다고 가정하고 각 구간

별(○1 -○2 , ○2 -○3 , ○3 -○4 ) 허용휨응력 보정계수( Cb )를 계산하여라.

구 분 계산식

○1 -○2

M1 = MIN(0,864) = 0

M2 = MAX(0,864) = 864

Cb = 1.75+1.05(0/864)+0.3(0/864)2 =1.75 → Cb = 1.0 (외팔보)

○2 -○3

M1 = MIN(864,672) = 672

M2 = MAX(864,672) = 864

Cb = 1.75+1.05(672/864)+0.3(672/864)2 = 2.75 > 2.3 → Cb = 2.3

○3 -○4 비지지길이 내의 중간 위치에서의 휨모멘트 보다 큰 경우

(816 > 672) 이므로 Cb = 1.0

그림 2.18 휨계수 계산 예 - 1/2

672

780

816

396

48

372540

288

108

864

* Unit ; tf, m

18tf/m

36tf 48tf 48tf 36tf

8m 8m8m8m 8m

○1 ○2 ○3 ○4


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Design Reference

구조해석을 수행한 후 부재설계를 하기 위한 보부재의 휨모멘트는 그림 3.19와 같다. 횡지지 구간별 허용 휨응력

보정계수( Cb )를 계산하여라. 단, 횡지지 간격은 8 m이다.

구분 계산식

○1 -○2

M1 = MIN(0,44) = 0

M2 = MAX(0,44) = 44

Cb = 1.75+1.05(0/43)+0.3(0/43)2 =1.75

○2 -○3

M1 = MIN(44,36) = 36

M2 = MAX(44,36) = 44

Cb = 1.75+1.05(−36/44)+0.3(−36/44)2 =1.09

○3 -○4

M1 = MIN(16,36) = 16

M2 = MAX(16,36) = 36

Cb = 1.75+1.05(16/36)+0.3(16/36)2 =2.35 > 2.3 → Cb = 2.3

○4 -○5 Cb = 1.0 (외팔보)

그림 2.19 휨계수 계산 예 - 2/2

4436

16

* Unit ; tf, m

8m 8m8m8m

○1 ○2 ○3 ○4 ○5


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2-35

2-11 전단계수(Shear Coefficient, Cv)

전단계수는 KSSC-ASD03를 철골부재 설계기준으로 적용하는 경우에만 사

용되는 계수이며, H-형강 및 C-형강 부재의 강축방향 (z-direction) 전단력

에 대한 허용전단응력 산출시 적용됩니다.

전단계수는 웨브의 판-폭 두께비가 다음의 제한을 초과하는 경우 적용합니

다.

y

1,000/ > Fwh t

이 경우 허용전단응력은 다음과 같이 산출합니다.

= 0.42.89

yv v y

FF C F≤ (식 7.19)

이 식에서 Cv 를 전단계수라고 하며, 다음과 같이 산출합니다.

2

310,000 = ( 0.8)( / )

500 = ( 0.8)/

vv v

y w

vv

w y

kC CF h t

k Ch t F

≤

>

2

2

5.34= 4.00 ( / 1.0)( / )

4.00 = 5.34 ( / > 1.0)( / )

vk a ha h

a ha h

+ ≤

+

여기서

tw = 웨브의 두께

a = 수직 스티프너 사이의 거리

h = 플랜지 사이의 순 춤

kv = 보 웨브의 전단좌굴계수


mid

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2-12 철골부재 최적설계(Optimal Design)

midas Gen에서는 구조해석결과와 철골부재 설계기능에 의한 강도검증 결과

를 이용하여 철골부재단면의 최적설계를 수행합니다.

최적설계는 사용자가 입력한 철골설계기준과 설계제한조건을 만족시키면서

최소단면적(최소중량)의 단면치수를 자동적으로 결정하는 단면최적설계

(Section Optimization)를 의미합니다.

최적설계 수행시에는 해석모델에 입력한 설계용 하중조합, 단면의 형상, 비

지지길이, 횡지지길이, 유효 좌굴길이 계수, 휨계수, 모멘트계수, 사용재질의

항복강도 등의 설계변수들을 모두 고려합니다.

최적설계가 가능한 단면은 "철골부재 설계 알고리즘의 단면제한"을 참조하시

기 바랍니다. 최적설계는 해석모델 작성시 입력한 단면성질번호를 기준으로

수행됩니다. 이 때 단면성질별 설계조건은 다음과 같이 설정합니다.

강도검증 과정에서 각 부재에 대한 조합응력비(조합강도비)를 산출합니다.

단면성질 번호별로 부재를 분류합니다.

각 단면성질 번호별 부재들을 비교하여 가장 큰 조합응력비를 가지는

부재를 선택합니다.

선택된 부재의 설계조건(부재력 및 설계변수 값)을 해당 단면성질번호

의 설계조건으로 결정합니다.

그러므로 적합한 최적설계 결과를 얻기 위해서는 해석모델 작성시 비슷한

설계조건을 가지는 부재별로 단면성질을 구분하여 입력하는 것이 무엇보다

중요합니다.

최적설계는 철골설계기준에 의한 허용응력 및 설계강도(Design Strength)를

기준으로 수행하므로 사용자는 최적설계 수행으로 변경된 단면성질을 적용

하여 사용성 설계를 별도로 수행하여야 합니다. 사용성 설계에는 수평부재의

수직처짐, 바닥구조 진동 등의 국부적인 변위검토와 풍하중 및 지진하중에

대한 수평변위, 지진하중에 대한 층간변위, 고층건물에서 풍하중에 의한 수

평진동 등이 포함되어야 합니다.

최적설계 수행방법은 다음의 두 가지 방법 중에서 선택할 수 있습니다.


mid

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en


2-37

2-13 자동 최적설계

이 방법은 사용자가 입력한 최적설계조건에 도달할 때까지 midas Gen에 의

하여 최적설계를 수행하는 방법입니다. 수행 절차는 다음과 같습니다.

1. 최적설계 수행(최적단면 선택)

2. 해석모델의 단면데이터 수정

3. 변경된 해석모델을 이용하여 구조해석 수행

4. 강도검증 수행

5. 강도검증 결과 모든 부재가 설계조건 만족 → 설계 종료

6. 5의 조건을 만족하지 못할 경우 1~5의 과정을 반복수행

자동설계를 하는 경우 최적설계 조건에 따라 많은 반복수행을 할 수도 있으

므로, 최대 반복수행회수를 제한하는 것이 좋습니다.


mid

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2-14 수동 최적설계

이 방법은 최적설계결과를 사용자가 분석하고 판단하면서 최적설계를 수행

하는 방법입니다. 수행절차는 다음과 같습니다.

1. 최적설계 수행(최적단면 선택)

2. 선택된 단면에 대하여 적정성 여부를 사용자가 검토

3. 선택된 단면데이터의 전부 또는 일부에 대하여 해석모델의 단면데이터

수정

4. 변경된 해석모델을 이용하여 구조해석 수행

5. 강도검증 수행

6. 강도검증 결과 모든 부재가 설계조건 만족 → 설계 종료

7. 사용자의 판단에 따라 1~6의 과정을 반복수행

최적설계는 구조해석모델에 사용된 모든 단면성질 또는 사용자가 임의로 지

정한 단면성질에 대하여 선택적으로 수행 가능합니다. 또한 각 단면성질별로

설계 제한사항을 사용자가 임의로 입력할 수 있습니다.

단면의 최적치수 결정방법은 다음의 세 가지 방법이 있습니다.

방법1. 최적의 단면치수를 자동 산출하는 방법

이 방법은 단면의 치수(높이, 폭, 두께)를 변경해 가면서 최소의 단면적(단위

길이당 최소의 중량)을 가지는 단면을 결정하는 방법입니다.

이 방법을 사용하여 최적설계를 수행하고자 하는 경우에는 사용자가 입력한

설계제한조건을 만족하는 모든 단면 종류에 대하여 검색을 하므로, 최적설계

수행시간이 길어질 수도 있습니다. 그러나 사용자가 원하는 단면치수에 가장

근접하는 최적의 치수를 결정해 주는 장점이 있습니다.

따라서, 이 방법을 사용할 경우에는 사용자의 판단에 따른 적절한 설계제한

조건의 입력이 필요합니다.


mid

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2-39

방법2. 사용자입력 단면 DB에서 최적단면을 선택하는 방법

이 방법은 사용자가 입력한 단면 데이터베이스(DB))내에서 최적의 단면을

선택하는 방법으로 방법1에 비하여 신속하게 최적설계가 수행되는 장점이 있

습니다.

그러나 이 방법은 사용자가 입력한 한정된 단면데이터 중에서 설계기준상

요구되는 최적의 단면치수에 근접하는 단면을 선택하게 되므로, 최적의 단면

보다 더 큰 단면적을 가지는 단면이 선택될 수 있습니다.

특정구조물의 부재설계시 미리 정해놓은 단면을 사용하여 부재설계를 하고

자 하는 경우와 공사진행시 자재관리 측면에서 효과적인 방법입니다.

방법3. midas Gen에 내장된 단면 DB에서 최적단면을 선택하는 방법

이 방법은 midas Gen에 내장된 단면 데이터베이스(KS, KS-Civil, ASTM,

JIS, BS, EN, GB03, GB, JGJ, JTJ, CSA, IS, CNS)내에서 최적의 단면을

선택하는 방법입니다. 최적설계 수행시 이용하고자 하는 단면 데이터베이스

의 이름, 단면형상 및 단면치수(높이, 두께)등을 설계제한조건으로 입력하여,

요구되는 최적의 단면치수에 근접하는 단면을 선택할 수 있습니다.

기둥부재에 대하여 최적설계를 수행하는 경우에는 기둥부재의 수직처짐량

(Axial Deformation)을 보정하기 위하여 기둥부재에 발생한 축력만으로 최적

설계를 수행할 수 있습니다.

고층 건물의 기둥부재는 부담하고 있는 재하면적에 따라 수직처짐이 다르게

발생합니다. 즉, 부담하고 있는 재하면적의 크기가 인접기둥에 비하여 상대

적으로 큰 기둥의 경우에는 인접기둥보다 수직처짐량이 많으므로, 이 기둥과

강접합된 보부재나 거더부재 등은 이러한 부등수직처짐에 의한 이상모멘트

가 발생할 수 있습니다. 따라서 과다하게 발생된 모멘트는 연결된 기둥부재

에 다시 이상모멘트를 유발시켜 상부 기둥으로 갈수록 기둥부재가 크게 설

계되는 경우가 발생할 수 있습니다.

특히 외부기둥의 경우 내부기둥에 비하여 상대적으로 재하면적이 작기 때문

에 두 기둥 사이의 수직처짐의 차이는 거의 모든 고층 구조물에서 발생할

수 있습니다.


mid

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이러한 인접한 기둥간의 부등수직처짐을 보정하여 설계하는 것은 철골조 초

고층 건축물의 설계시 매우 중요한 사항으로 일반적인 해석방법이나 설계방

법으로는 해결하기가 쉽지 않습니다.

최적설계 모듈에서는 이러한 철골조 초고층 구조물에서의 부등수직처짐을

방지할 수 있도록 하기 위하여 기둥 설계시 기둥부재에 발생하는 축력만으

로 최적설계를 수행하는 방법을 적용하고 있습니다. 이 방법은 구조물에 포

함된 모든 기둥부재의 수직처짐량을 각 기둥이 부담하는 재하면적에 비례하

여 모든 기둥이 거의 균등한 처짐이 발생하도록 하여 기둥부재의 단면을 결정

하는 방법입니다.

이것은 각 기둥부재가 받고 있는 축하중에 비례한 기둥의 단면적을 결정하

여 준다면 쉽게 해결이 가능한 방법으로, 수직처짐량의 완벽한 조절은 어렵

지만 실무설계에서 적용하기에 무리가 없는 방법입니다. 다만, 이 방법은 각

기둥부재의 축방향 하중만을 고려한 설계가 수행되므로 실제 발생될 수 있

는 휨모멘트에 대한 여유를 충분히 고려하여 최적설계를 수행하는 것이 바

람직합니다.

철골기둥부재는 상·하부 기둥부재의 연결방법에 따라 내접연결방법과 외접

연결방법이 있습니다. 이것은 이음부에 볼트를 사용하여 접합하는 경우 필요

한 사항입니다.

이 설계제한조건은 H-형강의 경우에는 단면의 높이가 고정된 경우, 각형 강

관의 경우에는 단면의 높이와 폭이 고정된 경우 적용할 수 있습니다. (그림

2.20 참조)


mid

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2-41

구 분 내접연결방식 외접연결방식

H-형강

각형강관

그림 2.20 치수가 다른 기둥부재의 연결방법

Inner surface of flange of lower column

y H

fixed

hei

ght

B fixed width

upper column z

Outer surface of flange of lower column

upper column

H

fixed

hei

ght

B fixed width

y

z

upper column

Inner surface of flange of lower column

y H

fixed

hei

ght

z

y

upper column

Outer surface of flange of lower column

H

fixed

hei

ght

z


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2-15 최적설계 평가기능

막대그래프(Histogram) 또는 꺾은선그래프(Line Graph) 형태로 강도검증

결과를 출력하여 사용자가 설계결과를 한눈에 확인할 수 있으며, 응력비(강

도비) 수준별 중량분포도를 제공하여 구조물의 과대설계 또는 최적설계 경향

을 평가할 수 있는 기능입니다. (그림 2.21참조)

주요기능은 다음과 같습니다.

1. 강도검증을 수행한 모든 부재에 대하여 강도검증 결과의 꺾은선그래프를

제공합니다.

2. 정렬 기능을 이용하여 각 응력성분별로 정렬시킬 수 있으며, 최대응력(최

대 소요강도) 발생 부재 또는 최소응력(최소 소요강도) 발생 부재 등을

신속하게 검색할 수 있습니다.

그림 2.21 강도검증 결과의 그래프 출력


mid

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2-43

3. 설계용 하중조합 또는 모든 하중조합을 고려한 응력비(강도비), 수준별

중량분포도를 막대그래프 형태로 제공하므로, 구조물의 과다설계 또

는 최적설계 경향을 쉽게 파악할 수 있습니다.

4. 구조물의 평균안전율 그래프를 제공합니다.

5. 사용자가 지정한 선택범위(응력비, 강도비, 요소번호, 단면번호, 재질

번호 등)에 대한 응력비(강도비) 수준별 중량분포도를 제공합니다.

6. 철골단면에 대한 최적설계를 수행한 경우에는 반복수행에 따른 전체

구조물의 중량변화 또는 최적설계 과정에 대한 추이를 확인할 수 있

는 정보를 그래프 형태로 제공합니다.


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2-16 강도검증 방법 및 절차

KSSC-ASD03 기준을 적용하여 Code Checking Detail Result 항목을 중심

으로 설명합니다.

강도검증 절차는 다음과 같습니다.

해석결과(부재력 확인)

그림 2.22 Code Checking Detail Result(부재력 확인)

① 해석결과 부재력

Lb : 횡지지길이에 대한 양단부 모멘트

Ly : 강축 비지지길이에 대한 양단부 모멘트

Lz : 약축 비지지길이에 대한 양단부 모멘트

①

세장비 검토

등가모멘트 보정계수 산정

폭두께비 검토

축응력

한계세장비 검토

축응력비 검토

폭두께비 검토

비지지길이 검토

휨응력(강/약축)

휨계수 산정

휨응력비 검토

압축응력비 검토

조합응력

조합응력비 검토

전단응력

해석결과 (부재력확인)

부재력

폭두께비 검토

전단응력비 검토

전단계수 산정


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2-45

축응력비 검토

1. 세장비 검토

그림 2.23 Code Checking Detail Result(세장비 검토)

① 세장비 제한 검토 : 압축재 200KLr

≤ , 인장재 300Lr≤

< 3.8 >

2. 국부좌굴을 고려한 압축요소의 폭두께비 검토

세장압축요소의 국부좌굴을 고려한 폭두께비 제한사항은 KSSC-ASD03 표

3.1 압축요소의 폭두께비를 참조하시기 바랍니다.

