합성구조 부재 설계기준 (하중저항계수설계법)

(1) 이 기준은 합성구조 부재의 해석 및 설계방법과 최소한의 요구조건을 규정한다.

(1) 이 기준의 규정은 압연형강, 용접형강 또는 강관이 구조용콘크리트와 함께 거동하도록 구성된 합성부재와 철근콘크리트슬래브와 이를 지지하는 강재보가 서로 연결되어 보와 슬래브가 함께 휨에 저항하도록 구성된 강재보에 적용한다. 전단연결재를 갖는 단순 및 연속합성보, 그리고 매입형합성보, 충전형합성보에도 동바리 사용 여부와 상관없이 적용한다.

(2) 합성부재를 포함하는 구조물의 부재 및 연결부(접합부)의 설계는 공사과정에서 각 증분하중이 가해지는 단계마다의 유효단면을 고려하여야 한다. 이외에 합성부재의 강도는 제작 및 공사과정에서 발생된 잔류응력, 잔류변형, 시공오차 등의 불완전성 영향을 고려하여야 한다.

(1) KDS 14 31 05(1.3)에 따른다.

(1) KDS 14 31 05(1.4)에 따른다.

(1) KDS 14 31 05(1.5)에 따른다.

내용 없음

(1) KDS 14 31 05(3)에 따른다.

(2) 구조용강재의 재료강도에 대한 제한사항은 4.2를 따른다.

합성구조에 사용된 콘크리트와 철근에 관련된 설계, 배근상세 및 재료성질은 KDS 14 20 00에 따른다. 추가적으로, 다음의 예외사항 및 제한사항을 준용한다.

(1) KDS 14 20 00 중 아래 내용에 대해 제외한다.

① 기둥 및 연결부(접합부) 철근의 특별 배치상세 중 강재 심부에 대한 사항

② 합성 콘크리트 압축부재의 설계에 관한 사항

③ 내진설계 시 특별 고려사항

(2) 콘크리트와 철근의 재료강도에 대한 제한사항은 4.2를 따른다.

(3) 횡방향 철근에 대한 구조 제한사항은 4.2와 KDS 14 20 50을 따른다.

(4) 매입형 합성부재에서 길이방향 철근의 최소철근비는 4.2를 따른다.

(5) KDS 14 20 00에 따라 설계된 콘크리트와 철근의 설계는 한계상태설계법의 하중조합에 따른다.

(1) 합성단면의 공칭강도는 소성응력분포법과 변형률적합법에 따라 결정한다.

(2) 합성단면의 공칭강도를 결정하는데 있어 콘크리트의 인장강도는 무시한다.

(3) 4.3에 정의된 충전형 합성부재는 국부좌굴의 영향을 고려해야 한다.

(4) 매입형 합성부재는 국부좌굴을 고려할 필요가 없다.

(1) 소성응력분포법에서는 강재가 인장 또는 압축으로 항복응력에 도달할 때 콘크리트는 축력과/또는 휨으로 인한 압축으로 0.85의 응력에 도달한 것으로 가정하여 공칭강도를 계산한다.

(2) 충전형 원형강관 합성기둥의 콘크리트가 축력과 휨, 축력 또는 휨으로 인한 압축응력을 받는 경우 구속효과를 고려한다. 원형강관의 구속효과를 고려한 콘크리트의 소성압축응력은 축압축력을 받는 원형 충전강관 기둥부재에서는 로 하고, 축압축력을 받지 않는 원형 충전강관 휨부재에서는 0.95로 한다.

(1) 변형률적합법에서는 단면에 걸쳐 변형률이 선형적으로 분포한다고 가정하며 콘크리트의 최대 압축변형률을 0.003으로 가정한다.

(2) 강재 및 콘크리트의 응력-변형률관계는 공인된 실험을 통해 구하거나 유사한 재료에 대한 공인된 결과를 사용한다.

합성구조에 사용되는 구조용 강재, 철근 및 콘크리트는 실험 또는 해석으로 검증되지 않을 경우 다음과 같은 제한조건들을 만족해야 한다.

(1) 설계강도의 계산에 사용되는 콘크리트의 설계기준 압축강도는 21 MPa 이상이어야 하며 70 MPa를 초과할 수 없다. 경량 콘크리트의 경우에는 설계기준 압축강도는 21 MPa 이상이어야 하며 42 MPa를 초과할 수 없다.

(2) 합성기둥의 강도를 계산하는 데 사용되는 구조용 강재 및 철근의 설계기준 항복강도는 650 MPa를 초과할 수 없다. 다만, 매입형 합성기둥의 강도산정은 4.4.1을 따른다.

(3) 교량의 합성기둥인 경우, 강재의 단면적이 전체단면의 4% 이상일 때에는 4.4.1.2의 규정에 의해 압축강도를 결정한다. 강재 또는 강판의 단면적이 전체단면적의 4% 이하일 경우에는 철근콘크리트 기둥으로 계산한다. 콘크리트의 압축강도는 21 MPa 이상 55 MPa 이하로 한다. 공칭압축강도 계산을 위한 강재의 길이방향 철근의 항복강도는 420 MPa를 넘지 않도록 한다.

(1) 압축력을 받는 충전형 합성부재의 단면은 조밀, 비조밀, 세장요소(표 4.3-1을 참조)로 분류한다. 충전형 합성단면의 압축 강재요소 중 최대 폭두께비가 를 초과하지 않는다면 조밀로 분류한다. 하나 또는 그 이상의 압축 강재요소의 최대 폭두께비가 를 초과하고 를 초과하지 않는다면 비조밀로 분류한다. 압축 강재요소 중에서 최대 폭두께비가 를 초과하는 요소가 있으면 세장으로 분류한다. 최대 허용 폭두께비는 표 4.3-1을 따른다.

(2) 각형강관과 원형강관의 폭() 또는 직경()과 두께()에 대한 정의는 KDS 14 31 10의 표 4.2-2를 참고한다.

