콘크리트구조 사용성 설계기준

(1) 이 기준은 콘크리트구조의 사용성에 관한 설계방법과 최소한의 요구조건을 규정한다.

(1)구조물 또는 부재가 사용기간 중 충분한 기능과 성능을 유지하기 위하여 사용하중을 받을 때 사용성과 내구성을 검토하여야 한다.

(2)사용성 검토는 균열, 처짐, 피로의 영향 등을 고려하여 이루어져야 한다.

∙KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항

∙KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙

∙KDS 14 20 20 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준

∙KDS 14 20 22 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준

∙KDS 14 20 24 콘크리트구조 스트럿-타이모델 기준

∙KDS 14 20 26 콘크리트구조 피로 설계기준

∙KDS 14 20 40 콘크리트구조 내구성 설계기준

∙KDS 14 20 50 콘크리트구조 철근상세 설계기준

∙KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준

∙KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준

∙KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 64 구조용 무근콘크리트 설계기준

∙KDS 14 20 66 합성콘크리트 설계기준

∙KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계기준

∙KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계기준

∙KDS 14 20 74 기타 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계구조 설계기준

∙KDS 14 20 90 기존 콘크리트구조물의 안전성 평가기준

(1) KDS 14 20 01(1.4)에 따른다.

∙ : 콘크리트의 탄성계수, MPa

∙ : 부재의 최소 두께, mm

∙ : 균열 단면의 단면2차모멘트

∙ : 유효단면2차모멘트

∙ : 철근을 무시한 콘크리트 전체 단면의 중심축에 대한 단면2차모멘트

∙ : 콘크리트의 설계기준압축강도, MPa

∙ : 콘크리트의 파괴계수, MPa

∙ : 인장철근의 설계기준항복강도, MPa

∙ : 콘크리트의 쪼갬인장강도, MPa

∙ : 활하중

∙ : 부재의 길이, mm

∙ : 보 부재의 순경간, 2방향 슬래브의 긴 변의 순경간

∙ : 처짐을 계산할 때 부재의 최대 휨모멘트

∙ : 외력에 의해 단면에서 휨균열을 일으키는 휨모멘트

∙ : 콘크리트의 단위체적질량, kg/m

∙ : 철근을 무시한 전체 단면의 중심축에서 인장연단까지 거리

∙ : 보 양쪽의 슬래브 판의 중앙선에 의하여 구획되는 슬래브의 휨강성에 대한 보 휨강성의 비

∙ : 한 슬래브 주변의 모든 보의 값의 평균값

∙ : 2방향 슬래브에서 단변 방향에 대한 장변 방향의 순경간비

∙ : 경량콘크리트계수 (KDS 14 20 10(4.4) 참고)

∙ : 장기 추가처짐에 대한 계수

∙ : 지속하중에 대한 시간경과계수

∙ : 압축철근비

내용 없음.

(1) KDS 14 20 01(3)에 따른다.

(1)다음 (2) 및 (3)의 경우를 제외하고는 KDS 14 20 20(4.2.3)을 포함하여 이 구조기준의 다른 모든 규정을 만족하는 경우 균열에 대한 검토가 이루어진 것으로 간주할 수 있다.

(2)특별히 수밀성이 요구되는 구조는 적절한 방법으로 균열에 대한 검토를 하여야 한다. 이 경우 소요수밀성을 갖도록 하기 위한 허용균열폭을 설정하여 검토할 수 있다.

(3)미관이 중요한 구조는 미관상의 허용균열폭을 설정하여 균열을 검토할 수 있다.

(4)부재는 하중에 의한 균열을 제어하기 위해 필요한 철근 외에도 필요에 따라 온도변화, 건조수축 등에 의한 균열을 제어하기 위한 추가 보강철근을 KDS 14 20 50(4.6)에 따라 배치하여야 한다. 그리고 균열제어를 위한 철근은 필요로 하는 부재 단면의 주변에 분산시켜 배치하여야 하고, 이 경우 철근의 지름은 가능한 한 작게, 철근의 간격은 가능한 한 좁게 하여야 한다.