그림 2.24 Code Checking Detail Result(폭두께비 검토)

① 플랜지 폭두께비(bf/2tf) 검토 : 압연 H-형강과 ㄷ-형강 휨재의 플랜지

171 250 , P r

y yF Fλ λ= =

< 표 3.1 >

①

①

②


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② 웨브 폭두께비(Dweb/tw) 검토 : 휨과 축압축을 함께 받는 부재의 웨브

(a) 1,680 0.16 1- 3.74a a

py yy

f fF FF

λ⎡ ⎤

≤ → = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

(b) 675 0.16 a

py y

fF F

λ> → =

< 표 3.1 >

3. 압축응력비 검토

그림 2.25 Code Checking Detail Result(압축응력비 검토)

① 한계세장비 검토

22 s

cy

ECFπ

= (Compact or Non-Compact Section)

< 6.3 >

※ Slender Section : AISC-ASD89 Specification Appendix-B5 참조

AISC-ASD89 Specification Commantary E3 참조

①

②

③

④


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2-47

② 허용압축응력 계산

2

2

3

3

( / )1-2

5 3( / ) ( / )-3 8 8

yc

c

c c

KL r FC

FKL r KL r

C C

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦=

+ cKL / r C≤ 인 경우 (식 6.1)

2

2

1223( / )

sc

EFKL rπ

= cKL / r C> 인 경우 (식 6.2)

여기서, cF : 허용압축응력도(MPa)

cC : 한계세장비

KL : 좌굴길이(mm)

r : 단면2차반경(mm)

sE : 강재의 탄성계수(MPa)

yF : 강재의 항복강도(MPa)

※ Slender Section : AISC-ASD89 Specification Appendix-B5 참조

③ 부재압축응력 계산

④ 압축응력비 검토

< 1.7.1 >


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강축휨응력 검토

그림 2.26 Code Checking Detail Result(강축휨응력 검토)

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨


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2-49

① 압축플랜지의 횡방향 비지지길이 검토 : 휨재 압축플랜지의 횡방향 비지

지길이( bL )는 휨재의 한계 비지지길이( cL )보다 작아야 합니다.

200 f

cy

bL

F= (식 7.2)

138,000

( / )cf y

Ld A F

= (식 7.3)

< 7.2.1(1) >

② 웨브 폭두께비(Dweb/tw) 검토 : 휨과 축압축을 함께 받는 부재의 웨브

1,680 1- 3.74 a

yy

fFF

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

/ 0.16a yf F ≤ 인 경우

675

yF / 0.16a yf F > 인 경우

< 표 3.1 >

③ 휨계수 산정 : 횡좌굴을 고려한 허용휨응력도 계산에 사용

( ) ( )21 2 1 2 1.75 1.05 / 0.3 / 2.3bC M M M M= + + ≤

1.0bC = (횡지지가 안된 캔틸레버보 또는 횡지지 구간 내의 모멘트

가 횡지지 단부모멘트보다 큰 보의 경우)

여기서,

M1 : 보의 횡지지점 모멘트 중 작은 값

M2 : 보의 횡지지점 모멘트 중 큰 값

(M1/ M2)는 단곡률 휨의 경우 부(-), 복곡률 휨의 경우 정(+)으로 합니다.

< 7.2.1(3) >

④ 단면2차반경 계산 : 압축 플랜지와 압축 웨브부분의 1/3을 합한 단면의

웨브축에 대한 단면2차반경

< 7.2.1(3) >


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⑤ 압축측 허용휨응력 산정

(a) 702,000 0.6b bb y

T y

L C F Fr F

< → =

(b) 2( / )2702,000 3,510,000 -

3 10,530,000y b Tb b b

b yy T y b

F L rC L C F FF r F C

⎡ ⎤≤ < → = ⎢ ⎥

⎢ ⎥⎣ ⎦

(식 7.8)

(c) 2 3,510,000 1,170,000( / )

b b bb

T y b T

L C CFr F L r

≥ → = (식 7.9)

(d) 모든 b

T

Lr

에 대하여 83,000

/b

bb f

CFL d A

= (식 7.10)

< 7.2.1(3) >

※ Slender Section : AISC-ASD89 Specification Appendix-B5.d 참조

① 플랜지 폭두께비(bf/2tf) 검토

< 표 3.1 >

② 허용휨응력 산정

③ 부재휨응력 산정

④ 강축휨에 대한 허용휨응력비 검토


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2-51

약축휨응력 검토

그림 2.27 Code Checking Detail Result(약축휨응력 검토)

① 플랜지 폭두께비(bf/2tf) 검토

< 표 3.1 >

② 허용휨응력 및 부재휨응력 산정

(a) 콤팩트 단면인 경우

0.75b yF F= (식 7.11)

(b) 비콤팩트 단면인 경우

1.075 - 0.0019 0.752

fb y y y

f

bF F F F

t

⎡ ⎤⎛ ⎞= ≤⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

(식 7.12)

(c) (b)의 적용범위를 벗어난 비콤팩트 단면인 경우

0.6b yF F= (식 7.13)


③ 약축휨에 대한 허용휨응력비 검토

①

②

③


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그림 2.28 Code Checking Detail Result(조합력에 대한 검토)

① 압축응력비 검토

< 8.2 >

② 등가모멘트 보정계수 산정

(a) 1 2 0.6 - 0.4( / )mC M M= : 휨면내에서 절점의 이동이 구속되고, 그 지

지점 사이에 수평하중을 받지 않는 골조내에서 구속된 압축재의 경

우

여기서, M1/ M2는 휨면내에서 구속되지 않은 부재 양단의 단부모멘트 중

큰 단부모멘트에 대한 작은 단부모멘트의 비율이며, M1/ M2의 부호는 부

재가 단곡률 휨인 경우 부(-), 복곡률 휨인 경우에는 정(+)으로 합니다.

①

②

③


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2-53

(b) 하중면내에서 절점이동이 구속되어 있고, 그 지지점 사이에 수평하중

을 받는 골조내의 압축재인 경우

0.85mC = : 단부회전이 구속된 부재

1.00mC = : 단부회전이 구속되지 않은 부재

< 8.2 >

③ 조합응력비(압축+휨) 검토

(a) / 0.15a bf F >

1.0

1-1-

my byc mz bz

c ccbzy

ezey

C ff C fF ff FF

FF

+ + ≤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎜ ⎟′⎜ ⎟′ ⎝ ⎠⎝ ⎠

(식 8.1)

1.00.60

byc bz

y by bz

ff fF F F

+ + ≤ (식 8.2)

(b) / 0.15a bf F ≤

1.0byc bz

c by bz

ff fF F F

+ + ≤ (식 8.3)

< 8.2 >



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그림 2.29 Code Checking Detail Result(전단응력 검토)

① 전단응력비 검토 : 플랜지가 전단력을 받는 경우

/ 1,000 / 0.4w y v yh t F F F≤ → = (식 7.18)

< 7.3.1 >

② 전단응력비 검토 : 웨브가 전단력을 받는 경우

/ 1,000 / 0.4w y v yh t F F F≤ → = (식 7.18)

/ 1,000 / ( ) 0.42.89

yw y v v y

Fh t F F C F> → = ≤ (식 7.19)

①

②


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Chapter 3 | 철근콘크리트부재 설계 알고리즘

3-1

철근콘크리트부재에 대한 설계 또는 강도검증은 사용자가 지정한 설계기준

에 따라 수행됩니다.

midas Gen에서 적용가능한 철근콘크리트부재 설계기준은 다음과 같으며,

본 장에서는 『한국콘크리트학회, 콘크리트구조설계기준 (KCI-USD03)』에 대

하여 설명합니다.

한국콘크리트학회, 콘크리트구조설계기준 (KCI-USD03)

한국콘크리트학회, 콘크리트구조설계기준 (KCI-USD99)

대한건축학회, 극한강도설계법에 의한 철근콘크리트 구조계산규준 (AIK-USD94)

대한토목학회, 콘크리트 표준시방서 (KSCE-USD96)

대한건축학회, 철근콘크리트 구조계산기준 (AIK-WSD2K)

미국콘크리트학회, 철근콘크리트 구조계산규준 (ACI318-89/95/99/02)

캐나다, 철근콘크리트 구조계산기준 (CSA-A23.3-94)

영국, 콘크리트 구조설계기준 (BS8110-97)

유럽, 콘크리트 구조설계기준 (Eurocode 2)

일본건축학회, 철근콘크리트 구조계산규준 (AIJ-WSD99)

중국국가표준, 철근콘크리트 구조계산규준 (GB50010-02)

인도국가표준, 철근콘크리트 구조계산규준 (IS:456-2000)

대만, 철근콘크리트 구조계산규준 (TWN-USD92)

부재설계 및 강도검증이 가능한 제한사항은 다음과 같습니다.

규준제한

극한강도설계법 : KCI-USD03, KCI-USD99, AIK-USD94, KSCE-

USD96, ACI318-89/95/99/02, TWN-USD92

허용응력설계법 : AIK-WSD2K, AIJ-WSD99

한계상태설계법 : BS8110-97, Eurocode2, GB50010-02, CSA-

A23.3-94, IS:456-2000

Chapter 3. 철근콘크리트부재 설계 알고리즘


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단면제한

DB/User 단면설계 가능, Tapered 단면설계 불가능

단면형상

- 보부재 : 직사각형, T형보

- 기둥부재 : 장방형(띠/나선철근), 원형(띠/나선철근), 중공원형(띠/나선철근)

- 대각부재 : 기둥과 동일

- 벽체부재 : 벽요소(Membrane 또는 Plate Type인 벽요소)


단면크기

- 보부재 : 제한없음

- 기둥부재

기준 제한사항

AIK-USD94

KSCE-USD96

KCI-USD99

기둥의 단면적 ≥ 600cm2

기둥단면의 폭과 높이 중 작은값 ≥ 20cm

ACI-318-

89/95/99/02 기둥단면의 폭과 높이 중 작은값 ≥ 8 in

CSA-A23.3-94 기둥단면의 폭과 높이 중 작은값 ≥ 200mm

TWN-USD92 기둥단면의 폭과 높이 중 작은값 ≥ 20cm


- 벽체부재 : 벽체두께 ≥ 10cm or 100mm or 4 inch

피복두께

- 보부재 : 보단면의 폭 ≥ 2×상·하부피복두께 중 작은값

보단면의 높이 ≥ 상부피복두께 + 하부피복두께

- 기둥부재 : 기둥단면의 폭과 높이 중 작은값 ≥ 2×피복두께


- 벽체부재 : 벽체두께 ≥ 2×피복두께,

벽체길이 ≥ 2×End Rebar의 벽체길이방향 피복두께


mid

as G

en


3-3

재질제한

콘크리트로 설정된 재질만 설계 가능(User Defined 재질은 설계 불가능)

DB(KS01, KS, KS-Civil, KS01-Civil, ASTM, CSA, JIS, JIS-Civil,

GB, GB-Civil, JTG04, BS, EN, UNI, IS, CNS) 및 User에 의한 재

질 사용

탄성계수(Ec)는 기준마다 제시된 계산식 이용

- KCI-USD03

2 2 30 / 4,700 ( / )c c ckEf N mm f N mm=≤

2 2 30 / 3,300 7,700 ( / )c c ckEf N mm f N mm=> +

- KCI-USD99

2 2 300 / 15,000 ( / )c c ckEf kgf cm f kgf cm=≤

2 2 300 / 10,500 70,000 ( / )c c ckEf kgf cm f kgf cm=> +

- AIK-USD94

2 15,000 ( / )c cE f kgf cm= ′

- KSCE-USD96

2 2 300 / 15,000 ( / )c c cEf kgf cm f kgf cm=≤

2 2 300 / 10,500 70,000 ( / )c c cEf kgf cm f kgf cm=> +

- AIK-WSD2

2 2 300 / 10,500 70,000 ( / )c c cEF kgf cm F kgf cm=> +

- ACI318-89/95/99/02

2 57,000 ( / )c cE f lb in= ′

- CSA-A23.3-94

2 4,500 ( / )c cE f N mm= ′

- BS8110-97

( ) 2 1,000 20 0.2 ( / )c cuE F N mm= +

- Eurocode 2

3 23 9.5 8.0 10 ( / )c cE F N mm= × + ×


mid

as G

en

Design Reference

- AIJ-WSD99

2

4 23 3.35 10 ( / )24 60

c cc

W FE N mm⎛ ⎞= × × ×⎜ ⎟⎝ ⎠

2 3

2 3

2 3

36 / 23 /

48 / 23.5 / 60 / 24 /

c c

c c

c c

W

W

W

F N mm kN m

F N mm kN m

F N mm kN m

=

=

=

≤

≤

≤

- GB50010-02

2100,000 ( / )34.72.2c

cu

E N mm

F

=+

- IS:456-2000

2 5,000 ( / )c ckE f N mm=

- TWN-USD92

2 15,000 ( / )c cE f kgf cm′=

부재제한

보부재

- 기본사항 : Beam 요소 중 수평인 부재

- 수정사항 : General Design Parameters의 Member Type을

Beam으로 설정한 부재

기둥부재

- 기본사항 : Beam 요소 중 수평인 부재


Column으로 설정한 부재

대각부재

- 기본사항 : Beam 요소 중 수평 또는 수직인 부재가 아니거나,

Truss 요소인 부재


Brace로 설정한 부재


mid

as G

en


3-5

벽체부재

- 기본사항

일직선이고, 판요소인 부재

- 예외사항

한층에 수직으로 두 개 이상의 Wall이 존재할 경우

한층에 연속되지 않은 동일한 Wall ID가 두 개 이상 존재할 경우

그림 3.1 철근콘크리트부재의 단면형상(1/2)

(b) Beam (T-

(e) Spirally reinforced column

(Circular hollow section)

(c) Tied column

(Rectangular section)

(d) Spirally reinforced column

(Circular section)

(a) Beam

(Rectangular section) (b) Beam

(T-section)


mid

as G

en

Design Reference

그림 3.2 철근콘크리트부재의 단면형상(2/2)

(f) Tied column

(Circular section)

(g) Tied column

(Circular hollow section)

(h) Shear wall

(Rectangular section)


mid

as G

en


3-7

3-1 철근콘크리트부재 단면설계 및 강도검증

해석모델에 포함되어 있는 철근콘크리트부재에 대하여 사용자가 선택한 부

재 또는 전체 부재를 대상으로 단면설계 및 강도검증을 수행합니다.

이 때 부재 전 길이에 대하여 단면형상이 일정한 부재에 대해서만 수행됩니

다. 부재의 임의의 위치에서 단면형상이 변하는 변단면 부재에 대해서는 단

면설계 또는 강도검증을 할 수 없습니다.

철근콘크리트부재는 다음과 같은 방법으로 단면설계 또는 강도검증을 선택

적으로 수행합니다.

단면설계(Design)

해석모델에 입력되거나 사용자가 수정한 부재 단면치수 및 설계용 하중조합

에 의하여 산출된 계수하중을 기준으로 사용자가 입력한 직경의 철근을 이

용하여 최적배근 결과를 산출합니다.

즉, 부재의 단면치수만 결정되어 있고, 철근 배근에 대한 데이터가 없는 경

우 수행됩니다.

강도검증(Checking)

부재의 단면치수와 철근배근 데이터가 함께 입력된 경우에는 이 단면에 대

한 설계강도를 산출합니다. 그리고 이를 해당 부재의 소요강도와 비교하는

강도검증을 수행합니다.

강도검증은 다음과 같은 요소가 모두 입력된 경우에만 수행되고, 그렇지 않

은 경우에는 단면설계가 수행됩니다.

단면형상 및 치수

철근의 규격

철근의 수량

철근의 위치

설계용 하중조합(Design Load Combination)은 해석모델 작성시 [Concrete

Design] 탭에서 입력한 하중조합을 적용합니다. 입력된 하중조합 중 단면설

계 또는 강도검증에 적용할 하중조합을 사용자가 임의로 선택할 수 있습니

다.


mid

as G

en

Design Reference

철근콘크리트부재 설계시 적용되는 각종 설계용 변수는 사용자가 입력한 값

을 우선으로 적용합니다. 입력하지 않은 변수는 midas Gen에서 자동으로

설정한 초기값을 적용하여 단면설계 또는 강도검증을 수행합니다.

설계변수 중 부재의 비지지길이(Unbraced Length) 및 유효 좌굴길이 계수

(Effective Length Factor) 등은 부재의 설계강도 및 모멘트 확대계수의 산

정시 큰 영향을 줍니다. 그러므로 해당부재의 설계조건에 적절한 설계변수값

을 입력해야 합니다.