(1) 휨을 받는 충전형 합성부재의 단면은 조밀, 비조밀, 세장으로 분류한다. 충전형합성단면의 압축강재요소 중 최대폭두께비가 를 초과하지 않는다면 조밀로 분류한다. 하나 또는 그 이상의 압축강재요소의 최대폭두께비가 를 초과하고 를 초과하지 않는다면 비조밀로 분류한다. 압축강재요소 중에서 최대폭두께비가 를 초과하는 요소가 있으면 세장으로 분류한다. 최대허용 폭두께비는 표 4.3-2를 따른다.

(2) 각형강관과 원형강관의 폭() 또는 직경()과 두께()에 대한 정의는 KDS 14 31 10의 표 4.2-2를 참고한다.

(1) 이 규정은 매입형 합성부재와 충전형 합성부재에 적용한다.

매입형 합성기둥 부재는 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.

(1) 강재 코아의 단면적은 합성부재 총단면적의 1% 이상으로 한다.

(2) 강재 코아를 매입한 콘크리트는 연속된 길이방향 철근과 띠철근 또는 나선철근으로 보강되어야 한다. 횡방향 철근의 중심간 간격은 직경 D10의 철근을 사용할 경우에는 300 mm 이하, 직경 D13 이상의 철근을 사용할 경우에는 400 mm 이하로 한다. 이형철근망이나 용접철근을 사용하는 경우에는 앞의 철근에 준하는 등가단면적을 가져야 한다. 또한 횡방향 철근의 최대간격은 강재 코아의 설계항복강도가 450 MPa 이하일 경우에는 부재단면에서 최소크기의 0.5배를 초과할 수 없으며 강재 코아의 설계기준 항복강도가 450 MPa를 초과하는 경우는 부재단면에서 최소크기의 0.25배를 초과할 수 없다.

(3) 연속된 길이방향 철근의 최소철근비 는 0.004로 하며 다음과 같은 식으로 구한다.

(4.4-1)

여기서, : 연속 길이방향 철근의 단면적(mm2)

: 합성부재의 총단면적(mm2)

(4) 교량의 매입형 합성기둥 부재인 경우, 합성단면은 최소한 하나의 대칭축을 가져야 하고 콘크리트로 둘러싸인 강재 단면은 길이방향 및 횡방향으로 보강해야 한다. 보강방법에 대해서는 콘크리트 단면의 설계규정을 따르고, 횡방향 띠철근 간격은 다음을 초과할 수 없다.

① 길이방향 철근지름의 16배

② 띠철근 지름의 48배

③ 합성단면 최소변길이의 1/2

(1) 축하중을 받는 2축대칭 매입형 합성부재의 설계압축강도 은 기둥세장비에 따른 휨좌굴 한계상태로부터 다음과 같이 구한다.

① 인 경우

(4.4-2)

② 인 경우

(4.4-3)

여기서, (4.4-4)

: 탄성임계좌굴하중 (4.4-5)

: 강재 단면적(mm2)

: 콘크리트 단면적(mm2); 단, 강재 코아의 설계기준 항복강도가 450 MPa를 초과할 경우는 로 해야 한다.

: 피복두께와 띠철근 직경을 제외한 심부콘크리트 유효단면적(mm2)

: 연속된 길이방향철근의 단면적(mm2)

: 콘크리트의 탄성계수(MPa)

: 강재의 탄성계수(MPa)

: 철근의 탄성계수(MPa)

: 콘크리트의 설계기준 압축강도(MPa)

: 강재의 설계기준 항복강도(MPa)

: 철근의 설계기준 항복강도(MPa)

: 콘크리트 단면의 단면2차모멘트(mm4)

: 강재 단면의 단면2차모멘트(mm4)

: 철근단면의 단면2차모멘트(mm4)

: 부재의 유효좌굴길이계수

: 부재의 횡지지길이(mm)

: 길이효과를 고려하지 않은 공칭압축강도 (N); 매입형 합성부재는 식 (4.4-4), 충전형 합성부재는 식 (4.4-9)에 의해 구한다.

: 콘크리트의 단위체적 당 무게 (kg/m3)

: 합성단면의 유효강성(N⋅mm2). 단, 설계기준강도가 450MPa 초과하여도 콘크리트 전체단면적()을 사용한다.

(4.2-6)

(4.2-7) 여기서, 는 매입형 합성압축부재의 유효강성을 구하기 위한 계수

(2) 합성부재의 설계압축강도는 순강재 부재의 설계압축강도 이상으로 한다.

(1) 매입형 합성기둥의 설계인장강도 는 항복한계상태로부터 다음과 같이 구하며 강도저항계수 을 적용한다.

(4.4-8)

(1) 강재 코아와 길이방향 철근의 최소 순간격은 철근직경의 1.5배 이상 또는 40 mm 중 큰 값으로 한다.

(2) 플랜지에 대한 콘크리트 순피복두께는 플랜지폭의 1/6 이상으로 한다.

(3) 합성단면이 2개 이상의 형강재를 조립한 단면인 경우 형강재들은 콘크리트가 경화하기 전에 가해진 하중에 의해 각각의 형강재가 독립적으로 좌굴하는 것을 막기 위해 띠판 등과 같은 부재들로 서로 연결해야 한다.

(1) 강관의 단면적은 합성기둥 총단면적의 1% 이상으로 한다.

(2) 충전형 합성부재는 4.3.1에 따라서 국부좌굴효과를 고려하여 분류한다.

(1) 축하중을 받는 2축대칭 충전형 합성부재의 설계압축강도 은 4.4.1.2에 따라 휨좌굴 한계상태로부터 구하며 다음 식을 사용한다.

① 조밀단면

(4.4-9)

여기서, (4.4-10)

: 사각형 단면에서는 , 원형 단면에서는 ,

: 강관의 두께

② 비조밀단면

(4.4-11)

여기서, , 와 은 표 4.3-2의 폭(직경)두께비 제한값이며, 는 식 (4.4-10)에 의해 결정된다.

(4.4-12)

③ 세장단면

(4.4-13)

여기서,

가. 사각형 단면인 경우

(4.4-14)

나. 원형 단면인 경우

(4.4-15)

(2) 합성단면의 유효강성은 다음 식으로 구한다.

(4.4-16)

여기서, 는 충전형 합성압축부재의 유효강성을 구하기 위한 계수

(4.4-17)

(3) 합성부재의 설계압축강도는 순강재 부재의 설계압축강도 이상으로 한다.