(1)큰 처짐에 의하여 손상되기 쉬운 칸막이벽이나 기타 구조물을 지지하지 않는 1방향 구조물의 경우 표 4.2-1에 정한 최소 두께를 적용하여야 한다. 다만, 처짐계산에 의하여 표 4.2-2를 만족하는 경우 표 4.2-1의 최소 두께를 적용할 필요가 없다.

(2)처짐을 계산할 때 하중의 작용에 의한 순간처짐은 부재강성에 대한 균열과 철근의 영향을 고려하여 탄성처짐공식을 사용하여 계산하여야 한다.

(3)부재의 강성도를 엄밀한 해석 방법으로 구하지 않는 한, 부재의 순간처짐은 콘크리트 탄성계수 (보통중량콘크리트 및 경량콘크리트)와 식 (4.2-1)의 유효단면2차모멘트를 이용하여 구하여야 하며, 어느 경우라도 는 이하이어야 한다.

(4.2-1)

여기서,

(4.2-2)

(4.2-3)

(4)연속부재인 경우에 정 및 부모멘트에 대한 위험단면의 유효단면2차모멘트를 식 (4.2-1)로 구하고 그 평균값을 사용할 수 있다.

(5)엄밀한 해석에 의하지 않는 한, 일반 또는 경량콘크리트 휨부재의 크리프와 건조수축에 의한 추가 장기처짐은 해당 지속하중에 의해 생긴 순간처짐에 다음 계수를 곱하여 구할 수 있다.

(4.2-4)

여기서, 는 단순 및 연속경간인 경우 보 중앙에서, 캔틸레버인 경우 받침부에서 구한 값으로 한다. 지속하중에 대한 시간경과계수 는 다음과 같다.

5년 이상 2

12개월 1.4

6개월 1.2

3개월 1

(6)식 (4.2-1)의 값과 식 (4.2-4)의 장기처짐 효과를 고려하여 계산한 처짐량이 표 4.2-2에 제시된 최대 허용처짐값 이하이어야 한다.

(7)보행자 및 차량하중 등 동하중을 주로 받는 구조물의 최대 허용처짐은 다음 규정을 만족하여야 한다.

① 단순 또는 연속경간의 부재는 활하중과 충격으로 인한 처짐이 경간의 1/800을 초과하지 않아야 한다. 다만, 부분적으로 보행자에 의해 사용되는 도시 지역의 교량의 경우 처짐은 경간의 1/1,000 이하이어야 한다.

② 활하중과 충격으로 인한 캔틸레버의 처짐은 캔틸레버 길이의 1/300 이하이어야 한다. 다만, 보행자의 이용이 고려된 경우 처짐은 캔틸레버 길이의 1/375까지 허용된다.

(1)단변경간에 대한 장변경간의 비가 2를 초과하지 않는 슬래브 또는 기타 2방향 구조의 최소 두께는 4.2.2의 규정을 따라야 한다.

(2)테두리보를 제외하고 슬래브 주변에 보가 없거나 보의 강성비 이 0.2 이하일 경우, 슬래브의 최소 두께는 표 4.2-3의 값을 만족하여야 하고, 또한 다음 값 이상으로 하여야 한다.

① KDS 14 20 70(4.1.2.4)에 따른 지판이 없는 슬래브의 경우: 120mm

② KDS 14 20 70(4.1.2.4)에 따른 지판을 가진 슬래브의 경우: 100mm

(3)보의 강성비 이 0.2를 초과하는 보가 슬래브 주변에 있는 경우 슬래브의 최소 두께는 다음 규정을 따라야 한다.

① 강성비이 0.2 초과 2.0 미만인 경우 다음 식 (4.2-5)의 값 이상으로 하여야 하며, 또한 120mm 이상으로 하여야 한다.

(4.2-5)

② 강성비 이 2.0 이상인 경우 다음 식 (4.2-6) 이상으로 하여야 하며, 또한 90mm 이상으로 하여야 한다.

(4.2-6)

③ 불연속단을 갖는 슬래브에 대해서는 강성비 의 값이 0.8 이상을 갖는 테두리보를 설치하거나, 식 (4.2-5)와 식 (4.2-6)에서 구한 최소 소요두께를 적어도 10% 이상 증대시켜야 한다.