철근콘크리트부재 설계는 변형도해석(Strain Analysis)과 축력-모멘트 상관

도(P-M Interaction Diagram) 분석에 따라 최적의 배근결과를 산출합니다.

기둥, 전단벽 및 대각부재를 설계하는 경우에는 장주의 세장효과를 고려하여

계산된 부재력으로 배근합니다.

여기서, 최적 배근은 입력된 철근직경 및 최대/최소 철근비, 기준에 의한 최

소철근간격 등을 고려하여 배근 가능한 최적의 결과를 산출한 것입니다.

3-2 철근콘크리트부재의 요소좌표계

철근콘크리트부재 설계시 기둥부재, 보부재, 대각부재는 다음과 같은 기준으

로 판단하여 구분됩니다. 그러나 사용자의 지정(Member Type)에 의해서 변

경이 가능합니다.

보부재 : Beam 요소 중에서 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계

X-Y 평면과 평행한 경우

기둥부 : Beam 요소 중에서 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계 Z

축과 평행한 경우

대각부재 : Beam 요소 중에서 기둥부재와 보부재를 제외한 나머지 부재,

Truss 부재

전단벽부재 : 해석모델 작성시 벽요소를 사용하여 입력

각 설계변수의 초기값

은 On-line Manual

의 Design 에서 각 설

계 변수 입력부분 참조


mid

as G

en


3-9

철근콘크리트부재의 요소좌표계에 따른 단면의 좌표축 및 좌표축방향은 그

림 3.3과 같습니다.

그림 3.3 철근콘크리트부재 단면의 좌표축 및 좌표축방향

강축방향(z-Direction)

휨모멘트는 강축(y축)에

대한 휨모멘트(My)를 의

미하며, 강축방향 전단

력은 강축방향으로 작용

하는 전단력(Vz)를 지칭

한다.

z

(a) Beam

(b) Column

(c) Shear wall

Major direction (z- direction)

z

Major axis (y- axis)

Minor direction (y- direction)

Minor axis (z- axis)

y

y


Major axis (y- axis) Minor direction

(y- direction)


z

y


Major axis (y- axis) Minor direction

(y- direction)


z

y


Major axis (y- axis)

Minor direction (y- direction)



mid

as G

en

Design Reference


설계용 하중조합(Design Load Combination)은 해석모델 작성시 [Concrete

Design]탭에서 입력한 철근콘크리트부재 설계용 하중조합을 적용합니다.

적용하는 설계기준에 따라 하중조합의 하중계수가 다르므로 입력된 하중조

합이 설계기준에 적합한 것인지를 확인한 다음 강도검증을 수행하여야 합니

다. midas Gen에서는 각 설계기준에서 요구하는 하중조합을 자동생성할 수

있습니다.

해석모델 작성시 하중조건(Load Case)을 아래와 같이 입력하였을 경우,

KBC-USD05 기준으로 자동생성되는 설계용 하중조합은 다음과 같습니다.

정적하중조건(Static Load Case)

D Dead load

L Live load

LR Roof live load






T Temperature

S Snow load

R Rain load

EP Earth pressure


FP Fluid pressure

IP Ice pressure

WL Wind load on live load

SH Shrinkage

CR Creep

PS Prestress


mid

as G

en


3-11





ESx Accidental Torsional Moment for Response

Spectrum in X-direction

ESy Accidental Torsional Moment for Response Spectrum in

Y-direction



대한건축학회, 건축구조설계기준(KBC-USD05)


1.4D + 1.7(L+LR) 0.75[1.4D + 1.7(L+LR) + 1.7WX] 0.75[1.4D + 1.7(L+LR) + 1.7WY] 0.75[1.4D + 1.7(L+LR) - 1.7WX] 0.75[1.4D + 1.7(L+LR) - 1.7WY] 0.9D + 1.3WX

0.9D + 1.3WY

0.9D - 1.3WX

0.9D - 1.3WY





0.75(1.4D+1.7L+1.7LR) (RSx ESx)± ±

0.75(1.4D+1.7L+1.7LR) (RSy ESy)± ±


mid

as G

en

Design Reference

0.9D (RSx ESx)± ±

0.9D (RSy ESy)± ±

0.75 1.4D (RSx ESx)× ± ±

0.75 1.4D (RSy ESy)× ± ±

0.75(1.4D+1.7L+1.7LR) EX±

0.75(1.4D+1.7L+1.7LR) EY±

0.9D EX±

0.9D EY±

0.75 1.4D EX× ±

0.75 1.4D EY× ±



0.75(1.4D+1.7L) {(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}± ± ± ±

0.75(1.4D+1.7L) {(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}± ± ± ±

0.9D {(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}± ± ± ±

0.9D {(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}± ± ± ±

0.75 1.4D {(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}× ± ± ± ±

0.75 1.4D {(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}× ± ± ± ±

0.75(1.4D+1.7L) (EX 0.3EY)± ±

0.75(1.4D+1.7L) (EY 0.3EX)± ±

0.9D (EX 0.3EY)± ±

0.9D (EY 0.3EX)± ±

0.75 1.4D (EX 0.3EY)× ± ±

0.75 1.4D (EY 0.3EX)× ± ±



2 20.75(1.4D+1.7L) (RSx ESx) +(RSy ESy)± ± ±

2 20.9D (RSx ESx) +(RSy ESy)± ± ±

2 20.75 1.4D (RSx ESx) +(RSy ESy)× ± ± ±

2 20.75(1.4D+1.7L) EX +EY±

2 20.9D EX +EY±

2 20.75 1.4D EX +EY× ±


mid

as G

en


3-13




DS0.75(1.4D+1.7L) (RSx ESx)+0.2S D±Ω ±

DS0.75(1.4D+1.7L) (RSy ESy)+0.2S D±Ω ±

DS0.9D (RSx ESx)-0.2S D±Ω ±

DS0.9D (RSy ESy)-0.2S D±Ω ±

DS0.75 1.4D (RSx ESx)-0.2S D× ±Ω ±

DS0.75 1.4D (RSy ESy)-0.2S D× ±Ω ±

DS0.75(1.4D+1.7L) EX+0.2S D± Ω

DS0.75(1.4D+1.7L) EY+0.2S D± Ω

DS0.9D EX-0.2S D±Ω

DS0.9D EY-0.2S D±Ω

DS0.75 1.4D EX-0.2S D× ±Ω

DS0.75 1.4D EY-0.2S D× ±Ω



DS0.75(1.4D+1.7L) {1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)}+0.2S D± Ω ± ± Ω ±

DS0.75(1.4D+1.7L) {1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)}+0.2S D± Ω ± ± Ω ±

DS0.9D {1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)}-0.2S D± Ω ± ± Ω ±

DS0.9D {1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)}-0.2S D± Ω ± ± Ω ±

DS0.75 1.4D {1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)}-0.2S D× ± Ω ± ± Ω ±

DS0.75 1.4D {1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)}-0.2S D× ± Ω ± ± Ω ±

DS0.75(1.4D+1.7L) (1.0 xEX 0.3 yEY)+0.2S D± Ω ± Ω

DS0.75(1.4D+1.7L) (1.0 yEY 0.3 xEX)+0.2S D± Ω ± Ω

DS0.9D (1.0 xEX 0.3 yEY)-0.2S D± Ω ± Ω

DS0.9D (1.0 yEY 0.3 xEX)-0.2S D± Ω ± Ω

DS0.75 1.4D (1.0 xEX 0.3 yEY)-0.2S D× ± Ω ± Ω

DS0.75 1.4D (1.0 yEY 0.3 xEX)-0.2S D× ± Ω ± Ω



2 2 2 2DS0.75(1.4D+1.7L) x (RSx ESx) y (RSy ESy) +0.2S D± Ω ± + Ω ±


mid

as G

en

Design Reference

2 2 2 2DS0.9D x (RSx ESx) y (RSy ESy) -0.2S D± Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS0.75 1.4D x (RSx ESx) y (RSy ESy) -0.2S D× ± Ω Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS0.75(1.4D+1.7L) x EX + y EY +0.2S D± Ω Ω

2 2 2 2DS0.9D x EX + y EY -0.2S D± Ω Ω

2 2 2 2DS0.75 1.4D x EX + y EY -0.2S D× ± Ω Ω




-0.2D (RSx ESx)± ±

-0.2D (RSy ESy)± ±

-0.2D EX±

-0.2D EY±



-0.2D {(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}± ± ± ±

-0.2D {(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}± ± ± ±

-0.2D (EX 0.3EY)± ±

-0.2D (EY 0.3EX)± ±



2 2-0.2D (RSx ESx) (RSy ESy)± ± + ±

2 2-0.2D EX +EY±

설계용 하중조합에 대한 상세내용은 각 설계기준을 참조하기 바랍니다.

특히, 적설하중, 지붕의 활하중, 강우에 의한 물고임 하중, 충격하중 및 크레


작성시 미리 입력해 두어야 합니다.

응답스펙트럼 해석법으로 지진하중을 고려할 경우, 설계기준에 의한 하중조

합 자동생성시 지진하중 보정계수를 반영하여 하중계수에 적용할 수 있습니다.


mid

as G

en


3-15





여기서,


: 등가정적해석법으로 구한 구조물의 기본진동주기에 다음의 배수를

곱한 진동주기를 적용하여 산정한 밑면전단력

(정형구조물 : 1.5, 비정형 구조물 : 1.2 )





고려됩니다.

3-5 강도감소계수(Strength Reduction Factor)

강도감소계수는 재료의 공칭강도와 실제 강도와의 차이, 부재를 제작 또는

시공할 때 설계도면과의 차이, 그리고 내력의 추정과 해석에 관련된 불확실

성을 고려하기 위한 안전계수입니다. 강도감소계수는 극한강도설계법에서만

적용됩니다.

KCI-USD03 기준의 강도감소계수는 표 3.1과 같습니다.

표 3.1 KCI-USD03 강도감소계수(KCI-USD03 3.3.3)

휨,

휨과 인장축인장

압축

(나선철근)

압축

(띠철근)

전단,

비틀림

KCI-USD03 0.85(0.9) 0.85(0.9) 0.75 0.70 0.80(0.85)

<주> 프리캐스트 부재와 건축물의 부재의 경우 괄호안의 값을 사용할 수 있음

tVV


mid

as G

en

Design Reference

3-6 내진설계를 위한 특별규정 적용시의 설계전단강도

국내의 지진 운동에 관련된 하중을 받는 구조물을 KBC-USD05 기준에 따

라 내진설계하는 경우에는 설계 전단력 산정시 다음의 요구사항을 만족시켜

야 합니다.

지진에 저항하는 보, 기둥 및 2방향 슬래브의 설계전단강도는

(가) 순경간 고정단에서의 부재의 공칭모멘트값에 따라 계산된 전단력

과 계수연직하중에 의한 전단력의 합이나, (나) 내진설계 규정에서 정

하는 값의 2배로 계산된 지진력 E를 포함하는 설계용 하중조합으로

계산한 최대전단력 이상이어야 한다.

<KCI-USD03 21.3.1(3)>

콘크리트구조설계기준 KCI-USD03 21.3.1(3)의 (가) 순경간 고정단에서의 부

재의공칭 모멘트값에 따라 계산된 전단력과 계수연직하중에 의한 전단력의

합은 다음 식과 같습니다.

1 1n

e gn

MV V

lα= + ∑

보부재

midas Gen에서 단부모멘트의 정-부모멘트 여부는 지진하중에 의한 단부

모멘트의 부호로 판단하고, 공칭모멘트( nM )를 계산합니다.

1nrnl

u gn

M MV Vl

α += ±

여기서, 1 3 (1.4 1.7 )2 4gV D L= × + (Gravity Load)

(+) : Positive Bending (-) : Negative Bending

midas Gen에서는 Positive Bending과 Negative Bending시 전단력 중

절대값이 큰 값을 1eV 으로 합니다.


mid

as G

en


3-17

기둥부재

양단부 공칭 모멘트의 합을 기둥 높이로 나눈 값을 계수전단력으로 합니다.

1nt nb

un

M MVh

α +=

콘크리트구조설계기준 KCI-USD03 21.3.1(3)의 (나) 내진설계 규정에서 정하

는 값의 2배로 계산된 지진력 E를 포함하는 설계용 하중조합으로 계산한 최

대 전단력 이상이어야 합니다.

2 2e g eqV V Vα= +

여기서, 1 2 1 2 1 2max( ), min( ), ,e e e e e eV V V V V V V= + + 중 사용자 선택

KCI-USD03에서는 1 1α = , 2 2α = 를 사용합니다.

그림 3.4 보의 계수전단력

3 (1.4 1.7 )4

D L+

nrM

nl

nlM

( )3 1.4 1.78

nl nru

n

M MV D L

l+

= + +

보의 전단력

nl


mid

as G

en

Design Reference







4.0 0.36C

A= + (KBC-USD05 식 0303.3.1)


A : 영향면적(단, A ≥ 40m2)




< KBC-USD05 0303.3.1.1(2) >

그림 3.5 기둥의 계수전단력

nh

uP

uP

nh

ntM

nbM

기둥의 전단력

nt nbu

n

M MV

h+

=


mid

as G

en


3-19

제한사항

기둥 및 기초의 활하중 감소계수는 2층 이상의 건축물일 경우에는

0.4이상, 단층 건축물일 경우에는 0.5이상으로 하며, 큰보와 연속보의

활하중 감소계수는 0.7이상으로 제한합니다.









여기서,






단, FD , FL , FS는 하중계수가 곱해진 부재력(축력,모멘트 또는 전단력)입

니다.


mid

as G

en

Design Reference

3-8 비지지길이(Unbraced Length)

부재의 비지지길이는 요소좌표계를 기준으로 y, z축 방향에 대하여 각각 고

려됩니다.

부재가 축력 또는 휨모멘트를 유발하는 하중을 부담할 때 부재강축(y축) 및

부재약축(z축)에 대한 휨변형이 발생하는 구간의 각 요소좌표축에 대한 길이

를 부재의 비지지길이라고 합니다. (그림 3.6 참조)

부재의 비지지길이는 유효 좌굴길이 계수(Effective Length Factor : K-

Factor)와 함께 사용되어, 부재의 축방향 압축하중에 대한 허용압축응력 또

는 설계압축강도의 산출시 필요한 세장비(Slenderness Ratio) 계산에 직접

영향을 주는 중요한 설계변수입니다.

또한, 세장한 압축부재(장주)로 판정된 부재의 설계시 세장효과를 고려하기

위한 모멘트 확대계수를 계산하는데 사용됩니다.

세장비는 부재강축 및 약축에 대하여 각각 적용되며, 계산방법은 다음과 같

습니다.

부재강축에 대한 세장비 : (KL/r)y = (Ky × Ly) / roy

부재약축에 대한 세장비 : (KL/r)z = (Kz × Lz) / roz

여기서,

Ly, Lz : 부재강축 및 약축에 대한 비지지길이

Ky, Kz : 부재강축 및 약축에 대한 유효좌굴길이 계수

roy, roz : 부재강축 및 약축에 대한 단면2차반경


mid

as G

en


3-21

그림 3.6 부재의 비지지길이

부재설계시 단주, 장주의 판단은 다음과 같이 합니다.

횡지지 골조(Braced Frame)의 경우

단주설계 : 세장비(KL/r) ≤ 34-12(M1/M2)

장주설계 : 세장비(KL/r) > 34-12(M1/M2)

여기서 M1/M2는 −0.5이상이어야 하고, M1/M2의 값은 단곡률일 때 양

(+)의 값으로 합니다.

횡지지되지 않은 골조(Unbraced Frame)의 경우

단주설계 : 세장비(KL/r) ≤ 22

장주설계 : 세장비(KL/r) > 22

Ly (Unbraced length about major axis)

Lz (Unbraced length about minor axis)

Minor Axis (z-Axis)

Major Axis (y-Axis)


mid

as G

en

Design Reference

3-9 유효 좌굴길이 계수(Effective Length Factor, K)

압축재에 작용하는 축방향 압축력의 크기가 작을 때는, 기둥은 축방향으로

약간 줄어드는 변형이 발생하나, 압축력이 점차 증가하여 어떤 한계에 도달

하면 부재가 갑자기 휘어지면서 변형되는 좌굴 현상이 발생할 수 있습니다.