(1) 충전형 합성기둥의 설계인장강도 은 항복한계상태로부터 다음과 같이 구한다.

(4.4-18)

(1) 외력이 매입형 합성부재 또는 충전형 합성부재에 축방향으로 가해질 때, 부재로의 힘 도입과 부재 안에서의 길이방향 전단력의 전달은 이 조항에 있는 힘의 분배에 대한 요구사항에 따라 평가한다.

(2) 4.4.3.3에 따라 결정된 적절한 힘 전달기구의 설계강도 은 4.4.3.2에서 구한 길이방향 소요전단력 이상이어야 한다.

강재와 콘크리트 간에 전달되어야 할 힘의 크기는 다음 요구사항에 따른 외력의 분배로 한다.

(1) 외력이 강재 단면에 직접 가해지는 경우

모든 외력이 강재 단면에 직접 가해지는 경우, 콘크리트에 전달되어야 할 힘 은 다음과 같이 구한다.

(4.4-19)

여기서, : 길이효과를 고려하지 않은 공칭압축강도 (N); 매입형 합성부재는 식 (4.4-4), 충전형 합성부재는 식 (4.4-9)에 의해 구한다.

: 합성부재에 가해지는 소요외력 (N)

(2) 외력이 콘크리트에 직접 가해지는 경우

모든 외력이 피복 콘크리트 또는 충전 콘크리트에 직접 가해지는 경우, 강재에 전달되어야 할 힘 은 다음과 같이 구한다.

(4.4-20)

(3) 외력이 강재 단면과 콘크리트에 동시에 가해지는 경우

외력이 강재 단면과 매입 콘크리트 또는 충전 콘크리트에 동시에 가해지는 경우, 콘크리트에서 강재 또는 강재에서 콘크리트로 전달되어야 할 힘 은 강재에 직접 가해지는 외력의 일부 와 식 (4.4-20)에서 산정한 힘 과의 차이로 한다.

(4.4-21)

여기서, : 강재에 직접 가해지는 외력의 일부 힘 (N)

(1) 직접부착작용, 전단열결 및 직접지압에 의한 힘 전달기구의 공칭강도 은 다음 규정에 따라 산정된다. 이 중에서 가장 큰 공칭강도의 힘 전달기구를 사용할 수 있으나, 이러한 힘 전달기구들은 중첩하여 사용할 수 없다.

(2) 길이방향 전단력 이 직접부착강도에 의한 설계전단강도를 초과할 경우에는 ① 또는 ②에 의한 힘의 전달기구를 사용하여야 한다.

① 직접지압강도

힘이 내부지압기구에 의한 직접지압에 의해 매입형 또는 충전형 합성부재에 전달되는 경우, 설계지압강도는 다음과 같이 콘크리트압괴의 한계상태로부터 구한다.

(4.4-22)

여기서, : 관통 거셋플레이트 또는 베어링 플레이트 등의 하부 지압면적(mm2)

② 전단접합

힘이 전단접합에 의해 매입형 또는 충전형 합성부재에 전달되는 경우, 스터드 전단연결재 또는 ㄷ형강 전단연결재의 설계전단강도는 다음과 같이 구한다.

(4.4-23)

여기서, : 4.4.3.4에 정의한 하중도입부 길이 안에 배치된 스터드 전단연결재 또는 ㄷ형강 전단 연결재의 설계전단강도 의 합 (N); 스터드 전단연결재의 는 4.8.2.1로부터, ㄷ형강 전단연결재의 는 4.8.2.2로부터 구한다.

③ 직접부착강도

힘이 직접부착작용에 의해 충전형 합성부재 및 매입형 합성부재에 전달되는 경우, 강재와 콘크리트 사이의 설계부착강도는 다음과 같이 구한다.

(4.4-24)

여기서, : H형강 또는 강관의 전둘레 길이와 하중도입부의 길이에 해당하는 공칭부착강도 (N)

: H형강 또는 강관의 둘레길이 (mm)

: 4.4.3.4에서 규정한 하중도입부의 길이 (mm)

: 표 4.4-1에서 규정된 공칭부착응력(MPa)

표 4.4-1의 공칭부착응력은 콘크리트와 접하는 강재단면 표면에 도장, 기름, 윤활유 및 녹 등이 없는 경우에 가정된 값이다.

표 4.4-1 공칭부착응력,

단면 종류		,
콘크리트에 완전히 매입된 강재단면		0.66
콘크리트충전 각형강관 단면	조밀단면	0.4
	비조밀, 세장단면	0.4
콘크리트충전 원형강관 단면	조밀단면	1.22
	비조밀, 세장단면	0.4
※ 일반적이지 않은 형상은 별도의 실험으로 증명한 공칭부착응력을 사용할 수 있다.

표 4.4-1에 주어진 콘크리트에 완전 매입된 H형강 단면의 공칭부착응력 은 플랜지에 대한 콘크리트의 최소 유효 피복두께가 40 mm이고 4.4.1.4의 (1)과 (2)를 만족하고, 4.4.1.1에 따른 횡방향 철근과 길이방향 철근이 있는 단면에 적용할 수 있다. 플랜지에 대한 유효 피복두께가 더 두껍고, 플랜지의 피복 콘크리트를 충분히 구속시킬 수 있는 횡방향 철근과 길이방향 철근이 있는 경우에는 좀 더 높은 부착응력 값을 사용할 수 있다. 피복두께를 고려한 공칭부착응력은 실험으로 증명되지 않는 한, 값을 사용하여야 하며, 는 식 (4.4-25)에 의해 결정한다.

(4.4-25)

여기서, : 플랜지면에 대한 콘크리트의 유효 피복두께 (mm). 유효 피복두께는 플랜지 면에 대한 콘크리트의 순피복 두께에서 띠철근의 외부 면에 대한 순피복 두께를 제외한 두께로 한다.

(1) 매입형 합성부재

① 길이방향 전단력을 전달하기 위한 강재 전단연결재는 하중도입부의 길이 안에 배치한다. 하중도입부의 길이는 하중작용방향으로 합성부재 단면의 최소폭의 2배와 부재길이의 1/3 중 작은 값 이하로 한다. 길이방향 전단력을 전달하기 위한 강재 전단연결재는 강재 단면의 축에 대해 대칭인 형태로 최소한 2면 이상에 배치한다.

