Mobile QR Code QR CODE

Journal of the Korea Concrete Institute

J Korea Inst. Struct. Maint. Insp.
  • Indexed by
  • Korea Citation Index (KCI)

Journal Search

  1. Home
  2. All Issues
  3. 2018-01 (Vol.22 No.1)
  4. 10.11112/jksmi.2018.22.1.072
XML PDF INFO REF
[

Research article

]

Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection

J. Korea Inst. Struct. Maint. Insp. Vol. 22, No. 1, p.72-80

ISSN (print) :

2234-6937

ISSN (online) :

2287-6979

Received : 18 August 2017Revised : 4 September 2017Accepted : 7 September 2017

Publisher ID :

JKSMI-22-72

DOI :

10.11112/jksmi.2018.22.1.072

고강도 철근 사용에 따른 순수 철근량에 대한 정착 및 이음 철근량 비교

Comparison of Pure Reinforcement Quantity to Development & Splice Reinforcement Quantity using High-strength Reinforcing Bars
조승호 (Seung-Ho Cho) 1 나승욱 (Seung-Uk Na) 1 노영숙 (Young-Sook Roh) 2*
 

[1] 정회원, 서울과학기술대학교 건축학부 건축공학과 외래교수, 공학박사

[2] 정회원, 서울과학기술대학교 건축학부 건축공학과 교수, 공학박사, 교신저자

*Corresponding author: rohys@seoultech.ac.kr School of Architecture, Seoul National University of Science and Technology, 232, Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul 01811, Korea

© Korea Institute for Structural Maintenance Inspection. All rights reserved.

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) :

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

초록

초고층 및 장경간 등 대형 구조물에 대한 시공시 부재의 품질이 저하될 정도로 과다한 철근이 배근되고 있다는 문제점이 제기되고 있으며, 최근 건축되고 있는 초고층 건축물에서는 건물의 안정성과 내구성 등을 감안하여 사용 재료의 강도도 점차 증가하고 있다. 초고층 및 장경간 구조물의 시공에서 고강도 철근을 사용할 경우 기존의 일반 강도 철근에 비해 배근량 감소로 인하여 부재에서 배근 간격에도 여유를 줄 수 있어 시공성 향상, 공기단축, 접합부 상세가 간소화 되는 장점이 있다. 이 연구에서는 SD500, SD600 철근을 국내에서 설계되었거나 시공되 어진 라멘 구조 형식의 지하주차장 건축물에 적용하여 각 부재별로 철근의 강도에 따른 순수 철근량에 대한 정착 및 이음 철근량 증감을 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 계산된 철근의 정착 및 이음 물량은 사용철근의 강도가 증가함에 따른 정착 및 이음길이의 증가량과 순수 물량의 감소비율, 사용철근의 직경이 줄였을 때의 단면적 감소 등의 요인들에 의해 정착 및 이음 물량이 결정되었으며, 전체적으로 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율이 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다. 이는 보의 정착 및 이음 물량이 전체 정착 및 이음 물량에 미치는 영향이 크기 때문으로 판단된다. 한편 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율에서 SD400 과 SD500의 차이와 SD400과 SD600의 차이가 미미하여 철근의 정착 및 이음 물량이 강도 증가에 따른 전체 철근 물량의 증감에는 큰 영향을 주 지 않는 것으로 파악되었다.

Abstract

Whilst it is common to construct high-rise buildings and long-span structures in the construction and building industry, there might be a number of problems such as excessive re-bars arrangement, deterioration of concrete quality, unnecessary quantity take-off and so forth. As these types of buildings and structures are getting more popular, it is widespread to apply high-strength materials such as high-strength concrete and re-bars to sustain durability and stability. This research aims to investigate the effectiveness of the high-strength reinforcing bars on the underground parking in a rigid-frame structure. In this study, the reinforcing bars with different yield strength were applied to corroborate the usefulness and practicability of the high-strength re-bars on the underground parking in a rigid-frame structure. The test results show that the quantity of reinforcement bars is lowered, as the yield strength of the re-bars are grown in general. However, the quantity of reinforcement bars on the development and splice has a tendency to increase slightly. Despite of the increase of the development and splice, the total quantity of reinforcing bars was reduced since the increasing ration of the pure quantity is higher than the development and splice. Base on the test results, it would be possible to achieve the reduction of reinforcing bars arrangement and lowering the amount of work to be done during a construction phase. Moreover, the reduced amount of bar arrangement will make it possible to improve workability and constructability of reinforced concrete structures. Ultimately, we will be able to attain improved quality and efficiency of construction using reinforced concrete.

키워드

고강도 철근, 철근량 분석, 정착 및 이음 철근

Key words

High-strength rebar, Rebar quantity analysis, Development & Splice reinforcement

1. 서 론

초고층 및 장경간 등 대형 구조물에 대한 시공시 부재의 품 질이 저하될 정도로 과다한 철근이 배근되고 있다는 문제점 이 제기되고 있으며(Kim et al., 2003), 최근 건축되고 있는 초 고층 건축물에서는 건물의 안정성과 내구성 등을 감안하여 사용 재료의 강도도 점차 증가하고 있다(Kim and Kim, 2008). 초고층 및 장경간 구조물의 시공에서 고강도 철근을 사용할 경우 기존의 일반 강도 철근에 비해 배근량 감소로 인하여 부 재에서 배근 간격에도 여유를 줄 수 있어 시공성 향상, 공기단 축, 접합부 상세가 간소화 되며, 콘크리트 부재 단면 감소에 따라 콘크리트 재료 감소 및 콘크리트의 운반 및 타설 비용 절 감으로 인하여 경제성을 확보할 수 있다.