기둥부재의 좌굴은 단면성능, 재료의 성질, 기둥의 길이 및 단부의 경계조건

(구속조건) 등에 따라 변화하며, 기둥부재는 이러한 좌굴현상이 발생하지 않

도록 설계해야 합니다.

세장한 철근콘크리트부재의 경우에는 이러한 세장효과를 고려하기 위하여

세장비에 따른 확대 계수휨모멘트를 구한 다음 단면설계 또는 강도검증을

수행합니다. 자세한 내용은 "모멘트 확대계수" 를 참조하시기 바랍니다.

기둥부재의 유효 좌굴길이 계수는 유효 좌굴길이 도표(Alignment Chart)를

이용하여 구하거나, 기둥의 양단 구속조건에 따른 대표적인 유효 좌굴길이

계수를 적용합니다.

구조물에 사용된 모든 기둥부재에 대하여 유효 좌굴길이 계수를 도표를 이

용하여 계산한다는 것은 매우 번거로운 작업입니다. midas Gen에서는 유효

좌굴길이 계수(K-Factor)의 자동계산기능을 내장하여 기둥부재에 대해서 자

동으로 유효 좌굴길이 계수를 산정합니다.

유효 좌굴길이 계수는 해당 구조물의 수평이동(Side Sway) 허용여부에 따라

횡지지골조(Braced Frame)와 비횡지지골조(Unbraced Frame)로 구분하여

산정합니다.

횡지지골조는 경사진 버팀재, 전단벽 또는 벽이나 기타 버팀재에 의하여 횡

방향의 이동이 허용되지 않거나 무시할 수 있는 골조를 의미합니다. 즉, 횡

지지골조는 골조 그 자체외에 버팀(Bracing) 부재에 의하여 수평이동이 방지

되어 있는 골조라 할 수 있습니다.

그러나 실제 구조물에서는 어느 한쪽 방향으로만 버팀재가 존재하거나 골조

의 일부에만 버팀재가 설치된 경우가 있어서 판별이 쉽지 않은 경우가 대부

분입니다.

“철골부재 설계 알고리

즘” 의 그림 3.9 ~ 그

림 3.12 참조


mid

as G

en


3-23

유효 좌굴길이 계수는 테이블 형태로 정리되어 있으므로, 자동설계를 수행하

기 전에 산출된 유효 좌굴길이 계수가 적합한지의 여부를 확인하여야 합니

다.

3-10 모멘트 확대계수(Moment Magnifier)

기둥은 계수축하중 Pu와 확대된 최대모멘트 Mc에 대하여 설계됩니다. 여기

서 확대된 최대모멘트 Mc 는 장주효과를 고려하기 위한 근사해법 중의 하나

인 모멘트 확대계수 설계법을 사용하여 계산됩니다. 철근콘크리트 기둥의 확

대모멘트 계산방법은 다음과 같습니다.

구조물의 횡구속 여부 판정

층안정지수(Q)를 계산하여 구조물의 횡구속 여부를 판정합니다. 구조물의 한

층의 안정지수(Q)가 0.05이하이면 구조물의 그 층은 횡변위가 방지되어 있

다고 말할 수 있습니다.

0.05u o

u c

PQ

V lΔ

= ≤∑ → 횡구속 골조 (KCI-USD03 식 6.5.1)

0.05u o

u c

PQ

V lΔ

= >∑ → 비횡구속 골조 (KCI-USD03 식 6.5.1)

여기서, ∑Pu : 해당층의 총 수직하중

Vu : 해당층의 전단력

o : Vu에 의한 해당층의 상하부의 1차 상대처짐

lu : 골조에서 절점간 거리로 측정된 압축부재의 길이


mid

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장주효과의 고려

klu/r 의 값에 따라 장주효과의 고려 여부를 판단합니다.

횡구속 구조인 경우

1

2

34 -12ukl Mr M

≤ → 장주효과 무시

1

2

34 -12 100uM klM r

< ≤ → 장주효과 고려

100uklr

> → P-∆ 해석

여기서, M1/M2 ≥ -0.5 이어야 하며, 기둥이 단일곡률로 휘는 경우 M1/M2는

정(+)입니다.

비횡구속 구조인 경우

22uklr

≤ → 장주효과 무시

22 100uklr

< ≤ → 장주효과 고려

100uklr

> → P-∆ 해석

횡구속 구조물의 확대모멘트

횡구속 구조물의 확대모멘트 Mc는 다음과 같이 계산됩니다.

2c nsM M= δ (KCI-USD03 식 6.5.8)

여기서, M2 : 기둥의 상하부 단모멘트 중 큰 값

( )2,min 15 0.03 ( )uM P h mm= + 이상

(KCI-USD03 식 6.5.15, 6.5.16)

δns : 횡구속 골조에서 압축부재의 양단 사이의 부재곡률

의 영향을 반영한 모멘트 확대계수


mid

as G

en


3-25

1.01-

0.75

mns

u

c

CP

P

δ = ≥ (KCI-USD03 식 6.5.9)

( )

2

2cu

EIPklπ

= (KCI-USD03 식 6.5.10)

이 경우, EI값의 산정은 다음의 식을 이용하여도 좋으며, βd=0.6으로 가정

하여 EI=0.25EcIg 로 사용할 수도 있습니다.

0.21c g s se

d

E I E IEI

+=

+β (KCI-USD03 식 6.5.11)

또는

0.41

c g

d

E IEI =

+ β (KCI-USD03 식 6.5.12)

1.41.4 1.7

Dd

D L

PP P

β =+

(KCI-USD03 식 6.5.13)

Cm은 등가모멘트 계수로서 아래 식을 따릅니다.

1

2

0.6 0.4 0.4mMCM

= + ≥ 횡하중이 없는 경우

(KCI-USD03 식 6.5.14)

1.0mC = 횡하중이 있는 경우

비횡구속 구조물의 확대모멘트

비횡구속 구조물의 확대모멘트 δsMs는 각 기둥 단부에서의 횡변위를 일으

키지 않는 하중에 의한 계수휨모멘트 Mns와 합하여 계산합니다.

1 1 1ns s sM M M= + δ

2 2 2ns s sM M M= + δ (KCI-USD03 식 6.5.17)

확대된 횡변위가 가능한 모멘트 δsMs는 다음 방법으로 계산됩니다.

midas Gen에서는 철

근정보가 불필요한

간략식을 사용합니

다.


mid

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1-

ss s s

MM MQ

δ = ≥ (단, δs ≤ 1.5 ) (KCI-USD03 식 6.5.18)

1-

0.75

ss s s

u

c

MM MP

P

δ = ≥∑∑

(단, δs > 1.5 ) (KCI-USD03 식 6.5.19)

여기서, ∑Pu : 해당층의 총 수직하중

∑Pc : 해당층의 횡변위를 지지하는 기둥들의 임계 하중의 합

2

2( )cu

EIPklπ

= , 0.2

1c g s se

d

E I E IEI

+=

+β 또는

0.41

c g

d

E IEI =

+ β

βd = 해당층의 최대계수지속전단력 / 해당층의 전체 계수전단력

단, 35

/( )u

u ck g

lr P f A> (KCI-USD03 식 6.5.20)인 경우에는 최대모멘트가

기둥 단부가 아닌 기둥의 양단 사이에서 발생하게 되며, 최대모멘트의

값은 다음과 같습니다.

( )2 2 2

10.75

mc ns ns s s

u

c

CM M M MPP

= δ = + δ−

단, δns 는 1.0 이상입니다.


mid

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3-27

3-11 보부재 설계

보부재는 구간별(I, M, J)로 설계가 수행되며, 그림 3.7과 같이 구간별로 설

계모멘트와 설계전단력을 계산합니다.

부재축방향

모멘트

부(-)

1/4i 1/2 j

정(+)

하중조합 1

하중조합 2

하중조합 3

부재축방향

전단력

부(-)

1/4i 1/2 3/4 j

정(+)

하중조합 1

하중조합 2

하중조합 3

3/4

그림 3.7 보부재의 설계용 부재력


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설계용 부재력의 계산

설계용 부재력은 구조물의 안정성을 확보하기 위해 해석결과 부재력을 바탕

으로 기준에서 제시하는 여러 Factor들을 고려하여 계산됩니다. 따라서, 해

석결과 부재력과 설계용 부재력은 다를 수 있습니다. 다음은 설계용 부재력

을 계산할 때, 고려되는 항목들입니다.

1. 강단이격거리 고려

그림 3.8과 같이 강단이격거리를 고려하게 되면, 동일한 조건의 구조체 해석

을 하는 경우에도 해석결과 부재력이 달라지므로 설계용 부재력이 달라집니

다.

그림 3.8 강단이격거리를 고려한 부재력 산출위치

i-th node

location for member design and code checking (•)

rigid end location at i-th node

rigid end location at j-th node

j-th node Beam

Lj Li Len

1 3 2 4 5

Len/4 Len/4 Len/4 Len/4

Li = 1.0 X Ri (Pannel Zone) = ZF X Ri (Offset Position)

Lj = 1.0 X Rj (Pannel Zone) = ZF X Rj (Offset Position)

Where, Ri, Rj : rigid end offset distance at i-th & j-th node ZF : rigid end offset factor

강단이격거리에 대한 상

세내용은 1. midas Gen

의 구조해석 모델 > 경

계조건 > 강단이격거리

참조


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3-29

2. 활하중 감소계수 적용 : 축력, 전단력, 모멘트

활하중에 의한 부재력은 부재의 영향면적이나 지지하는 바닥의 개수에 따라

감소시킬 수 있습니다.

보다 자세한 사항은 "활하중 감소계수" 항을 참조 바랍니다.

3. 모멘트 재분배계수 적용 : 모멘트

연속 휨부재 받침부의 부휨모멘트는 재분배계수를 적용하여 계산됩니다.

근사해법에 의해 휨모멘트를 계산한 경우를 제외하고, 어떠한 가정의 하중

을 적용하여 탄성이론에 의하여 산정한 연속 휨부재 받침부의 부휨모멘트

는 다음의 분량만큼 증가 또는 감소시킬 수 있다.

<KCI-USD03 3.4.2(1)>

단, 모멘트 재분배계수를 적용하기 위해서는 해당 부재가 다음 조건들을 만

족해야 합니다.

① 보 부재.

② 양단 모멘트 중, 최소 한 단의 모멘트는 부모멘트.

③ 부재 양단이 고정단이거나 기둥 또는 대각부재, 벽체에 의해 하부지지되

는 형태


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10iM tf m= − ⋅

20jM tf m= − ⋅

1/ 4M 3/ 4M

1/ 2 15M tf m= ⋅

'iM

'1/ 4M

'1/ 2M

'3/ 4M

'jM

1

2

(1.0 8.5) 1.5

(1.0 8.5) 3.0i

j

M M tf m

M M tf m

= × − = ⋅

= × − = ⋅ ( )

( )

( )

'1

'1/ 4 1/ 4 1 2 1

'1/ 2 1/ 2 1 2 1

'3/ 4 3/ 4 1 2 1

'2

8.5141 18.75234

17.0

i i

j j

M M M tf m

M M M M M

M M M M M tf m

M M M M M

M M M tf m

= + = − ⋅

⎧ ⎫= + + −⎨ ⎬⎩ ⎭⎧ ⎫= + + − = ⋅⎨ ⎬⎩ ⎭⎧ ⎫= + + −⎨ ⎬⎩ ⎭

= + = − ⋅

그림 3.9 I,j단 모두 부모멘트인 경우

10iM tf m= ⋅

20jM tf m= − ⋅

1/ 4M3/ 4M

'iM

'1/ 4M '

1/ 2M

'3/ 4M

'jM

1/ 2 15M tf m= ⋅

1 (1.0 8.5) 3.0jM M tf m= × − = ⋅ '1

'1/ 4 1/ 4 1'1/ 2 1/ 2 1'3/ 4 3/ 4 1'

1

13.0

18.0

17.0

i i

j j

M M M tf m

M M M

M M M tf m

M M M

M M M tf m

= + = ⋅

= +

= + = ⋅

= +

= + = − ⋅

그림 3.10 i단 정모멘트, j단 부모멘트인 경우


mid

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3-31

20iM tf m= − ⋅

10jM tf m= ⋅1/ 4M

3/ 4M

'iM

'1/ 4M

'1/ 2M

'3/ 4M

'jM

1/ 2 15M tf m= ⋅

1 (1.0 8.5) 3.0iM M tf m= × − = ⋅ '1

'1/ 4 1/ 4 1'1/ 2 1/ 2 1'3/ 4 3/ 4 1'

1

17.0

18.0

13.0

i i

j j

M M M tf m

M M M

M M M tf m

M M M

M M M tf m

= + = − ⋅

= +

= + = ⋅

= +

= + = ⋅

그림 3.11 i단 부모멘트, j단 정모멘트인 경우

4. 내진설계시 특별고려사항 적용 : 전단력

내진설계시 설계전단력을 계산할 때에는 지진발생 동안 전단파괴의 위험성

을 감소시키기 위해 다음의 요구사항을 만족하여야 합니다.

지진에 저항하는 보, 기둥 및 2방향 슬래브의 전단강도는

(가) 순경간 고정단에서의 부재의 공칭모멘트값에 따라 계산된 전단력과 계

수연직하중에 의한 전단력의 합이나, (나) 내진설계 규정에서 정하는 값의 2

배로 계산된 지진력 E를 포함하는 설계용 하중조합으로 계산한 최대전단력

이상이어야 한다.

<KCI-USD03 21.3.1(3)>


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5. 내진설계시 특별고려사항 적용 : 모멘트

내진설계시 설계모멘트를 계산할 때에는 다음의 요구사항을 만족하여야 합

니다.

접합면에서의 정휨강도는 부휨강도의 1/3 이상이 되어야 한다. 부재의 축방

향 길이에 따른 모든 단면에서의 정 또는 부휨강도는 양측 접합부의 면에서

의 최대휨강도의 1/5 이상이 되어야 한다.

<KCI-USD03 21.3.2(1)>

3-12 보부재 설계 방법 및 절차

KCI-USD03 기준을 적용하여 Beam Design Detail Result 항목을 중심으로

설명합니다.

보부재의 설계 절차는 다음과 같습니다.

해석결과(부재력확인) 최소/최대 철근비 검토 최소/최대 철근비 검토

공칭휨강도 계산

휨강도 검토

공칭휨강도 계산

휨강도 검토 RC보 설계부재력 산정

전단철근량 및 간격계산

부재력 정모멘트 부모멘트 전단강도


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3-33

해석결과(부재력 확인)

강축방향 Moment(My) 강축방향 Shear Force(Mz)

LCB

14

LCB

15

그림 3.12 보부재의 부재력 확인

해석결과 부재력(i단)

- 최대 정모멘트에 의한 하부철근설계 : LCB14, 1/4위치

My = 285.109kN-m

- 최대 부모멘트에 의한 상부철근설계 : LCB15, i위치

My = -1193.399kN-m

- 최대 전단력에 의한 전단철근설계 : LCB15, i위치

Fz = -454.829N-m

설계 부재력 계산

KCI-USD03 기준에서는 설계 휨모멘트 산정시 21.3.2(1)의 요구사항을 만족

하여야 합니다.

① i단에서의 부모멘트 산정

② i단에서의 정모멘트 산정 - 부 모멘트의 1/3 이상 확보

< 21.3.2(1) >

-151.359

285.109

513.630

-1048.084

-1193.399

511.379

354.391

-10.546

423.036

-223.764 -71.787

-454.828 -302.851

191.972


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그림 3.13 보부재의 설계 휨모멘트 산정

설계 전단력 산정시 내진설계를 위한 특별규정을 적용합니다.

그림 3.14 보부재의 설계 전단력 산정

휨설계 관련 검토

Beam Design Detail Result에서는 정모멘트 및 부모멘트에 대한 검토가 모

두 출력되지만 정/부모멘트에 대한 검토과정이 동일하므로 정모멘트에 대해

서만 기술합니다.