② 하중도입부의 길이구간과 이외 구간에 배치하는 강재 전단연결재의 간격은 4.4.3.5에 따른다.

(2) 충전형 합성부재

① 길이방향 전단력을 전달하기 위한 강재 전단연결재는 하중도입부의 길이 안에 배치한다. 하중도입부의 길이는 하중작용방향으로 합성부재 단면의 최소폭의 2배와 부재길이의 1/3 중 작은 값 이하로 한다.

② 하중도입부의 길이구간과 이외 구간에 배치하는 강재 전단연결재의 간격은 4.4.3.5에 따른다.

(1) 부재의 직각방향 하중 또는 단부모멘트 또는 직각방향 하중과 단부모멘트에 의해 발생되는 하중도입부 이외 구간에서의 콘크리트와 강재 사이 접촉면의 길이방향 소요 전단응력 분포를 확인해야 한다. 길이방향 소요전단응력이 표 4.4-1의 값에 강도저항계수 를 곱한 설계전단응력 을 초과하는 경우에는 4.8에 따라서 전단연결재로 보강해야 한다.

(2) 보다 정밀한 방법에 의하지 않는 한, 접촉면에서의 길이방향 소요전단응력은 콘크리트의 장 기효과와 균열을 고려한 탄성해석에 의해 구한 값을 사용할 수 있다.

(1) 이 규정은 압연형강, 용접형강 또는 강관이 구조용 콘크리트와 함께 거동하도록 구성된 철근콘크리트 슬래브와 이를 지지하는 강재보가 서로 연결되어 보와 슬래브가 함께 휨에 저항하도록 구성된 교량용 거더를 제외한 합성보에 적용한다.

(2) 교량용 강합성거더의 설계는 KDS 14 31 10의 4.3.3 교량용 거더를 따른다.

(3) 강재 전단연결재를 갖는 단순 및 연속합성보 그리고 매입형 합성보에도 동바리 사용여부와 상관없이 적용한다.

(1) 이 규정은 휨을 받는 다음 세 종류의 합성부재에 적용한다. 즉 스터드 전단연결재 또는 ㄷ형강 전단연결재로 구성된 강재 전단연결재가 있는 합성보, 매입형 합성부재 및 충전형 합성부재이다. 이외 다른 형태의 휨부재인 합성트러스와 합성데크슬래브는 4.9를 따른다.

(2) 유효폭

콘크리트 슬래브의 유효폭은 보중심을 기준으로 좌우 각 방향에 대한 유효폭의 합으로 구하며 각 방향에 대한 유효폭은 다음 중에서 최솟값으로 구한다.

① 보경간(지지점의 중심간)의 1/8

② 보중심선에서 인접보 중심선까지 거리의 1/2

③ 보중심선에서 슬래브 가장자리까지의 거리

(3) 시공 중의 강도

동바리를 사용하지 않는 경우, 콘크리트의 강도가 설계기준강도의 75%에 도달하기 전에 작용하는 모든 시공하중은 강재단면 만에 의해 지지해야 한다. 강재 단면의 휨강도는 KDS 14 31 10에 따라 구한다.

(1) 강재 전단연결재는 스터드 전단연결재 또는 ㄷ형강 전단연결재를 사용한다.

(2) 정모멘트에 대한 휨강도

정모멘트에 대한 설계휨강도 은 항복한계상태로부터 다음과 같이 구한다.

① 인 경우 은 합성단면의 항복한계상태에 대해 소성응력분포로부터 산정한다(소성모멘트).

② 인 경우 은 동바리의 영향을 고려하여 항복한계상태에 대해 탄성응력을 중첩하여 구한다(항복모멘트).

여기서, : 웨브의 높이(mm)

: 웨브의 두께(mm)

(3) 부모멘트에 대한 휨강도

부모멘트에 대한 설계휨강도 은 KDS 14 31 10에 따라 강재단면만을 사용하여 구해야 한다. 또는 부모멘트에 대한 설계휨강도는 아래와 같은 계수를 사용하여 항복한계상태(소성모멘트)에 대해 합성단면의 소성응력분포로부터 구할 수 있다.

다만, 이 때에는 다음과 같은 조건들을 만족해야 한다.

① 강재보는 조밀단면이며 KDS 14 31 10에 따라 적절히 횡지지해야 한다.

② 부모멘트구간에서는 콘크리트 슬래브와 강재보 사이에 강재 전단연결재를 설치해야 한다.

③ 유효폭 내의 강재보에 평행한 슬래브철근은 적절히 정착해야 한다.

(4) 골데크플레이트를 사용한 합성보

① 일반사항

강재보와 데크플레이트 슬래브로 이루어진 합성부재의 설계휨강도는 4.5.2(1)과 4.5.2(2)에 따라 구하되 다음과 같은 조건들을 만족해야 한다.

가. 데크플레이트의 공칭골깊이는 75 mm 이하이어야 한다. 더 큰 골높이의 사용은 실험과 해석을 통하여 정당성을 증명해야 한다. 골의 폭 또는 헌치의 평균폭 은 50 mm 이상이어야 하며 계산에 사용될 경우 데크플레이트 상단의 최소 순폭 이하로 한다.

나. 콘크리트 슬래브와 강재보를 연결하는 스터드는 직경이 19 mm 이하이어야 하며 데크플레이트를 통하거나 아니면 강재보에 직접 용접해야 한다. 스터드는 부착 후 데크플레이트 상단 위로 38 mm 이상 돌출해야 하며 스터드 전단연결재의 상단 위로 13 mm 이상의 콘크리트피복이 있어야 한다.

다. 데크플레이트 상단 위의 콘크리트두께는 50 mm 이상이어야 한다.

라. 데크플레이트는 지지부재에 450 mm 이하의 간격으로 고정해야 한다. 데크플레이트의 고정은 스터드나 스터드와 점용접의 조합, 또는 설계자에 의해 명시된 방법에 의해 이루어져야 한다.