(4)처짐이 4.2.1(6)의 규정에 의해 표 4.2-2에서 규정한 값 또는 4.2.1(7)의 제한값 이하라는 것이 계산에 의해 확인된 경우, 상기 (1)에서 (3)까지에 규정한 최소 두께보다 작은 두께의 슬래브를 사용할 수 있다. 이때 처짐은 패널의 크기, 모양, 지지조건, 패널 단부의 구속 상태 등을 고려하여 계산하여야 한다.

(1)KDS 14 20 60의 규정에 의해 설계된 휨부재에 대하여, 순간처짐은 일반적인 처짐 해석 방법이나 탄성처짐 공식으로 계산하여야 한다. 이때 KDS 14 20 60(4.1.2(3))에 규정된 비균열등급 부재는 콘크리트 전체 단면의 단면2차모멘트 를 사용할 수 있다.

(2)KDS 14 20 60(4.1.2(3))에 규정된 완전균열등급과 부분균열등급 부재의 처짐은 균열환산단면 해석에 기초하여 2개의 직선으로 구성되는 모멘트-처짐 관계나 식 (4.2-1)에 따른 유효단면2차모멘트 를 적용하여 계산하여야 한다.

(3)프리스트레스트콘크리트 부재의 추가 장기처짐은 지속하중이 작용할 때 콘크리트와 철근의 응력을 고려하고, 콘크리트의 크리프 및 건조수축과 긴장재의 릴랙세이션의 영향을 고려하여 계산하여야 한다.

(4)상기 (1)과 (2)에 의해 계산된 처짐은 표 4.2-2와 4.2.1(7)에 규정된 제한값을 초과하지 않도록 하여야 한다.

(1)합성 휨부재가 시공 중 가설 지주로 지지되어 고정하중이 작용하기 전에 일체가 된 경우에 대한 처짐을 계산할 때, 합성부재는 일체로 제작된 부재와 동등하다고 볼 수 있다. 프리스트레스되지 않은 부재의 경우 부재의 압축을 받는 부분의 콘크리트에 의해 표 4.2-1의 보통중량콘크리트 또는 경량콘크리트 중 어느 것에 대해 적용할 것인지를 결정하여야 한다. 처짐을 계산할 경우에 프리캐스트 부분과 현장치기 부분의 건조수축 차이에 의한 곡률과 프리스트레스트콘크리트 부재의 경우 축방향 크리프 영향을 고려하여야 한다.

(2)가설 지주가 설치되지 않은 구조물의 경우, 프리스트레스되지 않은 프리캐스트 휨부재의 두께가 표 4.2-1에 규정된 값 이상인 경우는 처짐을 계산할 필요가 없다. 프리스트레스되지 않은 합성부재의 두께가 표 4.2-1의 규정을 만족하는 경우, 부재가 합성된 후에 생기는 처짐은 계산할 필요가 없으나, 합성작용의 효과를 나타내기 이전 하중의 크기와 지속 시간에 대하여 프리캐스트 부재의 장기처짐은 검토하여야 한다.

(3)상기 (1)과 (2)에 따라 계산한 처짐은 표 4.2-2와 4.2.1(7)에서 규정한 제한값 이하이어야 한다.

부록. 균열의 검증

(1) 이 기준의 부록은 균열의 검증방법을 규정한다.

(1)이 기준의 부록은 철근콘크리트 구조물의 내구성, 사용성 및 미관 등에 대한 균열폭 검증이 필요한 경우에 적용한다.

(2)수밀성이 요구되는 구조물은 이 부록의 규정에 따라 검토하여야 한다.

(3)미관이 중요한 구조물은 발주자 또는 건축주의 특별한 요구가 없는 경우 내구성에 대한 허용균열폭으로 검토할 수 있다.