1/3× Negative Moment(Mu)

①

②


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3-35

그림 3.15 Beam Design Detail Result(Moment)

① 계수 1β 결정 : 계수 1β 은 28N/mm2 이하의 콘크리트 강도에서는 0.85,

콘크리트 강도가 28N/mm2을 초과하는 매 1N/mm2의 강도에 대하여

0.007씩 감소하지만, 0.65 이상이어야 합니다.

< 6.2.1(7)③ >

② 휨부재의 최소 철근량 산정 : 인장파괴를 유도하기 위한 휨부재의 최소

철근량을 산정합니다. sA 는 아래의 2개식에 의해 계산된 값 중에서 큰

값 이상으로 하여야 합니다.

< 6.3.2(1) >

,min

0.25 ck

s wy

fA b d

f= (식 6.3.1)

,min1.4 s w

y

A b df

= (식 6.3.2)

③ 부재의 모든 단면에서 해석에 의해 필요한 철근량보다 1/3 이상 인장철

근이 더 배치되는 경우에는 ②번 규정을 적용하지 않을 수 있습니다.

< 6.3.2(3) >

④ 휨부재의 최소 철근량 결정 : ②와 ③의 계산 결과 중 작은 값으로 휨부

재의 최소 철근량이 결정됩니다.

①

② ③ ④

⑤

⑥


mid

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⑤ 휨부재의 최대 인장철근량 산정 : 휨부재의 연성 거동을 유지하는 수준

으로 휨부재의 최대 인장철근비를 산정합니다.

< 6.2.2(3) >

⑥ 강도감소계수를 적용한 설계휨강도 계산

< 3.3.3(2) >

전단설계 관련 검토

그림 3.16 Beam Design Detail Result(Shear)

① 콘크리트의 전단강도 계산

1 6c ck wV f b d= (식 7.3.1)

② 전단철근의 필요여부(계수전단력 > 설계전단강도) 검토

③ 전단철근의 간격제한 검토 :　아래의 식을 만족하는 경우에는 전단철근

의 최대간격을 절반으로 감소시킵니다.

3

cks w

fV b d>

< 7.3.4(4)③ >

①

②

③ ④

⑤ ⑥

⑦


mid

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3-37

④ 전단철근의 전단강도 제한

2

3

cks w

fV b d≤

< 7.3.3(8) >

⑤ 최소 전단철근량 산정 - 스트럽 보강은 경사균열이 증대하는 것을 억제

함으로써 연성을 증가시키고, 파괴를 예고할 수 있습니다. 반면에 보강이

없는 복부에서는 갑작스럽게 형성된 경사균열이 예고없이 취성파괴를 유

발하게 됩니다. 따라서, 최소 전단철근량의 보강은 부재가 예기치 않은

인장력이나 갑작스러운 하중을 받을 때 매우 중요한 역할을 하게 됩니다.

단, / 2u cV Vφ> 인 경우에만 적용됩니다.

0.35 wv

y

b sAf

= (식 7.3.14)

< 7.3.5(3) >

⑥ 소요 전단철근량 계산

( ) u c

vy

V V sAf dφ

φ−

=⋅

< 7.3.3(2) >

⑦ 전단철근의 최대 간격 계산 - 내진설계시 특별고려사항을 적용한 경우와

일반적인 경우로 나누어 계산됩니다. 아래의 Beam Design Detail

Result상의 결과는 내진설계 특별고려사항이 적용된 예제입니다. 미적용

시에는 7.3.4(4)에 의해 계산됩니다.

< 21.3.2(2) >


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3-13 기둥부재 설계

기둥부재는 부재 방향에 대하여 압축 또는 인장력이 작용하고 동시에 휨모

멘트를 받는 부재이며, 작용하는 하중의 형태에 따라 다음과 같이 구분할 수

있습니다.

중심 축하중을 받는 기둥

축하중 및 1축 휨모멘트를 받는 기둥

축하중 및 2축 휨모멘트를 받는 기둥

극한강도 설계법에 의한 기둥부재 설계시, 기둥부재는 세장비에 따라 단주

또는 장주로 구분하여 단면설계(강도검증)를 수행합니다. 세장비가 정해진

한계를 초과하는 장주는 모멘트 확대계수를 구하여 계수휨모멘트에 곱함으

로써 설계용 계수휨모멘트를 산출합니다. 그리고 이 휨모멘트 값을 적용하여

단면설계(강도검증)를 수행합니다.

편심이 없는 순수 축하중을 받는 압축재의 공칭축강도는 다음 식과 같이 구

할 수 있습니다.

0.85 ( )o ck g st y stP f A A f A= − +

여기서,

Po : 편심이 없을 때의 공칭축강도

fck : 콘크리트의 설계기준 압축강도

Ag : 전단면적

Ast : 기둥 주철근의 단면적

fy : 철근의 항복강도

그러나 압축재의 설계축강도 (φ Pn)는 압축재에 존재할 수 있는 예측치 못한

편심하중에 대비해야 합니다. 따라서 순수 압축재에서 단면의 설계축강도는

편심이 없을 때의 설계축강도( φ Po)의 80 ~ 85% 의 값으로 제한하고 있습

니다.

띠철근 기둥 : (max) 0.80n oP Pφ φ=

나선철근 기둥 : (max) 0.85n oP Pφ φ=


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3-39

따라서 편심이 없는 순수 축하중을 받는 압축재의 계수축하중은 다음 식을

만족하도록 설계합니다.

(max) n uP Pφ ≥

축하중과 1축 휨모멘트를 동시에 받는 기둥부재는 힘의 평형조건식과 변형

도의 적합조건을 만족하여야 하며, 다음과 같은 기본조건을 만족시키도록 설

계합니다.

(max) (max) , n u n uP P M Mφ φ≥ ≥

midas Gen에서는 설계단면에 대한 정확한 소요철근량 산출을 위하여 축력

-모멘트 상관도 분석을 수행합니다. 그리고 계수축력과 계수휨모멘트에 의

한 편심거리를 고려하여 단면설계(강도검증)를 수행하므로 기둥부재가 축인

장을 받는 경우에도 설계가 가능합니다.

Pure bending

Region 3 (tensile failure)

balanced failure condition

Region 2 (compression failure)

Region 1 (design axial load strength)

(max) .=n oP P0 80 (tied reinforcement)

(max) .=n oP P0 85 (spiral reinforcement)

tP (max)

nP

oP

nP (max)

0 nM

bM

tP

e b

e min

그림 3.17 Uniaxial P-M 상관도(공칭강도)

bP


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그림 3.18 Uniaxial P-M 상관도(설계강도)

축하중과 2축 휨모멘트를 동시에 받는 기둥부재는 공칭축강도(Pn) 및 공칭휨

강도(Mny, Mnz)에 의한 3차원 축력-모멘트 상관도 분석을 수행합니다. 그리

고 이 결과를 근거하여 정밀해에 의한 정확한 소요철근량을 산출하며 다음

과 같은 기본조건을 만족시키도록 설계합니다.

, , n u ny uy nz uzP P M M M Mφ φ φ≥ ≥ ≥

emin

e (balanced failure conditio

n)

b

(tensile failure

(compression failure)

1e

tPφ tP

ck g0.1f A′

(Pu , Mu) (Pb , Mb)

φ φ( , )n nP M

φ φ−n nP M

−n nP M

0P

n(max)P

φ n(max)P

M0

(Pn , Mn)


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3-41

그림 3.19 Biaxial P-M 상관도

e = Mu/Pu

Mnz

Mny

ey = 0ez= Muy/Pu

Pn(max)

ey = Muz/Pu

ez= 0

+Pn

-Pn

Pb

MbzMby

0


mid

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그림 3.20 Biaxial P-M 상관도 작성을 위한 응력-변형도 관계


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3-43

기둥설계는 하중조합별로 계산된 i, 1/2, j 절점 위치에서의 축력 및 강축/약

축 모멘트 상관관계에 따른 Biaxial P-M상관도를 이용하여 필요철근량을 계

산합니다. 설계에 사용되는 부재력은 해석결과를 그대로 사용하지 않고, 세장효과

에 따른 모멘트 확대계수를 적용한 모멘트와 활하중 감소계수가 적용된 축력을

사용합니다.

그림 3.21 해당 하중조합의 P-M 상관도

그림 3.21과 같이 P-M 상관도를 이용하여 필요철근량을 계산합니다.

부재력을 이용해 산출된 축력-모멘트 상관도

P

M

인접비율로 산출된 축력- 모멘트 상관도


mid

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3-14 기둥 설계 방법 및 절차

KCI-USD03 기준을 적용하여 Column Design Detail Result 항목을 중심으

로 설명합니다.

기둥의 설계 절차는 다음과 같습니다.


MMF : 모멘트 확대계수(Moment Magnification Factor)


1. 모멘트 확대계수 적용을 위한 부재력 구분

그림 3.22 Column Design Detail Result(부재력)

해석결과(부재력확인)

LRF가 적용된 부재력

세장비 검토

MMF 계산

설계강도 계산 및 검토

전단철근량 및 간격계산

최소 편심모멘트 계산

설계용 계수모멘트 계산

평형상태의 공칭강도및 중립축 계산

편심비 계산 및 최대 중심 축강도 계산

부재력 축-휨강도 전단강도

①

②


mid

as G

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3-45

① LRF가 적용된 부재력 : 양단부에 대해 고정하중, 활하중에 의한 부재

력과 수평방향 하중에 의한 부재력으로 구분 출력

② 단부모멘트 계산 : 세장비 계산시 이용되는 양단부에 대한 모멘트 출력

고정하중, 활하중, 수평방향하중에 의한 양단부 모멘트를 이용합니다.

자세한 내용은 "모멘트 확대계수" 를 참조하시기 바랍니다.

< 6.5.2(4), 6.5.3(2) >

2. 세장비 검토 : 세부항목은 모멘트 확대계수 참조

그림 3.23 Column Design Detail Result(세장비 검토)

① 강축/약축에 대한 한계세장비 계산

< 6.5.3(2), 6.5.4(2) >

② 회전반경 계산 : 직사각형 단면인 경우 좌굴방향 단면치수의 0.3배 적

용(원형단면인 경우 0.25배 적용)

< 6.5.2(2) >

③ 유효길이 계수 계산 : 횡구속 골조의 경우 해석에 의해 보다 작은 값이

타당하다는 것이 증명되지 않는 경우 k = 1.0으로 적용

< 6.5.3(1) >

④ 강축/약축에 대한 세장효과 고려 여부 판단

세장비에 따른 장주효과 고려방법은 다음과 같습니다.

①

②

③

④


mid

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Design Reference

3. 모멘트 확대계수 계산 :–세부항목은 모멘트 확대계수 참조

그림 3.24 Column Design Detail Result(모멘트 확대계수)

① 세장비에 따른 수직방향 모멘트 확대계수 계산(강축)

② 세장비에 따른 수직방향 모멘트 확대계수 계산(약축)

4. 최소 편심모멘트 계산

그림 3.25 Column Design Detail Result(최소편심 모멘트)

① 최소 편심거리 계산

min 15 0.03 ( )e h mm= + (식 6.5.16)

② 최소 편심모멘트 계산

2,min minuM P e= ⋅ (식 6.5.15)

장주효과 무시

모멘트 확대계수법

P-Delta 해석

압축재의 장주 효과 고려

비횡구속 골조 횡구속 골조

/ 22ukl r ≤ 1 2/ 34 12 /ukl r M M≤ −

22 / 100ukl r< ≤ 1 234 12 / / 100uM M kl r− < ≤

/ 100ukl r > / 100ukl r >

No

No

No

No Yes Yes

Yes Yes

Yes Yes

①

②

①

②


mid

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3-47

5. 설계용 부재력 계산

그림 3.26 Column Design Detail Result(설계용 부재력)

① 설계용 모멘트 계산

② 설계용 부재력 : 내진설계 특별 고려사항 적용시에는 “내진설계를

위한 특별규정 적용시의 설계전단강도”를 참조하시기 바랍니다.

편심비 계산 및 최대 중심축강도 계산

그림 3.27 Column Design Detail Result(편심비, 최대 중심축강도)

①

②

③

①

②


mid

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① 계수 1β 결정 : 계수 1β 은 28N/mm2 이하의 콘크리트 강도에서는 0.85,

콘크리트 강도가 28N/mm2을 초과하는 매 1N/mm2의 강도에 대하여

0.007씩 감소하지만, 0.65 이상이어야 합니다.

< 6.2.1(7)③ >

② 부재력에 의한 편심비, 중립축 회전각 계산

편심비 = /c uM P , 중립축 회전각 = /cz cyM M

③ 최대 중심축강도(압축, 인장) 계산

평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산

그림 3.28 Column Design Detail Result(공칭강도 및 중립축 계산)

①

②

③

④


mid

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3-49

① 응력블럭을 이용한 콘크리트 강도 계산

② 평형상태의 공칭강도 계산( bP , bM 계산)

③ 기둥부재의 지배 부재력 판단 : 평형상태의 편심비와 부재력에 의한 편

심비를 비교하여 압축/인장지배 여부를 판단합니다.

④ 칭강도 및 중립축 위치 결정 : 부재력에 의한 편심비와 동일한 상태의

중립축을 계산하여 공칭강도를 계산합니다.

설계강도 계산 및 검토

그림 3.29 Column Design Detail Result(설계강도 계산 및 검토)

①

②

③

④

⑤


mid

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Design Reference

① 압축응력블럭의 강도 계산

② 중립축에 대한 공칭강도 계산( nP , nM 계산)

③ 강도감소계수 계산 : 부재력이 인장지배 구간에 존재하고, 띠철근의 압

축강도감소계수(0.7)와 휨강도감소계수(0.9) 사이의 값을 직선보간하여

계산합니다.

< 3.3.3(2)③(나)(다) >

④ 설계축강도 및 설계휨강도 계산 : 중립축, 공칭강도 및 강도감소계수를

이용하여 nPφ , nMφ 을 계산합니다.

⑤ 축강도비, 휨강도비 검토

축강도비 = 소요축강도/설계축강도

휨강도비 = 소요휨강도/설계휨강도

전단철근량 및 간격 계산

그림 3.30 Column Design Detail Result(전단철근량 및 간격 계산)

①

②

③

④

⑤


mid

as G

en


3-51

① 최대 띠철근 간격 계산 - 내진설계시 특별고려사항을 적용한 경우와

일반적인 경우로 나누어 계산됩니다.

② 약축방향에 대한 작용 부재력 확인

③ 전단철근의 필요여부 검토

1 16 14

uc ck w

g

NV f b dA

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ 압축력을 받는 경우 (식 7.3.2)

1 16 3.5

uc ck w

g

NV f b dA

⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ 인장력을 받는 경우 (식 7.3.6)

④ 필요 전단철근량 계산 - 1 2uV Vφ< 이므로, 최소전단철근 적용

0.35 wv

y

b sAf

= (식 7.3.14)

⑤ 전단철근의 간격 계산 - 내진설계 특별고려사항 적용시의 기둥에 대

한 간격제한 사항과 일반적인 전단철근 간격제한사항을 비교하여 이

중 작은 값을 전단철근의 간격으로 배근합니다.

3-15 대각부재 설계

기둥부재설계와 동일한 설계법을 사용하지만, 기둥부재와는 달리 활하중 감

소계수는 적용되지 않습니다.


mid

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3-16 전단벽 설계

일반적으로 전단벽식 아파트의 벽체는 다음과 같은 절차에 따라 구조해석과

단면설계가 수행됩니다.

1. 전단벽체의 부재력(단면력)을 산출하기 위하여 구조해석모델을 작성하며,

전단벽체는 실제의 구조체와 동일한 모양을 가지는 T형, I형, L형 등과 같

은 형태로 입력합니다.

2. 현재의 전단벽체 설계방법은 일(ㅡ)자형인 경우에만 단면설계가 가능하므

로 T형, I형, L형 등과 같은 형태로 입력한 전단벽을 몇 개의 일(ㅡ)자형

의 전단벽으로 구분합니다.

3. 구조해석을 수행하여 일자형으로 구분된 각각의 전단벽 부재별로 부재력

을 산출합니다.

4. 산출된 부재력을 이용하여 사용자가 지정한 철근직경과 배근간격을 이용

하여 최적의 배근결과를 산출합니다.

전단벽 설계법

midas Gen은 아래 설계법 중에서 압축재 설계법의 ‘면내 강도설계’ 및

‘면내 및 면외 강도설계’를 프로그램에 내장하여 사용자가 선택하여 적용

할 수 있도록 하였습니다.