② 데크플레이트의 골방향이 강재보와 직각인 경우

골 내부의 콘크리트는 합성단면의 성능산정이나 의 계산에 포함할 수 없다.

③ 데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행인 경우

골 내부의 콘크리트는 합성단면의 성능산정에 포함될 수 있으며 의 계산에 포함한다. 지지보 위의 데크플레이트 골은 길이방향으로 절단한 후 간격을 벌림으로써 콘크리트 헌치를 형성하도록 할 수 있다. 데크플레이트의 공칭깊이가 40 mm 이상일 때 골 또는 헌치의 평균 폭 은 스터드가 일렬배치인 경우에는 50 mm 이상이어야 하며 추가되는 스터드마다 스터드 직경의 4배를 더해 주어야 한다.

(5) 강재와 슬래브 사이의 하중전달

① 정모멘트구간에서의 하중전달 4.5.3의 매입형 합성단면을 제외하고는, 강재보와 슬래브면 사이의 전체 수평전단력은 강재 전단연결재에 의해서만 전달된다고 가정한다. 휨모멘트를 받는 강재보와 콘크리트가 합성작용을 하기 위해서는, 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 총 수평전단력 는 콘크리트의 압괴, 강재 단면의 인장항복, 그리고 강재 전단연결재의 강도 등의 3가지 한계상태로부터 구한 값 중에서 가장 작은 값으로 한다. 강재 전단연결재의 강도는 4.8을 따른다.

가. 콘크리트 압괴

(4.5-1a)

나. 강재단면의 인장항복

(4.5-1b)

다. 강재 전단연결재의 강도

(4.5-1c)

여기서, : 유효폭 내의 콘크리트 단면적(mm2)

: 강재 단면적(mm2)

: 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0인 위치 사이 강재 전단연결재 공칭강도의 합(N)

② 부모멘트 구간에서의 하중전달

연속합성보에서 부모멘트구간의 슬래브 내에 있는 길이방향 철근이 강재보와 합성으로 작용하는 경우, 부모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 총수평전단력 는 슬래브철근의 항복과 강재 전단연결재의 강도 등의 2가지 한계상태로부터 구한 값 중에서 작은 값으로 한다.

가. 슬래브철근의 인장항복

(4.5-2a)

여기서, : 콘크리트 슬래브의 유효폭 내에 있는 적절하게 정착된 길이방향 철근의 단면적(mm2)

: 철근의 설계기준 항복강도 (MPa)

나. 강재 전단연결재의 강도

(4.5-2b)

(1) 매입형 합성부재의 설계휨강도는 와 공칭휨강도 을 곱하여 산정한다.

(2) 공칭휨강도 은 다음 방법 중의 하나를 사용하여 구한다.

① 항복한계상태(항복모멘트): 동바리의 효과를 고려하여 합성단면에 작용하는 탄성응력을 중첩하여 산정한다.

② 강재 단면의 항복한계상태(소성모멘트): 강재 단면만의 소성응력분포를 사용하여 구한다.

③ 합성단면에 작용하는 소성응력분포를 사용하여 구하거나 변형률적합법을 사용하여 구한다.

(3)매입형 합성부재에는 강재 전단연결재를 사용해야 한다.

(1) 충전형 합성단면은 4.3.2에 따라 국부좌굴에 의해 분류한다.

(2) 충전형 합성단면의 설계휨강도는 와 공칭휨강도 을 곱하여 산정한다.

(3) 공칭휨강도 은 다음과 같이 구한다.

① 조밀단면

(4.5-3)

여기서, :합성단면의 소성응력분포로부터 구한 모멘트 (N⋅mm)

② 비조밀단면

(4.5-4)

여기서, 와 은 표 4.3-2의 판폭(직경)두께비 제한값

: 인장플랜지의 항복과 압축플랜지의 첫 항복에 대응하는 항복모멘트(N⋅mm). 첫 항복에서의 저항능력은 0.7의 최대 콘크리트 압축응력과 의 최대 강재응력의 선형탄성 응력분포로 가정하여 계산한다.

③ 세장단면

공칭휨강도는 첫 항복모멘트로부터 구한다. 압축플랜지 응력은 식 (4.4-14) 또는 식 (4.4-15)로부터 구한 국부좌굴응력 로 제한한다. 콘크리트 응력분포는 최대압축응력을 0.7로 한 선형탄성 응력분포로 한다.

충전형 및 매입형 합성부재의 설계전단강도 은 다음 중에서 한 가지 방법으로 구한다.

(1) 강재 단면 만의 설계전단강도

(2) KDS 14 20 22에 따른 철근콘크리트(콘크리트와 철근의 합)만의 전단강도. 강도저감계수는 다음 값을 사용한다.

단, 무근콘크리트로 채운 충전형 합성부재는 KDS 14 20 00에 따른다.

(3) 강재 단면의 공칭전단강도와 KDS 14 20 00에 따른 철근의 공칭전단강도의 합. 강도저감계수는 다음 값을 사용한다.

(1) 강재 전단연결재를 갖는 노출형 합성보의 설계전단강도는 KDS 14 31 10에 따라 강재 단면만의 특성으로부터 구한다.

(1) 합성부재에 압축력과 휨이 동시에 작용하는 경우 KDS 14 31 15에서 요구되는 안정성을 고려해야 한다.

(2) 매입형 합성부재의 설계압축강도와 설계휨강도는 4.4.1.2와 4.5.3에 따라서 각각 구한다. 충전형 합성부재의 설계압축강도와 설계휨강도는 4.4.2.2와 4.5.4에 따라서 각각 구한다. 압축강도에 미치는 길이의 영향을 고려한 부재의 공칭압축강도는 4.4.1.2에 따라 구한다.

(3) 매입형 합성부재와 조밀단면의 충전형 합성부재에 대한 축력과 휨의 상호관계는 KDS 14 31 10의 식 (4.4-1)의 상호관계식 또는 KDS 14 31 10의 식 (4.4-2)에서 규정한 방법 중의 1가지 방법에 따른다.

(4) 비조밀 또는 세장단면의 충전형 합성부재에 대한 축력과 휨의 상호관계는 KDS 14 31 10의 식 (4.4-1)의 상호관계식에 따른다.