∙KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반사항

∙KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙

∙KDS 14 20 20 콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준

∙KDS 14 20 22 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준

∙KDS 14 20 24 콘크리트구조 스트럿-타이모델 기준

∙KDS 14 20 26 콘크리트구조 피로 설계기준

∙KDS 14 20 40 콘크리트구조 내구성 설계기준

∙KDS 14 20 50 콘크리트구조 철근상세 설계기준

∙KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준

∙KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준

∙KDS 14 20 60 프리스트레스트 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 62 프리캐스트 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 64 구조용 무근콘크리트 설계기준

∙KDS 14 20 66 합성콘크리트 설계기준

∙KDS 14 20 70 콘크리트 슬래브와 기초판 설계기준

∙KDS 14 20 72 콘크리트 벽체 설계기준

∙KDS 14 20 74 기타 콘크리트구조 설계기준

∙KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계구조 설계기준

∙KDS 14 20 90 기존 콘크리트구조물의 안전성 평가기준

(1) KDS 14 20 01(1.4)에 따른다.

∙ : 콘크리트의 유효인장면적, 일반적으로 철근이나 긴장재 주위의 콘크리트 유효인장깊이 와 단면의 폭으로 결정되는 콘크리트 면적, mm

∙ : 휨부재의 인장철근량, mm

∙ : 유효깊이, mm

∙ : 철근의 지름이나 다발 철근의 등가지름, mm

∙ : 크기가 각기 다른 철근을 사용하는 경우의 평균 철근지름, mm

∙ : 콘크리트 유효인장깊이, mm

∙ : 최외단 주철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트 최소 피복 두께, mm

∙ : 콘크리트의 탄성계수, MPa

∙ : 재령 28일에서 콘크리트의 초기접선탄성계수(), MPa

∙ : 철근의 탄성계수, MPa

∙ : 콘크리트의 유효인장강도로 일반적인 경우에는 평균인장강도 , 재령 28일 이전의 균열을 검토할 때는 그 재령에서의 인장강도, MPa

∙ : 콘크리트의 평균인장강도, MPa

∙ : 균열단면의 철근응력, MPa

∙ : 단면의 전체 깊이, mm

∙ : 부착강도에 따른 계수

∙ : 부재의 하중작용에 따른 계수

∙ : 평균 균열간격, mm

∙ : 철근의 지름이 인 철근의 개수

∙ : 철근의 지름이 인 철근의 개수

∙ : 철근에 작용하는 인장력

∙ : 콘크리트의 탄성계수에 대한 철근의 탄성계수비,

∙ : 시간

∙ : 내구성, 사용성(누수)에 관련하여 허용되는 균열폭, mm

∙ : 설계 균열폭, mm

∙ : 평균 균열폭, mm

∙ : 균열단면에서 콘크리트 압축연단부터 중립축까지 거리, mm

∙ : 콘크리트의 변형률

∙ : 균열간격 내의 평균 콘크리트변형률

∙ : 철근의 변형률

∙ : 균열간격 내의 평균 철근변형률

∙ : 편심을 가진 직접인장력을 받는 부재의 단면 표면 인장변형률 중 큰 값

∙ : 편심을 가진 직접인장력을 받는 부재의 단면 표면 인장변형률 중 작은 값

∙ : 균열폭 변동성을 고려한 균열폭 평가계수

∙ : 축 방향의 철근과 주인장 응력 방향 사이의 각도, °

∙ : 유효철근비

(1)구성에 관한 균열폭을 검토할 경우 구조물이 놓이는 환경조건을 고려하여야 한다.

(2)강재의 부식에 대한 환경조건으로서 부록 표 2-1과 같이 건조 환경, 습윤 환경, 부식성 환경, 고부식성 환경 등 4종류로 구분한다.

내용 없음.

(1)해석에 의해 균열을 검증할 때에는 부록 식 (4.1-1)에 따라 균열폭을 검증하여야 한다.

(4.1-1)

여기서, 는 설계 균열폭으로서 지속하중이 작용할 때 계산된 균열폭이다. 는 내구성, 사용성(누수) 및 미관에 관련하여 허용되는 균열폭이다.

(2)균열 검증에 적용하는 지속하중은 설계수명 동안 항상 작용하는 고정하중과 설계수명의 절반 이상의 기간 동안 지속해서 작용하는 하중들의 합으로서, 구조물의 특성을 고려하여 발주자 또는 건축주가 결정할 수 있다.