1. 실용 설계법

이 설계방법은 다른 설계 방법에 비하여 비교적 간단하고 수계산으로 단면

설계가 가능한 장점이 있습니다. 그러나 다음과 같은 설계상의 제약조건을

만족시키는 전단벽에 한하여 적용할 수 있습니다.

장방형단면(일자형 직사각형단면)의 벽체로서 모든 설계하중의 합력(축력)이

벽 두께 중앙 1/3이내에 위치해야 합니다.

실용설계법은 축력이 크고 휨모멘트가 작은 경우에만 적용이 가능하며, 축인

장력이 작용하는 경우나 수평하중이 존재하여 편심이 커지면 적용할 수 없

습니다.


mid

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3-53

이 방법으로 단면설계를 하는 경우 철근의 배근은 일반적으로 벽체 전체 길

이에 대하여 등간격으로 배근하는 것으로 가정하여 설계합니다.

따라서, 실용설계법은 설계상의 많은 제한으로 인하여 사용하기에 부적합한

설계법이라 할 수 있습니다.

2. 압축재 설계법(면내 강도설계)

면내 강도설계

이 설계방법은 장방형단면(일자형 직사각형단면)벽체의 면내 방향으로만 휨

모멘트가 작용하는 것으로 가정하고 일방향 휨모멘트와 축력이 동시에 작용

하는 압축부재(기둥부재)로 가정하여 설계하는 방법입니다.

따라서 벽체 단면과 벽체 길이에 대한 세장비를 평가하여 벽체의 휨모멘트

를 확대시켜 설계하여야 합니다.

이 방법은 벽체에 배근된 철근에 대해 응력-변형도 해석을 통해서 구해지는

P-M 상관도를 근간으로 사용자가 선택한 철근직경과 배근간격하에서 최적

의 배근결과를 결정합니다. 따라서 최적의 배근결과를 찾기 위한 반복계산이

불가피한 단점이 있지만 정확한 단면설계가 가능합니다.

면내 및 면외 강도설계

이 설계방법은 벽체의 구조적인 특성상 약축방향(면외)에 대해서는 버팀지지

되어 수직하중을 지지하는 기능을 담당하며, 강축방향(면내)에 대해서는 전

단벽의 기능을 겸한다고 가정하여 설계하는 방법입니다.

우선 면내의 축력과 휨모멘트에 대한 단면설계를 수행한 후 면외의 축력과

휨모멘트에 대한 단면설계를 수행합니다. 면내강도에 대한 휨인장철근은 벽

체의 양단부에 집중 배치하고, 기타 부분은 전단보강철근을 등간격으로 배치

하는 방법과 벽체 전체 길이에 대하여 등간격으로 배치하는 두 방법이 적용

가능합니다.일반적으로 면외 강도설계를 고려하여야 하는 경우에는 벽체 길

이 방향으로 등간격으로 배치하는 방법을 선호하고 있으며, 이는 벽체 길이

방향에 대한 단위길이당의 철근량으로 환산할 수 있기 때문입니다.

이 설계방법은 응력-변형도 해석을 통해서 구해지는 P-M 상관도를 근간으

로 면내 및 면외 단면설계를 수행하므로 사용자가 선택한 철근직경과 배근

간격하에서 최적의 배근결과를 산출할 수 있으며, 역시 최적의 배근결과를

찾기 위한 반복계산이 불가피한 단점이 있습니다.


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Design Reference

단부 보강철근을 고려한 전단벽의 설계

비교적 큰 휨모멘트가 작용하는 전단벽에서는 벽체 길이 방향으로 철근을

등 간격으로 배치하는 경우보다 단부에 집중적으로 배치하는 것이 유리합니

다. 이러한 이유로 축력과 휨모멘트를 부담하는 휨인장철근을 벽체의 양단부

에 집중 배치하고, 나머지 구간은 전단보강철근만을 등간격으로 배치하는 설

계방법을 사용합니다.

그러나 이러한 철근배치 방법은, 벽체에 철근이 배치되어 있다고 가정한 다

음 이에 대한 응력-변형도 해석을 통해서 구해지는 P-M 상관도를 근간으로

정확하게 산정된 결과가 있어야만 가능한 방법입니다. 따라서, 수 많은 반복

계산이 불가피하기 때문에 설계 자동화가 준비되지 않은 상황에서는 사실상

적용하기가 곤란합니다.

그리고 이러한 배근방법을 적용하는 경우 설계방법에 따라 다음과 같은 문

제점이 예상되므로 사용자의 판단에 따라 적합한 설계방법을 선택하여 적용해야

합니다.

축력과 휨모멘트에 의한 휨인장철근을 단부에 배치한 다음 나머지 구

간은 전단보강철근만을 등간격으로 배치하는 방법을 적용하는 경우에

는 휨인장철근의 전단강도와 전단보강철근의 휨인장강도를 무시하고

설계하게 됩니다.

단부에 배근된 휨인장철근과 중앙부에 배근된 전단보강철근을 함께

고려하여 휨인장강도 계산을 수행한 경우에는 전단보강철근의 이음설

계를 휨인장철근과 동일한 방법으로 설계하여야 합니다.

midas Gen에서는 전단벽에 대한 4가지 설계방법을 제공하고 있으며 사용자가 용

도에 따라 선택할 수 있습니다. 설계방법은 크게 단부보강근을 사용하지 않

는 방법(Method 1)과 단부보강근을 사용하는 방법(Method 2, 3, 4)으로 구

분됩니다.


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3-55

표 3.2 전단벽 설계방법

최소단부보강근 수직철근의 반영여부

Method 1

Method 2

Method 3

Method 4

×

4개

4개

2개

○

○

×

○

이상의 방법들은 모두 전단력에 의해 계산된 수평철근비( )를 이용하여 수

직철근비( )를 산정합니다. 그리고 초기 단부보강근 직경 및 개수, 간격의

계산은 항상 위에서 계산된 초기 수직철근비( )이상이 되어야 합니다. 수

평, 수직철근 및 단부보강근 계산과정에서는 기준에서 제시하는 철근조건을

항상 만족해야 합니다.

또한 수직철근 직경 및 간격, 수평철근 직경, 단부보강근의 최소 직경 및 개

수에 따른 배근간격 제한은 사용자가 입력한 정보를 사용합니다.

1. Method 1

Method 1의 설계 절차는 다음과 같습니다.

전단력에 의해 초기 수평철근비 및 수직철근비 계산

수평 철근직경을 이용하여 간격계산 (초기 수평철근비 이용)

수직 철근직경 및 간격을 이용하여 P-M 상관도상에서 최적의 조건 결정

사용된 수직철근이 최소 수직철근비를 만족하는지 검토

2. Method 2

Method 2의 설계 절차는 다음과 같습니다.

전단력에 의해 초기 수평철근비 및 수직철근비 계산

수평 철근직경을 이용하여 간격계산 (초기 수평철근비 이용)

수직 철근직경 및 간격 결정 (초기 수직철근비 이용)

단부보강근의 직경 및 개수를 증가시키면서 P-M 상관도상에서 최적의

조건을 결정 (초기 수직철근비 이상)

이때 단부보강근은 4개부터 시작하며, 단부보강근의 배근구간(벽길이/4-피

복두께)내에서만 철근배근이 가능하도록 제한합니다. 그러나 단부보강근 4개의 배근

에 필요한 구간이 충분하지 않은 경우는 Method 1에 따라 설계하여야 합니다.

P-M 상관도 계산시

수직철근의 반영여부

를 의미

최소/최대 철근비,

순간격, 최대 수평

철근간격 (Lw/5, 3tw,

40cm), 최대수직철근

간격 (Lw/3, 3tw,

40cm)

강도비가 1.0 이하이

고, 가장 적은 철근량

이 사용된 배근 조건

강도비가 1.0 이하이

고, 가장 적은 철근량

이 사용된 배근 조건

hρ

nρ

nρ


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P-M 상관도 상에서 설계강도를 계산할 때 수직철근과 단부보강근을 모두

사용합니다. Method 2는 중·약진 지역의 내진설계시에 주로 사용되는 설

계방법입니다.

3. Method 3

Method 2와 동일하지만, 차이점은 P-M 상관도 상에서 설계강도를 계산할

때 단부보강근만의 강도를 사용하여 설계합니다. 수직철근의 설계강도를 반

영시키지 않을 경우에 사용하며, 강진지역의 내진설계시에 사용되는 방법입

니다.

4. Method 4

Method 2와 동일하지만, 차이점은 단부보강근을 2개부터 시작한다는 점입

니다. 단부보강근이 2개부터 시작하므로 벽길이에 상관없이 항상 단부보강근

을 배근하는 경우에 사용합니다. Method 2와 함께 중·약진 지역의 내진설

계시에 주로 사용되는 설계방법입니다.

면외 휨모멘트를 고려한 전단벽의 설계

일반적으로 벽체는 강축방향(면내)으로 작용하는 전단력(수평력)을 지지하는

전단벽(Shear Wall)기능과 약축방향(면외)에 대하여 횡지지(Braced)된 상태

에서 수직하중을 지지하는 내력벽(Bearing Wall)의 기능을 같이 합니다. 따

라서 벽체 설계 시에는 면내 및 면외 소요강도에 대하여 충분한 설계강도가 확

보되도록 설계하여야 합니다.

벽체는 면내방향의 단면길이가 면외방향의 단면 폭에 비하여 상대적으로 긴

구조부재(건축물의 구조기준 등에 관한 규칙, 1996, 제3조 17항 '두께에 직

각으로 측정한 수평치수가 그 두께의 3배를 넘는 수직부재'로 정의함)이기

때문에 강축에 대한 휨강성이 약축에 대한 휨강성보다 월등하게 큽니다.

그림 3.31과 같이 벽체가 배치되어 있는 구조물에 횡력이 작용하면 X방향으

로 작용하는 횡력에 대해서는 벽체 a~d의 면내강성과 벽체 e~k의 면외강

성비에 따라 횡력을 분담하고, Y방향으로 작용하는 횡력에 대해서는 벽체

e~k의 면내강성과 벽체 a~d의 면외강성비에 따라 횡력을 분담합니다.


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3-57

여기서 X방향으로 작용하는 횡력에 대해서는 벽체 a~d의 면내강성이 벽체

e~k의 면외강성에 비하여 월등하게 크므로 대부분의 횡력을 벽체 a~d가

전담하게 되며, Y방향으로 작용하는 횡력에 대해서는 벽체 e~k가 전담하게

됩니다. 그리고 이와 같은 벽체를 '전단벽부재'라 하고 일반적으로 면내강도

에 대해서만 설계합니다.

반면, 벽체에는 해당 벽체와 연결되어 있는 슬래브판 또는 보부재를 통하여

수직하중(고정하중과 활하중)이 작용하기 때문에 수직하중(축력)에 대한 면외

강도검증이 필요합니다.

그림 3.31 전단벽부재의 배치

그리고 실제 벽체 설계시에는 벽체해석시 Plate, Membrane Type에 관계없

이 면외휨모멘트를 고려하여 설계하는 것이 바람직합니다.

midas Gen에서는 벽체해석시 약축에 대한 휨강성을 고려하여 면외 휨모멘

트를 산출할 수 있는 벽요소가 포함되어 있으며, 산출된 면외 휨모멘트를 고

려하여 전단벽에 대한 설계를 수행할 수 있습니다.

lateral force in Y-dir

Walls resisting lateral force in X-dir: a b c d Walls resisting lateral force in Y-dir: e f g h i j k

lateral force in X-dir

a b

c d

e

g

h

i

j

k

Y

f


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면외 휨모멘트를 고려하는 전단벽부재는 다음과 같은 방법으로 단면설계를

합니다.

1. 면내소요강도에 대한 필요철근량을 먼저 산출합니다.

2. 산출된 철근량이 전단벽에 배근되었다고 가정하여 면외 강도검증을 수행

합니다.

3. 면외 강도검증 결과 필요철근량이 부족한 경우 철근량을 증가시킨 후 면

내 강도검증과 면외 강도검증을 다시 수행합니다.

4. 강도검증결과 면내 및 면외 설계강도가 소요강도를 초과할 때까지 상기

과정을 반복 수행합니다. 이때 전단벽 설계는 축력과 휨멘트를 동시에

받는 압축재 설계법을 적용합니다.

전단벽부재의 면외 강도검증절차는 다음과 같습니다.

1. 설계용 하중조합에 의한 계수하중(소요강도) 계산

2. 세장비 산정

midas Gen에서 유효좌굴길이계수(k)는 구조물의 골조형식에 따라 아

래와 같이 적용됩니다.

횡지지된 골조인 경우 : k = 1.0

횡지지되지 않은 골조인 경우 : k = 2.0

단면2차반경(r) : r=0.3hw (약축), hw : 벽두께

세장비 : k Hw/r, Hw: 전단벽 높이(층고)

3. 세장효과 고려여부 판정

횡지지된 골조인 경우

k Hw/r ≤ 34-12(M1/M2) 세장효과 무시

k Hw/r > 34-12(M1/M2) 세장효과 고려

여기서, M1/M2는 0.5 이상이고, M1/M2의 값은 단곡률일 때 양

(+) 입니다.

횡지지되지 않은 골조인 경우

k Hw/r ≤ 22 세장효과 무시

k Hw/r > 22 세장효과 무시


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3-59

여기서, 세장효과가 고려되는 경우에만 4, 5항을 적용합니다.

4. 세장효과에 의한 모멘트확대계수(δ δ, b s )

횡지지된 골조인 경우에는 δ s =

1.0으로 적용하며, 횡지지되지 않은 골조인 경우에는 구조해석 수

행시 P-Δ 해석방법을 적용하여 수평하중에 대한 모멘트확대효과

가 고려된 휨모멘트를 산정한 것으로 가정하여 δ s = 1.0으로 적용

합니다.

여기서,

1 20.6 0.4( / ) 0.4mC M M= + ≥

5. 소요 휨모멘트 계산

최소 편심거리에 의한 최소 휨모멘트 산정

min 15 0.03 ( )we h mm= + ⋅

2,min minuM P e= ⋅

횡지지된 골조인 경우

2 2,minM M= ( 2,min 2M M> 의 경우)

c 2nsM Mδ= ⋅

횡지지되지 않은 골조인 경우

2 minbM M= ( min 2bM M> 의 경우)

2 c nsM Mδ= ⋅

1 1.01- / (0.75 )s

u cP Pδ = ≥

∑ ∑

1.01- /(0.75 )

mb

u c

CP P

δ = ≥

2

2 ( )c

w

EIPk Hπ

=⋅

0.4

1c g

d

E IEI

β=

+

24,700 ( / )c ckE f N mm=

3 /12g w wI L h= ⋅

1.4 1.4 1.7

Dd

D L

PP P

β =+


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여기서, 2 2 2 ns s sM M Mδ= + ⋅

만일, 비횡구속 압축부재의 세장비가 아래식을 만족할 경우에는

횡구속 골조에 대한 모멘트 확대계수를 적용하고 만족하지 않을

경우에는 1.0nsδ = 으로 Mc는 M2와 같습니다.

6. 공칭축하중 및 휨모멘트의 산출(그림 3.61 참조)

1 0.003( ) /s d c cε = −

2 0.003( ) /s c d cε ′ = −

0.85 ( )c ck wC f a L= ⋅

( / 2)s st sC A f ′=

공칭축강도(Pn) n c s sP C C T= + −

공칭휨강도(Mn)

7. 축하중(Pu)및 면외휨모멘트(Mc)가 전단벽부재의 축하중강도( φ Pn) 및 면

외휨강도(φ Mn)보다 작아야 합니다.

강도감소계수(φ ) 산출

min( , 0.1 )a b ck gP P f A=

: 0.7n aP P φ= =

: 0.9 0.2( / )n a n aP P P Pφ< = −

설계강도와 소요강도를 비교 검토

u nP Pφ≤ : O.K

c nM Mφ≤ : O.K

s s s yf E fε= ≤

s s s yf E fε′ ′= ≤

s s yT A f= ⋅

2 22 2 2 2w w w

n n c s sh a h hM P e C C d T d⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⋅ = − + − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

35u

u

ck g

lr P

f A

>


mid

as G

en


3-61

그림 3.32 전단벽의 면외 변형도 및 응력도

(b) Eccentric axial load (out-plane bending moment)

(c) Stress and strain in section of minor axis

(a) Shear wall (rectangular section)

ck0.85f

y(major axis)

z(minor axis)

uPe

hw

(section) (strain) (stress) (internal force)

sCcC

sT

N.A.