(1) 합성부재에 휨과 전단력이 동시에 작용하는 경우 KDS 14 31 10의 4.4.3에 따라 강재 단면만의 특성으로부터 구한다.

(1) 스터드 앵커(전단연결재)의 직경은 강재단면의 웨브판과 직접 연결된 플랜지부분에 용접하는 경우 이외에 플랜지두께의 2.5배를 초과할 수 없다.

(2) 4.8.2은 강재 앵커(전단연결재)가 콘크리트 슬래브 또는 골데크의 콘크리트에 매입된 합성휨부재에 적용한다. 4.8.3은 이외 모든 다른 경우에 적용한다.

(1) 용접 후 밑면에서 머리 최상단까지의 스터드 전단연결재 길이는 몸체직경의 4배 이상으로 한다.

(1) 콘크리트 슬래브 또는 합성슬래브에 매입된 스터드 전단연결재 1개의 공칭강도 은 다음과 같이 산정한다.

(4.8-1)

여기서, : 스터드 전단연결재의 단면적(mm2)

: 콘크리트의 탄성계수(MPa)

: 스터드 전단연결재의 인장강도(MPa)

: (a) 데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각이며 골 내에 용접되는 스터드 전단연결재의 개수가 1개인 경우

(b) 스터드 전단연결재가 일렬로 강재에 직접 용접된 경우

(c) 데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행하며 스터드 전단연결재가 데크를 통해 일렬로 용접되며 골의 평균폭과 골의 높이의 비가 1.5 이상인 경우

: (a) 데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각이며 골 당 스터드 전단연결재의 개수가 2개인 경우

(b)데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행하며, 스터드 전단연결재가 데크를 통해 용접되며 골의 평균폭과 골의 높이의 비가 1.5보다 작으며 스터드 전단연결재의 개수가 1개인 경우

: 데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각이며 골 내에 용접되는 스터드 전단연결재의 개수가 3개 이상인 경우

: (a) 형강에 직접 용접된 스터드 전단연결재

(b) 데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각이며 50 mm인 합성슬래브에 용접되는 스터드 전단연결재의 경우

(c) 데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행하며 합성슬래브에 매입되는 스터드 전단연결재가 데크플레이트를 통해 용접되는 경우

(d)거더의 채움재로 (큰보의 강재보와 데크플레이트 사이의 길쭉한 틈에) 사용되는 강재 데크 또는 평판을 통하여 용접된 스터드 전단연결재, 데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행한 합성슬래브에 매입되는 스터드 전단연결재의 경우

: 데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각이며 50 mm인 합성슬래브에 용접되는 스터드의 경우

: 스터드 몸체의 바깥면으로부터 데크플레이트 웨브(데크골의 중간높이)까지의 거리이며 스터드의 하중저항방향, 즉 단순보에서 최대모멘트의 방향으로의 거리

: 콘크리트의 단위체적 당 무게( kg/m3)

(2) 표 4.8-1은 여러 가지 경우에 대한 와 의 값을 나타낸 것이다.

표 4.3-4 와 의 값

조건
골데크플레이트를 사용하지 않은 경우			1	0.75
데크플레이트의 골방향이 강재보와 평행한 경우			1	0.75
			0.85*	0.75
데크플레이트의 골방향이 강재보에 직각인 경우에 데크플레이트의 골 당 스터드 전단연결재의 개수	약한 위치의 스터드 전단연결재	1개	1	0.6
		2개	0.85	0.6
		3개 이상	0.7	0.6
	강한 위치의 스터드 전단연결재	1개	1	0.75
		2개	0.85	0.75
		3개 이상	0.7	0.75
: 리브의 공칭높이 (mm) : 콘크리트 리브 또는 헌치의 평균 폭 (mm) * : 스터드 전단연결재가 1개인 경우 ∙약한 위치의 스터드 전단연결재 : 50 mm인 경우 ∙강한 위치의 스터드 전단연결재 : 50 mm인 경우

(1) 충실형 콘크리트 슬래브에 매입된 ㄷ형강 전단연결재 1개의 공칭강도는 다음 식으로 구한다.

(4.8-2)

여기서, : ㄷ형강 전단연결재의 플랜지두께(mm)

: ㄷ형강 전단연결재의 웨브두께(mm)

: ㄷ형강 전단연결재의 길이(mm)

(2) ㄷ형강 전단연결재는 편심의 영향을 고려하여 의 힘을 받을 수 있도록 보플랜지에 용접해야 한다.

(1) 정 또는 부모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이에 배열되는 강재 전단연결재의 소요개수는 4.5.2(5)에서 구한 총수평전단력을 4.8.2.1(1) 또는 4.8.2.1(2)에서 구한 강재 전단연결재의 공칭강도로 나눈 값으로 구한다.

(2) 집중하중이 작용하는 위치와 이와 가장 가까운 모멘트가 0이 되는 위치 사이에 강재 전단연결재의 소요개수는 집중하중이 작용하는 위치의 최대모멘트를 받을 수 있도록 충분한 수를 사용한다.

(1) 별도의 시방이 없는 한, 정 또는 부모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이에 일정한 간격으로 배치한다.

(2) 데크플레이트의 골에 설치되는 강재 전단연결재를 제외하고, 전단연결재의 측면 피복은 25 mm 이상이 되어야 한다.

(3) 강재 전단연결재의 중심에서 전단력 방향에 있는 가장자리까지의 거리는 보통콘크리트에서는 200 mm 이상, 경량콘크리트에서는 250 mm 이상으로 한다. 강재보의 웨브 위에 위치하지 않는 경우, 전단연결재의 직경은 용접되는 플랜지 두께의 2.5배를 초과해서는 안 된다. 이 규정 대신에 KDS 14 20 00을 사용할 수 있다.

(4) 스터드 전단연결재의 중심 간 간격은 합성보의 길이방향으로는 스터드 전단연결재 직경의 6배 이상이 되어야 하며 직각방향으로는 직경의 4배 이상이 되어야 한다. 다만 골방향이 강재보에 직각인 데크플레이트의 골 내에 설치되는 경우, 중심간 간격은 모든 방향으로 스터드 전단연결재 직경의 4배 이상이 되어야 한다.