(1)철근콘크리트 구조물의 내구성 확보를 위한 허용균열폭은 부록 표 4.1-1에 따라야 한다.

(2)수처리 구조물의 내구성과 누수방지를 위한 허용균열폭은 부록 표 4.1-2에 따라야 한다.

(1)설계 균열폭은 부록 식 (4.1-2)에 따라 계산한다.

(4.1-2)

여기서, 는 설계 균열폭이고, 은 평균 균열폭이며, 는 평균 균열간격으로 부록 식 (4.1-3) 또는 부록 식 (4.1-4)에 따라 계산한다. 는 균열폭 평가계수로서 다음 (4)에 따른다. 는 균열간격 내의 평균 철근변형률이며, 는 균열간격 내의 평균 콘크리트변형률이다.

(2)평균 균열간격 는 부착된 철근의 중심 간격이 이하인 경우는 부록 식 (4.1-3)으로 계산하고, 부착된 철근의 중심 간격이 를 초과하는 경우는 부록 식 (4.1-4)로 계산한다.

(4.1-3)

(4.1-4)

여기서, 는 최외단 인장철근이나 긴장재의 표면과 콘크리트 표면 사이의 최소 피복 두께이고, 은 부착강도에 따른 계수로 이형철근은 0.8, 원형철근이나 긴장재는 1.6을 사용한다. 는 부재의 하중작용에 따른 계수로 휨모멘트를 받는 부재는 0.5, 직접인장력을 받는 부재는 1.0을 사용한다. 편심을 가진 직접인장력을 받는 부재나 부재의 국부적인 부분의 균열을 검증할 때에는 로 한다. 여기서 과 는 단면 표면의 인장변형률로서 둘 중의 큰 값을 으로 한다. 는 철근의 지름이나 다발철근의 등가지름으로, 크기가 각기 다른 철근이 조합된 경우에는 로 계산되는 평균 철근지름 를 사용한다. 여기서 은 철근의 지름이 인 철근의 개수이고, 는 철근의 지름이 인 철근의 개수이다. 는 콘크리트의 유효인장면적을 기준으로 한 철근비로 부록 식 (4.1-5)에 의해 계산한다. 콘크리트의 유효인장면적 는 부록 식 (4.1-6)에 의해 계산한다. 여기서, 는 콘크리트 유효인장깊이로서 휨모멘트를 받는 부재는 와 중 작은 값으로 하고, 직접인장력을 받는 부재는 와 중 작은 값으로 한다.

(4.1-5)

(4.1-6)

(3)평균 변형률은 부록 식 (4.1-7)에 의해 계산한다.

(4.1-7)

여기서, 는 균열단면의 철근응력이다. 은 콘크리트의 탄성계수에 대한 철근의 탄성계수비이다. 은 콘크리트의 유효인장강도로 일반적인 경우에는 평균인장강도 을 적용하고, 재령 28일 이전의 균열을 검토할 때는 그 재령에서의 인장강도를 적용한다. 콘크리트의 평균인장강도는 부록 식 (4.1-8)에 의해 계산하며, 은 KDS 14 20 10(4.3.3)에 따라 결정한다.

(4.1-8)

(4)균열폭 평가계수 의 값은 구조물의 특성을 고려하여 발주자 또는 건축주가 결정할 수 있다. 의 값은 평균 균열폭을 계산할 때에는 1.0을 적용하며, 최대 균열폭을 계산할 때에는 1.7을 적용한다.

(5)철근이 직교 2방향으로 보강된 부재에서 주응력 축과 철근방향 사이의 각이 15°보다 클 때는 부록 식 (4.1-9)에 의해 최대 균열간격 를 산정할 수 있다.

(4.1-9)

여기서, 는 방향 철근과 압축 주응력 방향 사이각이고, 와 는 와 방향으로 각각 계산한 균열 간격이다. 주응력 방향으로의 철근비 는 부록 식 (4.1-10)에 의해 계산하며, 여기서 과 는 방향과 방향에서 콘크리트 유효인장면적을 기준으로 각각 계산한 철근비이다.

(4.1-10)