⋅ wk H

L w

0.003

ε ′

ε

stA /2

stA /2

s Cc C

sT


mid

as G

en

Design Reference

3-17 벽체 설계 방법 및 절차

KCI-USD03 기준을 적용하여 Wall Design Detail Result 항목을 중심으로

설명합니다.

벽체의 설계 절차는 다음과 같습니다.


MMF : 모멘트 확대계수(Moment Magnification Factor)


1. 모멘트 확대계수 적용을 위한 부재력 구분

그림 3.33 Wall Design Detail Result(부재력)

해석결과 (부재력확인)

세장비 검토, MMF 계산 수평철근량 및 간격 계산

부재력

최소 수직철근비 산정

평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산

최대 중심 축강도 계산

설계강도계산 및 검토

LRF가 적용된 부재력

설계용 계수모멘트 계산

최소 편심모멘트 계산

전단설계 설계강도

①

②


mid

as G

en


3-63

① LRF가 적용된 부재력 : 양단부에 대해 고정하중, 활하중에 의한 부

재력과 수평방향 하중에 의한 부재력으로 구분 출력

② 단부모멘트 계산 : 세장비 계산시 이용되는 양단부에 대한 모멘트

출력

Membrane Type 중 벽요소를 사용한 경우에는 약축방향(면외) 모멘트가 발

생하지 않습니다. 그러나 6.5.3(3)와 6.5.15에 의하여 최소 편심모멘트에 모

멘트 확대계수가 적용된 확대계수휨모멘트를 사용하여 설계하는 것을 원칙

으로 하고 있습니다.

2. 세장비 검토 세부항목은 모멘트 확대계수 참조

그림 3.34 Wall Design Detail Result(세장비 검토)

① 강축/약축에 대한 한계세장비 계산

② 회전반경 계산 : 좌굴방향 단면치수의 0.3배 적용

③ 강축/약축에 대한 세장효과 고려 여부 판단

유효좌굴길이계수는 횡구속 골조인 경우에는 1.0, 비횡구속 골조인 경우에는

2.0을 적용합니다.

세장비에 따른 장주효과 고려방법은 다음과 같습니다.

①

②

③

장주효과 무시

모멘트 확대계수법

P-Delta 해석

압축재의 장주 효과 고려

비횡구속 골조 횡구속 골조

/ 22ukl r ≤ 1 2/ 34 12 /ukl r M M≤ −

22 / 100ukl r< ≤ 1 234 12 / / 100uM M kl r− < ≤

/ 100ukl r > / 100ukl r >

No

No

No

No Yes Yes

Yes Yes

Yes Yes


mid

as G

en

Design Reference

3. 모멘트 확대계수 계산 : 세부항목은 모멘트 확대계수 참조

그림 3.35 Wall Design Detail Result(모멘트 확대계수)

① 세장비에 따른 수직방향 모멘트 확대계수 계산(강축) :　세장비 검토

결과가 Not Slender 이므로 확대계수를 적용하지 않습니다.

② 세장비에 따른 수직방향 모멘트 확대계수 계산(약축) : 세장비 검토

결과가 Slender 이므로 확대계수를 적용합니다.

4. 최소 편심모멘트 계산

그림 3.36 Wall Design Detail Result(최소편심 모멘트)

① 최소편심거리 계산

min 15 0.03 ( )e h mm= + (식 6.5.16)

② 최소 편심모멘트 계산

2,min minuM P e= ⋅ (식 6.5.15)

①

②

①

②


mid

as G

en


3-65

5. 설계용 부재력 계산

그림 3.37 Wall Design Detail Result(설계용 부재력)

① 설계용 모멘트 계산

② 설계용 부재력

최대 중심축강도 계산 - 강축/약축 방향

그림 3.38 Wall Design Detail Result(최대 중심축강도)

① Method 2 적용 : 전체 수직 철근량(Ast)은 수직방향 철근과 단부보

강근의 합으로 계산합니다.

② 계수 1β 결정 : 계수 1β 은 28N/mm2 이하의 콘크리트 강도에서는

0.85, 콘크리트 강도가 28N/mm2을 초과하는 매 1N/mm2의 강도에

대하여 0.007씩 감소하지만, 0.65 이상이어야 합니다.

< 6.2.1(7)③ >

③ 최대 중심축강도(압축, 인장) 계산

< 6.2.2(5) >

①

②

①

②

③


mid

as G

en

Design Reference

강축 평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산

그림 3.39 Wall Design Detail Result(강축 평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산)

① 응력블럭을 이용한 콘크리트 강도 계산


①

②

③

④


mid

as G

en


3-67

③ 벽체부재의 지배 부재력 판단 : 평형상태의 편심비와 부재력에 의한

편심비를 비교하여 압축/인장지배 여부를 판단합니다.

④ 공칭강도 및 중립축 위치 결정 : 부재력에 의한 편심비와 동일한 상

태의 중립축을 계산하여 공칭강도를 계산합니다.

강축 설계강도 계산 및 검토

그림 3.40 Wall Design Detail Result(강축 설계강도 계산 및 검토)

① 압축응력블럭을 이용한 콘크리트 강도 계산


①

②

③

④

⑤


mid

as G

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Design Reference

③ 강도감소계수 계산 : 부재력이 압축지배 구간에 존재하므로 압축강

도감소계수 0.7을 적용합니다.

< 3.3.3(2)③(나)다) >

④ 설계축강도 및 설계휨강도 계산 : 중립축, 공칭강도 및 강도감소계수

를 이용하여 nPφ , nMφ 을 계산합니다.




약축 평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산

그림 3.41 Wall Design Detail Result(약축 평형상태의 공칭강도 및 중립축 계산)



①

②

③

④


mid

as G

en


3-69

③ 벽체부재의 지배 부재력 판단 : 평형상태의 편심비와 부재력에 의한

편심비를 비교하여 압축/인장지배 여부를 판단합니다.

④ 공칭강도 및 중립축 위치 결정 : 부재력에 의한 편심비와 동일한 상

태의 중립축을 계산하여 공칭강도를 계산합니다.

약축 설계강도 계산 및 검토

그림 3.42 Wall Design Detail Result(약축 설계강도 계산 및 검토)



③ 강도감소계수 계산 : 부재력이 압축지배 구간에 존재하므로 압축강

도감소계수 0.7을 적용합니다.

< 3.3.3(2)③(나)다) >

④ 설계축강도 및 설계휨강도 계산 : 중립축, 공칭강도 및 강도감소계수

를 이용하여 nPφ , nMφ 을 계산합니다.




①

②

③

④

⑤


mid

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Design Reference

수평철근량 및 간격 계산

그림 3.43 Wall Design Detail Result(수평철근량 및 간격 계산)

① 최대전단강도 검토

< 7.9.2(3) >

② 콘크리트 전단강도 계산 : 아래의 식에서 작은 값을 적용합니다.

0.284

uc ck

w

N dV f hdl

= + (식 7.9.1)

0.10 0.20.05

2

uw ck

wc ck

u w

u

Nl fl h

V f hdM lV

⎡ ⎤⎛ ⎞+⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎢ ⎥= +⎢ ⎥−⎢ ⎥

⎢ ⎥⎣ ⎦

(식 7.9.2)

③ 전단철근의 필요여부 검토

< 7.9.3(1) >

④ 전단철근의 간격 계산

< 7.9.3(3)(5) >

①

②

③

④


mid

as G

en


3-71

철근비 검토

그림 3.44 Wall Design Detail Result(철근비 검토)

① 수평철근비 검토 : 0.0025 이상

< 7.9.3(2) >

② 수직철근비 검토 : 아래의 식과 0.0025 중 큰 값 이상으로 적용합니

다.

0.0025 0.5 2.5 ( 0.0025)wn h

w

hl

ρ ρ⎛ ⎞

= + − −⎜ ⎟⎝ ⎠

(식 7. 9.4)

< 7.9.3(4) >

①

②


mid

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en

Design Reference


mid

as G

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Chapter 4 | 철골-철근콘크리트부재 설계 알고리즘

4-1

midas Gen에서는 사용자가 지정한 설계절차에 따라 철골-철근콘크리트

(SRC) 부재에 대한 강도검증 및 최적설계를 수행합니다.

midas Gen에서 적용가능한 철골-철근콘크리트부재 설계기준은 다음과 같

으며 본 장에서는 『대한건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산규준 및 해설

(AIK-SRC2K)』에 대하여 설명합니다.

보부재

대한건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산규준 및 해설 (AIK-SRC2K)

일본건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산규준 및 해설 (AIJ-SRC01)

중국공업규격, 철골-철근콘크리트 구조계산기준 (JGJ138-01)

대만, 鋼骨鋼筋混凝土構造設計參考規範與解說 (TWN-SRC92)

기둥부재

대한건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산규준 및 해설 (AIK-SRC2K)

한국강구조학회, 콘크리트충전 강관구조 설계 및 시공지침 (KSSC-CFT2K)

미국, 철골-철근콘크리트 합성기둥부재 설계기준 (SSRC79)

일본건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산규준 및 해설 (AIJ-SRC01)

중국공업규격, 철골-철근콘크리트 구조계산기준 (JGJ138-01)

중국, CECS28-90 (China association for Engineering Construction

Standardization, specification for design and construction of

concrete-filled steel tubular structures, 1990)

대만, 鋼骨鋼筋混凝土構造設計參考規範與解說 (TWN-SRC92)

구분 매립형 충전형

적용기준 AIK-SRC2K KSSC-CFT2K

Chapter 4. 철골-철근콘크리트부재 설계 알고리즘


mid

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Design Reference

규준제한

허용응력설계법 : AIK-SRC2K(KSSC-CFT2K 포함), SSRC79,

AIJ-SRC01

한계상태설계법 : JGJ138-01(CECS28-90 포함), TWN-SRC92

단면제한

DB/User 단면설계 가능

단면형상

- 철골 단면 : H형, Box형, Pipe형

- 콘크리트 단면 : 장방형, 원형


배근정보 : 철근배근 가능여부 확인을 위한 철골과 철근의 간격검토

AIJ-SRC01, TWN-SRC92 기준 적용시 Cross-H, Combined-T, H+T

단면설계 가능


mid

as G

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4-3

그림 4.1 합성기둥의 단면형태

OPEN

Shape="RBO"

Shape="CBC"Shape="CBO"

Shape="RPC" Shape="RPO"Shape="RBC"

Shape="CPC" Shape="CPO"

Shape="EBC"Shape="EBO" Shape="CHB"Shape="RHB"

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

y

z

yOPEN

OPENOPEN

Shape="RH2T " Shape="RHT "

z

y

z

y


mid

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Design Reference

재질제한

SRC로 설정된 재질만 설계 가능(User Defined 재질은 설계 불가능)

Steel DB(KS, KS-Civil, ASTM, CSA, JIS, JIS-Civil, GB03, GB,

JGJ, JTJ, JTG04, BS04, BS, DIN, EN, UNI, IS, CNS) 및 User

Defined 재질 사용

콘크리트 DB(KS01, KS, KS-Civil, KS01-Civil, ASTM, CSA, JIS,

JIS-Civil, GB, GB-Civil, JTG04, BS, EN, UNI, IS, CNS) 및 User

Defined 재질 사용

항복강도(Fy)는 기준에서 제시한 값 적용

보설계 구조제한

AIK-SRC2K

- 주근은 전 스팬에 걸쳐 복근으로 배근

- 강재와 주근과의 간격은 2.5cm 이상

- 철근의 피복두께는 3cm 이상

- 강재의 피복두께는 5cm 이상

- 강재와 전단보강근과의 간격은 2.5cm 이상

< 5.1.2(2) >

기둥설계 구조제한

각 설계기준별 구조제한 사항을 두고 있으며, 합성기둥부재의 경우 주요제한

사항은 다음과 같습니다. 철근의 배근과 관련된 상세한 내용은 해당 설계기

준의 원문을 참조 바랍니다.

AIK-SRC2K

- 강재 단면적은 총단면적의 3% 이상

- 주철근량은 0.3% 이상이며, 4% 미만

주철근비가 0.3% 미만으로 합성될 경우에는 철근 및 콘크리트 효과를 무시

하고 강재단면만으로 설계할 수 있음


mid

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en


4-5

- 콘크리트의 설계기준 압축강도는 210kgf/cm2 이상, 560kgf/cm2 이하

- 강재 및 철근의 항복강도는 4,000kgf/cm2 이하로 하고 이 값을 초과하는 경

우에는 4,000kgf/cm2을 적용

- 철근의 피복두께는 40mm 이상이어야 하며, 강재와 철근의 순간격은 25mm

이상

- 콘크리트 충전형 단면에 대한 설계방법은 설계 기준에 포함되어 있지 않음

< 5.2.1(2) >

4-1 철골-철근콘크리트부재 강도검증

철골-철근콘크리트부재는 휨모멘트만을 부담하는 합성 보부재와 축력과 휨

모멘트를 동시에 부담하는 합성 기둥부재로 구분할 수 있습니다.

보부재

보부재는 강축방향(My)에 대하여 구간별(I, M, J)로 강도검증이 수행되며, 그

림 4.2와 같이 구간별로 설계모멘트와 설계전단력을 계산합니다.


mid

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Design Reference

부재축방향

모멘트

부(-)

1/4i 1/2 j

정(+)

하중조합 1

하중조합 2

하중조합 3

부재축방향

전단력

부(-)

1/4i 1/2 3/4 j

정(+)

하중조합 1

하중조합 2

하중조합 3

3/4

그림 4.2 보부재의 설계용 부재력


mid

as G

en


4-7

기둥부재

AIK-SRC2K 기준에서 철골-철근콘크리트부재는 단면성능을 철골기준으로 치환한

후, 설계강도를 산출하여 강도검증을 수행합니다. 즉 단면내력 산정시 단면

적, 항복강도, 단면2차반경 및 탄성계수 등을 다음과 같은 기준으로 계산합

니다.

압축력 + 휨모멘트를 받는 기둥

- 허용압축응력은 철골단면만으로 계산

- 허용휨응력은 단면형상에 따라 기준에서 제시한 합성방법에 의하여 철골, 콘

크리트, 철근을 합성한 단면으로 계산

- 허용전단응력은 철골 단면만으로 계산

인장력 + 휨모멘트를 받는 기둥

- 허용인장응력은 철골 단면만으로 계산

- 허용휨응력은 단면형상에 따라 기준에서 제시한 합성방법에 의하여 철골, 철

근을 합성한 단면으로 계산

- 허용전단응력은 철골 단면만으로 계산

4-2 철골-철근콘크리트부재의 요소좌표계

철골-철근콘크리트부재 설계시 보부재, 기둥부재는 다음과 같은 기준으로

판단하여 구분됩니다. 그러나 사용자의 지정(Member Type)에 의해서 변경

이 가능합니다.

보부재 : 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계 X-Y평면과 평행한 경우

기둥부재 : 요소의 부재축(x-axis)이 전체좌표계 Z축과 평행한 경우


mid

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en

Design Reference


설계용 하중조합(Design Load Combination)은 해석모델 작성시 [SRC

Design] 탭에서 입력한 철골-철근콘크리트부재 설계용 하중조합을 적용합니

다.

적용하는 설계기준에 따라 하중조합의 하중계수가 다르므로 입력된 하중조

합이 설계기준에 적합한 것인지를 확인한 다음 강도검증을 수행하여야 합니

다. 그리고 각 설계기준에서 요구하는 하중조합은 자동생성할 수 있습니다.

해석모델 작성시 하중조건(Load Case)을 아래와 같이 입력하였을 경우,

AIK-SRC2K 설계기준으로 자동생성되는 설계용 하중조합은 다음과 같습니

다.