(5) 강재 앵커의 중심 간 간격은 슬래브 총 두께의 8배 또는 900 mm를 초과할 수 없다.

(1) 이 규정은 매입형 합성부재 안에 사용하는 스터드 전단연결재 또는 ㄷ형강 전단연결재의 설계에 적용한다. 이 조항 대신에 KDS 14 20 00을 사용할 수 있다.

(2) 보통 콘크리트를 사용하는 경우, 전단력만 받는 스터드 전단연결재의 길이는 몸체직경의 5배 이상으로 한다. 인장 또는 전단과 인장의 조합력을 받는 스터드 전단연결재의 길이는 몸체직경 8배 이상으로 한다.

(3) 경량 콘크리트를 사용하는 경우, 전단력만 받는 스터드 전단연결재의 길이는 몸체직경의 7배 이상으로 한다. 인장력을 받는 스터드 전단연결재의 길이는 몸체직경의 10배 이상으로 한다. 전단과 인장의 조합력을 받는 스터드 전단연결재의 공칭강도는 KDS 14 20 00을 따른다.

(4) 인장 또는 전단과 인장의 조합력을 받는 스터드 전단연결재의 머리직경은 몸체직경의 1.6배 이상으로 한다.

(5) 표 4.8-2는 각 하중조건에 대한 스터드 전단연결재의 최소 길이 / 직경비()를 나타낸 것이다.

표 4.8-2 스터드 전단연결재의 최소 길이/직경비

하중조건	보통콘크리트	경량콘크리트
전단
인장
전단과 인장의 조합력		*
몸체직경에 대한 스터드 전단연결재의 길이의 비 * 경량 콘크리트에 묻힌 전단연결재에 대한 조합력의 작용효과는 KDS 14 20 00에 따른다.

(1) 한계상태가 콘크리트 전단파괴강도가 아닌 경우, 스터드 전단연결재의 1개에 대한 설계전단강도는 다음과 같이 구한다.

(4.8-3)

여기서, : 스터드 전단연결재의 공칭전단강도 (N)

: 스터드 전단연결재의 단면적 (mm2)

: 스터드 전단연결재의 설계기준인장강도 (MPa)

(2) 한계상태가 콘크리트 전단파괴강도인 경우, 스터드 전단연결재 1개에 대한 설계전단강도는 다음 중 한 가지 방법으로 구한다.

① 스터드 전단연결재 파괴면의 양측에 KDS 14 20 00에 따라 전단연결재 철근이 배근된 경우, 스터드 전단연결재의 공칭전단강도 는 식 (4.8-3)으로 구한 강재의 공칭전단강도와 전단연결재 철근의 공칭강도 중의 최솟값으로 한다.

② KDS 14 20 00에 있는 방법

(1) 전단연결재의 중심에서 스터드 전단연결재의 높이에 직교한 콘크리트 단부까지의 거리가 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 1.5배 이상이고, 스터드 전단연결재의 중심간 간격이 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 3배 이상인 경우, 스터드 전단연결재의 1개에 대한 설계인장강도는 다음과 같이 구한다.

(4.8-4)

여기서, : 강재 스터드 전단연결재의 공칭인장강도 (N)

: 강재 스터드 전단연결재의 단면적 (mm2)

: 강재 스터드 전단연결재의 설계기준 인장강도 (MPa)

(2) 전단연결재의 중심에서 스터드 전단연결재의 높이에 직교한 콘크리트 단부까지의 거리가 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 1.5배 미만이고, 스터드 전단연결재의 중심 간 간격이 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 3배 미만인 경우, 스터드 전단연결재의 1개에 대한 공칭인장강도는 다음 중 한 가지 방법으로 구한다.

① 스터드 전단연결재 파괴면의 양측에 KDS 14 20 00에 따라 전단연결재 철근이 배근된 경우, 스터드 전단연결재의 공칭인장강도 는 식 (4.8-4)로 구한 강재의 공칭전단강도와 전단연결재 철근의 공칭강도 중의 최솟값으로 한다.

② KDS 14 20 00에 있는 방법

(1) 한계상태가 콘크리트 전단파괴강도가 아닌 경우, 전단연결재의 중심에서 스터드 전단연결재의 높이에 직교한 콘크리트 단부까지의 거리가 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 1.5배 이상이고, 스터드 전단연결재의 중심간 간격이 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 3배 이상이면, 스터드 전단연결재의 1개에 대한 전단과 인장의 상호작용에 대한 공칭강도는 다음과 같이 구한다.

(4.8-5)

여기서, :소요인장강도 (N)

:설계인장강도 (N)

:소요전단강도 (N)

:설계전단강도 (N)

소요인장강도 와 소요전단강도 는 설계요구사항에 따른 하중조합에서 요구하는 강도이다. 강도저항계수는 다음과 같다.

, 인장저항계수

, 전단저항계수

(2) 한계상태가 콘크리트 전단파괴강도인 경우이거나, 전단연결재의 중심에서 스터드 전단연결재의 높이에 직교한 콘크리트 단부까지의 거리가 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 1.5배 미만이거나, 스터드 전단연결재의 중심간 간격이 스터드 전단연결재 상단까지 높이의 3배 미만인 경우, 스터드 전단연결재의 1개에 대한 전단과 인장의 상호작용에 대한 공칭강도는 다음 중 한 가지 방법으로 구한다.

① 스터드 전단연결재 파괴면의 양측에 KDS 14 20 00에 따라 전단연결재 철근이 배근된 경우, 식 (4.8-5)에 사용하는 스터드 전단연결재의 공칭전단강도 는 식 (4.8-3)으로 구한 강재의 공칭전단강도와 전단연결재 철근의 공칭강도 중의 최솟값으로 하고, 스터드 전단연결재의 공칭인장강도 는 식 (4.8-4)로 구한 강재의 공칭전단강도와 전단연결재 철근의 공칭강도 중의 최솟값으로 한다.

② KDS 14 20 00에 있는 방법

(1) ㄷ형강 전단연결재의 설계전단강도는 식 (4.8-6)에 따라 구한 공칭전단강도와 다음의 저항계수에 의해 구한다.