정적하중(Static Load)

D Dead load

L Live load

LR Roof live load






T Temperature

S Snow load

R Rain load

EP Earth pressure


FP Fluid pressure

IP Ice pressure

SH Shrinkage

CR Creep

PS Prestress


mid

as G

en


4-9





ESx Accidental Torsional Moment for Response Spectrum in

X-direction

ESy Accidental Torsional Moment for Response Spectrum in

Y-direction



대한건축학회, 철골-철근콘크리트 구조계산 규준 및 해설 (AIK-SRC2K)


D+L+LR

(D+L+LR WX) / 1.5±

(D+L+LR WY) / 1.5±

(D WX) / 1.5±

(D WY) / 1.5±





[(D+L+LR) 0.7(RSx ESx)] / 1.5± ±

[(D+L+LR) 0.7(RSy ESy)] / 1.5± ±

[(D 0.7(RSx ESx))] / 1.5± ±

[(D 0.7(RSy ESy))] / 1.5± ±

(D+L+LR 0.7EX) / 1.5±

(D+L+LR 0.7EY) / 1.5±


mid

as G

en

Design Reference

(D 0.7EX) / 1.5±

(D 0.7EY) / 1.5±



[(D+L+LR) 0.7{1.0(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}] / 1.5± ± ± ±

[(D+L+LR) 0.7{1.0(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}] / 1.5± ± ± ±

[D 0.7{1.0(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}] / 1.5± ± ± ±

[D 0.7{1.0(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}] / 1.5± ± ± ±

[(D+L+LR) 0.7(1.0EX 0.3EY)] / 1.5± ±

[(D+L+LR) 0.7(1.0EY 0.3EX)] / 1.5± ±

[D+0.7(1.0EX 0.3EY)] / 1.5±

[D+0.7(1.0EY 0.3EX)] / 1.5±



2 2[(D+L+LR) 0.7 (RSx ESx) +(RSy ESy) ] / 1.5± ± ±

2 2[D 0.7 (RSx ESx) +(RSy ESy) ] / 1.5± ± ±

2 2[(D+L+LR) 0.7 EX +EY ] / 1.5±

2 2(D 0.7 EX +EY ) / 1.5±




DS[(D+L+LR) 0.7{ (RSx ESx)+0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7{ (RSy ESy)+0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[D 0.7{ (RSx ESx)-0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[D 0.7{ (RSy ESy)-0.2S D}] / 1.7± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7( EX+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[(D+L+LR) 0.7( EY+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[D 0.7( EX+0.2S D)] / 1.7± Ω

DS[D 0.7( EY-0.2S D)] / 1.7± Ω


mid

as G

en


4-11



DS[(D+L+LR) 0.7{1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)+0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[(D+L+LR) 0.7{1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)+0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[D 0.7{1.0 x(RSx ESx) 0.3 y(RSy ESy)-0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

DS[D 0.7{1.0 y(RSy ESy) 0.3 x(RSx ESx)-0.2S D}] / 1.7± Ω ± ± Ω ±

( )DS[(D+L+LR) 0.7 1.0 xEX 0.3 yEY+0.2S D ] / 1.7± Ω ± Ω

( )DS[(D+L+LR) 0.7 1.0 yEY 0.3 xEX+0.2S D ] / 1.7± Ω ± Ω

( )DS[D 0.7 1.0 xEX 0.3 yEY-0.2S D ] / 1.7± Ω ± Ω

( )DS[D 0.7 1.0 xEY 0.3 yEX-0.2S D ] / 1.7± Ω ± Ω



2 2 2 2DS[(D+L+LR) 0.7{ x (RSx ESx) y (RSy ESy) +0.2S D}] / 1.7± Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS[D 0.7{ y (RSy ESy) x (RSx ESx) -0.2S D}] / 1.7± Ω ± + Ω ±

2 2 2 2DS[(D+L+LR) 0.7( x EX y EY +0.2S D)] / 1.7± Ω + Ω

2 2 2 2DS[(D 0.7( x EX y EY -0.2S D)] / 1.7± Ω + Ω




[-0.2D 0.7(RSx ESx)] / 1.5± ±

[-0.2D 0.7(RSy ESy)] / 1.5± ±

( )-0.2D 0.7EX / 1.5±

( )-0.2D 0.7EY / 1.5±



[-0.2D 0.7{(RSx ESx) 0.3(RSy ESy)}] / 1.5± ± ± ±

[-0.2D 0.7{(RSy ESy) 0.3(RSx ESx)}] / 1.5± ± ± ±

[-0.2D 0.7(EX 0.3EY)] / 1.5± ±

[-0.2D 0.7(EY 0.3EX)] / 1.5± ±


mid

as G

en

Design Reference



2 2[-0.2D 0.7 (RSx ESx) (RSy ESy) ] / 1.5± ± + ±

2 2[-0.2D 0.7 EX EY ] / 1.5± +

설계용 하중조합에 대한 상세한 사항은 각 설계기준을 참조하기 바랍니다.

특히 적설하중, 지붕의 활하중, 강우에 의한 물고임 하중, 충격하중 및 크레


작성시 미리 입력해 두어야 합니다. 응답스펙트럼 해석법으로 지진하중을 고

려할 경우, 설계기준에 의한 하중조합 자동생성시 지진하중 보정계수를 반영

하여 하중계수에 적용할 수 있습니다.







4.0 0.36C

A= + (KBC-USD05 식 0303.3.1)


A : 영향면적(단, A ≥ 40m2)


mid

as G

en


4-13




< KBC-USD05 0303.3.1.1(2) >

제한사항

기둥 및 기초의 활하중 감소계수는 2층 이상의 건축물일 경우에는 0.4이상,

단층 건축물일 경우에는 0.5이상으로 하며, 큰보와 연속보의 활하중 감소계

수는 0.7이상으로 제한합니다.









여기서,






단, FD , FL , FS는 하중계수가 곱해진 부재력(축력,모멘트 또는 전단력)

입니다.


mid

as G

en

Design Reference





여기서,


: 등가정적해석법으로 구한 구조물의 기본진동주기에 다음의 배

수를 곱한 진동주기를 적용하여 산정한 밑면전단력

(정형구조물 : 1.5, 비정형 구조물 : 1.2 )





고려됩니다.

tV

V


mid

as G

en


4-15

4-6 설계절차

철골-철근콘크리트 합성부재에 대한 단면설계는 부재가 부담하는 부재력(소

요강도)을 산출하는 구조해석단계와 합성단면의 내력(설계강도)을 산출한 다

음 비교하는 강도검증단계로 구분됩니다.

구조해석단계

구조해석단계에서는 구조물에 포함된 합성부재가 부담하는 부재력을 산출합

니다. 이때 합성부재의 부재력은 해석모델에 입력된 합성부재의 강성데이터

에 의해 결정되므로 이에 대한 적절한 계산이 요구됩니다.

midas Gen에서는 합성부재의 강성데이터를 산정하기 위하여 합성단면적과

합성단면 2차 모멘트 등을 자동 계산하여 고려합니다. 이때, 철근을 포함한

콘크리트 단면과 철골단면이 완전 합성된 것으로 가정하여 단면성질을 산정

합니다.

그리고 단면성질은 철골재질 또는 콘크리트재질을 기준으로 치환된 환산단

면성질로 변환되므로 구조해석시 자중에 의한 하중효과를 고려할 경우를 대

비하여 두 재질의 비중량 차이가 고려된 합성 비중량을 자동 계산하여 적용

합니다. (철골 비중량 : 7.85tonf/m3, 콘크리트 비중량 : 2.4tonf/m3)

강도검증단계

합성부재에 대한 강도검증은 구조해석 수행결과로부터 산출된 부재력(소요강

도)과 SRC단면데이터를 통하여 계산한 단면내력(설계강도)을 비교하여 수행

합니다. 강도검증 수행시 필요한 합성단면 데이터는 다음과 같습니다.

1. 철골의 단면형상 및 치수

2. 콘크리트의 외곽형상, 치수 및 설계기준강도

3. 주철근의 개수, 규격, 설계기준 항복강도 및 피복두께

4. 철골의 탄성계수와 콘크리트의 탄성계수

합성단면의 강성 계산방

법은 On-line Manual의

“Model > Properties >

Section에서 SRC” 부분

을 참조


mid

as G

en

Design Reference

부재력(소요강도)은 철골-철근콘크리트부재 설계용 하중조합의 하중계수를

적용하여 산출됩니다. 내력(설계강도)은 해당 설계기준에 따라 변형도 해석

과 축력-모멘트 상관도 분석에 의해 산출됩니다. 이와 같이 산출된 부재력

(소요강도)과 내력(설계강도)을 비교하여 해당 부재 단면의 적합성을 판단합

니다.

4-7 보부재 설계 방법 및 절차

AIK-SRC2K 기준을 적용하여 Beam Checking Detail Result 항목을 중심

으로 설명니다.

보의 강도검증 절차는 다음과 같습니다.

휨에 대한 강도검증

Beam Checking Detail Result에서는 정/부모멘트에 대한 검토가 모두 출

력되지만 정/부모멘트에 대한 검토과정이 동일하므로 정모멘트에 대해서만

기술합니다.

환산단면의 허용응력 산정

해석결과(부재력확인)

강재의 허용강도 산정

보의 허용응력비 산정

부재력 휨강도(정모멘트) 전단강도

철근콘크리트 부분의 허용강도 산정

강도검증

환산단면의 허용응력 산정


보의 허용응력비 산정

철근콘크리트 부분의 허용강도 산정

강도검증

휨강도(부모멘트)


콘크리트의 허용강도 산정

전단보강근의 간격 계산

전단보강근의 허용강도 산정


mid

as G

en


4-17

그림 4.3 Code Checking Detail Result(정모멘트 검토)

① 강재의 허용강도 산정

< 3.2.1 >

② 환산단면의 허용응력 산정

(a) 탄성계수비 산정

< 철근콘크리트 구조계산기준 및 해설(허용응력 설계법) 2.5.2 >

(b) 콘크리트의 허용응력 산정

< 철근콘크리트 구조계산기준 및 해설(허용응력 설계법) 2.2.2 >

(c) 철근의 허용응력 산정

< 철근콘크리트 구조계산기준 및 해설(허용응력 설계법) 2.3.1(2) >

③ 복근비 γ 산정

rc

rt

pp

γ = (식 5.11)

①

②

③

④

⑤

⑥


mid

as G

en

Design Reference

④ 보의 평형철근비 산정

(a) 장방형보

1 1 2

1 1 - 1-tb

rt rt rc rc

c c r r

pf f d dn

nf f d dγ γ

=⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

+ +⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎣ ⎦

(식 5.10)

다만,

rcrc

r

apbd

= , rtrt

r

apbd

= (식 5.11)

(b) T형보

21 1 22

ctb

r r rt r

t t f tpd d f n d

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥= − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

(식 5.12)

⑤ 철근콘크리트 부분의 허용강도 산정

r rt rt rM a f jd= (식 5.9)

단, j = 7/8

⑥ 정모멘트에 대한 강도검증

s rM M M≤ + (식 5.6)


mid

as G

en


4-19

전단력에 대한 강도검증

그림 4.4 Code Checking Detail Result(전단강도 검토)

① 강재의 허용강도 산정

② 콘크리트의 허용강도 산정

< 5.4.1 >

③ 전단보강철근의 간격 계산

< 5.4.2 >

④ 전단보강철근의 허용강도 산정

①

②

③

④


mid

as G

en

Design Reference

4-8 기둥 설계 방법 및 절차

AIK-SRC2K 기준을 적용하여 Column Checking Detail Result 항목을 중심

으로 설명합니다.

기둥의 응력검토 절차는 다음과 같습니다.

합성기둥의 단면성능 검토

그림 4.5 합성기둥의 단면성능 검토

① 합성항복응력 산정

2 0.7 0.6 ( / )r cym ys yr c

s s

A AF F F F kgf cmA A

= + + (식 5.19)

< 5.2.2 >

①

②

③

세장비 검토

등가모멘트 보정계수 산정

축응력

축응력비 검토 휨응력비 검토

조합응력



좌굴응력 산정

모멘트확대계수 산정

해석결과 (부재력 확인)

부재력 및 단면성능

합성단면2차반경 산정

전단응력(y,z축)

합성단면계수산정

합성항복강도 산정

합성탄성계수 산정

휨응력(강/약축)


mid

as G

en


4-21

② 합성탄성계수 산정

2 0.2 ( / )cm s c

s

AE E E kgf cmA

= + (식 5.21)

< 5.2.2 >

③ 합성단면2차반경 산정 : 아래의 식 중 큰 값으로 합니다.

m sr r= (식 5.20a)

0.3 ( )mr B cm= (식 5.20b)

축응력비 검토

그림 4.6 Code Checking Detail Result(축응력비 검토)

① 세장비 검토

b

m

KLr

λ = (식 5.24)

2

0.6

mp

ym

EF

πλ = (식 5.25)

< 5.2.3 >

①

②


mid

as G

en

Design Reference

② 압축응력비 검토

(a) pλ λ≤ 인 경우

2

22

1- 0.4

( / )3 22 3

ymp

a

p

F

f kgf cm

λλ

λλ

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦=

⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

(식 5.23a)

(b) pλ λ> 인 경우

2

22

6 ( / )13

ma

Ef kgf cmπλ

= (식 5.23b)

< 5.2.3 >

강축휨에 대한 응력검토

그림 4.7 Code Checking Detail Result(강축휨응력 검토)

① 합성단면계수 산정 : 좌굴을 고려한 합성기둥 강도검증에 사용됩니다.

( ) 322

1

1 2 ( )3 2 1.7

yr w ysm s r r w

ys c

F A FhS S h c A A cmF h F

⎛ ⎞= + − + −⎜ ⎟

⎝ ⎠ (식 5.22)

< 5.2.2 >

①

②


mid

as G

en


4-23

② 강축휨에 대한 허용휨응력비 검토

2 ( / )1.5

ysb

Ff kgf cm= (식 5.26)

< 5.2.3 >

약축휨에 대한 응력검토

그림 4.8 Code Checking Detail Result(약축휨응력 검토)

① 합성단면계수 산정 : 좌굴을 고려한 합성기둥 강도검증에 사용됩니다.

( ) 322

1

1 2 ( )3 2 1.7

yr w ysm s r r w

ys c

F A FhS S h c A A cmF h F

⎛ ⎞= + − + −⎜ ⎟

⎝ ⎠ (식 5.22)

< 5.2.2 >

② 약축휨에 대한 허용휨응력비 검토

2 ( / )1.5

ysb


< 5.2.3 >

①

②


mid

as G

en

Design Reference


그림 4.9 Code Checking Detail Result(조합응력비 검토)

① 등가모멘트 보정계수 산정

(a) ( )1 2 0.6 - 0.4 /mC M M= : 휨면내에서 절점의 이동이 구속되고, 그 지

지점 사이에 수평하중을 받지않는 골조내에서 구속된 압축재의 경우

여기서,

M1/M2는 휨면내에서 구속되지 않은 부재 양단의 재단모멘트 중 큰 재

단모멘트에 대한 작은 재단모멘트의 비율이며, M1/ M2의 부호는 부재

가 단곡률 휨인 경우 부(-), 복곡률 휨인 경우에는 정(+)으로 합니다.

(b) 하중면내에서 절점이동이 구속되어 있고, 그 지지점 사이에 수평하

중을 받는 골조내의 압축재인 경우

0.85mC = : 단부회전이 구속된 부재

1.00mC = : 단부회전이 구속되지 않은 부재

< 5.2.4 >

①

②

③

④


mid

as G

en


4-25

② 압축응력과 강축 휨응력 조합

(a) 좌굴응력 산정

2

2

6 13( / )

me

b m

EFKL rπ′ =

< 5.2.4 >

(b) 모멘트 확대계수 산정

1.01-

myy

a

ey

Ca

F

σ= ≥

′

(식 5.32a)

< 5.2.4 >

③ 압축응력과 약축 휨응력 조합

④ 조합응력비 검토 2

1.0y bya z bz

a by bz

a af f f

σσ σ⎛ ⎞+ + ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠ (식 5.31)


그림 4.10 Code Checking Detail Result(전단응력비 검토)

①

②


mid

as G

en

Design Reference

① 허용전단응력 산정 및 전단응력비 검토 (y축)

2 ( / )1.5 3

ysv


< 5.2.3 >

② 허용전단응력 산정 및 전단응력비 검토

contentsadmin.midasuser.com/uploadfiles2/107/00_gen-design.pdf · ¾ 대한건축학회, 강구조...

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