(4.8-6)

여기서, : ㄷ형강 전단연결재의 플랜지 두께 (mm)

: ㄷ형강 전단연결재의 웨브 두께 (mm)

: ㄷ형강 전단연결재의 길이 (mm)

(2) ㄷ형강 전단연결재의 강도는 편심의 영향을 고려하여 의 힘을 받을 수 있도록 보플랜지에 용접되어야 한다.

(1) 강재 전단연결재의 측 방향의 콘크리트 순 피복두께는 25 mm이상으로 한다.

(2) 스터드 전단연결재의 중심간 최소간격은 어느 방향이든 몸체직경의 4배로 한다.

(3) 스터드 전단연결재의 중심간 최대간격은 어느 방향이든 몸체직경의 32배로 한다.

(4) ㄷ형강 전단연결재의 중심간 최대간격은 600 mm로 한다.

(1) 이 절의 조항들은 1방향 바닥구조에서, 양단부가 단순접합된 합성트러스나 합성조이스트의 설계에 적용한다.

(1) 데크의 골방향이 합성트러스에 직각방향인 경우에는 데크 상단과 데크 하부 사이에 있는 리브 콘크리트는 단면특성을 결정할 때 콘크리트압축 블록의 계산에 포함하지 않는다.

(2) 압축 쪽 현재의 단면은 합성트러스의 휨강도 산정에서 무시한다.

(3) 지지점에서 첫 번째에 있는 상현재를 포함하고 있는 트러스 부분은 강재부재만으로 소요강도를 만족하여야 한다.

(4) 골데크를 사용한 합성트러스의 강도 산정에는 4.5.2(4)의 관련 기준을 따른다.

(5) 스터드 전단연결재는 4.8의 관련 기준을 따른다.

(1) 합성트러스에서 강재트러스를 구성하고 있는 각 부재는 소요성능을 발휘할 수 있는 압연 또는 냉간성형 강재단면을 사용한다.

(2) 합성트러스 또는 합성조이스트에 사용하는 데크플레이트는 4.5.2(4)의 요구조건을 만족하여야 한다.

(1) 콘크리트슬래브의 유효폭은 4.5.1(2)에 따른다.

(2) 슬래브콘크리트 등가직사각형 압축응력블록의 깊이 와 모멘트저항팔길이 는 다음 식으로 구한다.

, mm (4.9-1)

, mm (4.9-2)

여기서, ：모멘트저항 팔길이, 즉 하현재의 단면중심에서 슬래브콘크리트 압축블록의 중심까지 거리, mm

：콘크리트압축응력블록의 깊이, mm

：하현재의 인장저항 총단면적, mm2

：트러스 상부에 있는 콘크리트슬래브의 유효폭, mm

：강재트러스의 전체 춤, mm

：강재데크플레이트 리브의 공칭높이, mm

：데크 위에 있는 콘크리트슬래브의 두께, mm

：하현재의 최하부면으로부터 하현재의 단면 중심축까지의 거리, mm

(3) 합성트러스의 설계휨강도는 다음 한계상태 중에서 최솟값으로 한다.

① 하현재의 인장항복：

(4.9-3)

② 하현재의 인장파단：

(4.9-4)

③ 콘크리트 압괴：

(4.9-5)

④ 전단연결재의 강도：

(4.9-6)

여기서, ＝하현재의 인장저항 총단면적, mm2

＝하현재의 인장저항 순단면적, mm2

＝트러스 상부에 있는 콘크리트슬래브 유효폭, mm

＝상현재 중심에서 콘크리트압축블록 중심까지의 수직거리, mm

＝하현재의 최소인장강도, MPa

＝하현재의 최소항복강도, MPa

＝정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이 안에 있는 스터드전단연결재 개수

＝스터드 전단연결재 1개의 공칭전단강도, N

＝데크 위에 있는 콘크리트슬래브 두께, mm

(1) 합성트러스의 웨브재는 KDS 14 31 10의 비합성 트러스에서의 설계방법에 따른다.

(2) 웨브재는 작용하중으로부터 합성트러스 양단까지의 전단력을 전달할 수 있도록 설계되어야 한다.

(3) 합성트러스의 웨브재는 계수하중에 의한 반력의 25% 이상에 해당하는 수직전단력에 저항할 수 있도록 설계되어야 한다.

(4) 앞의 최소전단 요구사항에 의해 설계되는 인장웨브재는 지간의 반에 분포된 활하중에 의해 발생되는 응력반전(압축력)을 검토하여야 한다. 이러한 검토를 위해 등분포하중의 경우에는 다음 식을 사용할 수 있다.

(4.9-7)

여기서, ＝등분포활하중, kN/m

＝합성트러스의 설계길이, mm

＝인장웨브재 부재의 최소계수압축설계전단력, kN

(5) 변형형 와렌트러스 형태에 사용하는 내부 웨브재는 부재가 지지하는 하중에 합성거동시에 작용하는 하현재 축력의 2%를 합한 하중을 저항할 수 있도록 설계되어야 한다.

(1) 콘크리트 슬래브와 트러스 사이의 길이방향 수평전단력은 강재데크를 통하여 상현재의 상부면에 용접된 스터드 전단연결재에 의해 전달하도록 한다. 스터드 전단연결재의 설계는 4.8의 관련 기준에 따른다.

(1) 합성슬래브 다이아프램과 하중수집보는 다이아프램, 다이야프램의 경계부재, 수집재, 그리고 횡력저항시스템의 부재 사이에 하중을 전달하도록 설계하고 상세하게 구체화해야 한다.

(1) 합성연결부(접합부)는 작용하고 있는 하중의 종류에 따라 사용성과 안전성이 확보되도록 설계되어야 한다.

(1) 합성데크슬래브는 작용하고 있는 하중에 대해 충분히 저항할 수 있도록 내력을 가져야 하며, 또한 장단기 처짐이 사용상, 내력상 유해하지 않도록 충분한 강성을 가질 수 있도록 설계되어야 한다.

(1) 합성구조가 4.1에서 4.12까지의 요구사항을 만족하지 못하는 경우, 강재 전단연결재의 강도와 합성구조의 상세는 실험을 통하여 결정하여야 한다.