콘크리트구조설계 기준에서는 주철근의 강도는 550 MPa 를, 전단철근의 강도는 400 MPa를 초과하지 못하도록 규정하 고 있으며 국내에서는 일반적으로 SD400 철근을 사용하고 있 다. 하지만, 초고층 및 장경간 구조물의 증가로 고강도 철근의 적용 기준 마련 필요성이 대두되었고, 이에 2012년 관련 규정 을 개정하게 되었다. 한국콘크리트학회에서 2012년 개정·발 표한 “콘크리트구조기준”의 중요한 개정사항 중 하나는 철근 강도의 상향이다. 개정 전 기준에서는 550 MPa를 상한선으로 하였으나, 이를 600 MPa로 상향·제시하였다(Moon, 2013).

그러나 SD600 철근을 적용한 사례가 적고 SD500 철근도 제한적으로 사용되고 있다. 또한 SD500, SD600 철근의 사용 시 철근 물량의 증감량을 정량적으로 판단하기 위한 자료가 부족한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 SD500, SD600 철근 을 국내에서 설계되었거나 시공되어진 라멘 구조 형식의 지 하주차장 건축물에 적용하여 각 부재별로 철근의 강도에 따 른 순수 철근에 대한 정착 및 이음 철근의 증감량을 비교 분석 하고자 한다.

2. 고강도 철근 사용에 따른 순수 철근량에 대한 정착 및 이음 철근량 분석

고강도 철근 사용에 따른 순수 철근량에 대한 정착 및 이음 철근량을 비교하기 위하여 철근콘크리트 구조물 중 라멘 구조 형식의 지하주차장 건축물을 선정하여, 고강도 철근의 사용으 로 인해 증감되는 철근량(순수 물량+정착이음)을 분석하였다.

주철근의 강도는 SD400, SD500, SD600을 적용하고 전단 철근의 강도는 SD400, SD500을 적용하였으며, SD600에 대 한 철근량 산정 시 주철근의 강도는 SD600을 적용하였고 전 단철근의 강도는 SD500을 적용하였다. 또한 강도별 철근량에 대한 비교를 위해 모든 직경의 철근을 SD400, SD500, SD600 에 각각 적용하였을 때와 D10, D13 철근은 SD400 적용, D16 철근 이상은 각각 SD400, SD500, SD600을 적용하였을 때, D10, D13 철근은 SD500 적용, D16 철근 이상은 각각 SD500, SD600을 적용하였을 때를 분석하였다.

지하주차장 건축물에서 분석되는 부재는 Table 1에서 보는 바와 같다.

Table 1

Application members in underground parking lot

Items Slab Beam & Girder Column Wall Retaining wall Footing
Main rebar Shear rebar Main rebar Shear rebar Main rebar Shear rebar Main rebar Shear rebar Main rebar Shear rebar Main rebar Shear rebar
Underground parking lot ◎ × ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ × ◎ × ◎ ×

2.1. 구조물의 개요

분석에 적용된 구조물 개요는 Table 2와 같으며, 구조평면 도는 Fig. 1에서 보는 바와 같다.

Table 2

Structural summary

Purpose Number of stories (ground / basement) Structural type Footing type Concrete compressive strength
Underground parking lot (156) 0/1 Rigid Bearing capacity of soil (mat footing) f ck=24 MPa
frame
Fig. 1

Flaming plan of underground parking lot

JKSMI-22-72_F1.jpg

2.2. 적용 기준

부재설계에 적용된 기준은 콘크리트구조설계기준(KCI 2012) 이며, 관련 기준에 대한 분석은 부록에서 보는 바와 같다.

3. 정착 및 이음철근에 대한 분석 및 결과

3.1. 철근량 분석 방법

부재 및 강도별 철근량을 분석하기 위하여 먼저 SD400, SD500, SD600을 사용할 때 각 부재별 실제 부재력에 의한 순 수 물량과 정착 및 이음길이를 산정하였다. 여기에서 강도별 사용된 철근을 정리하면 ① 슬래브는 SD400, SD500은 D10, D13, D16 철근, SD600은 D10, D13 철근을 사용하였으며, ② 보의 주철근으로 SD400은 D25 철근, SD500은 D22 철근, SD600은 D19 철근을 사용하였고, 전단철근으로는 SD400, SD500으로 D13 철근을 사용하였다. ③ 기둥의 주철근으로 SD400, SD500, SD600 모두 D22 철근을 사용하였고, 띠철근 으로는 SD400, SD500으로 D10 철근을 사용하였으며, ④ 지 하벽체에서는 수직철근으로 SD400, SD500, SD600 모두 D13, D16 철근을 사용하였으며, 수평철근으로는 SD400, SD500 으로 D10, D13 철근을 사용하였다. 마지막으로 ⑤ 기초에는 SD400, SD500은 D16, D19, D22 철근과 SD600은 D13, D16, D19 철근을 사용하였다. 그리고 고강도 철근을 사용할 때 부 재력에 의한 철근 감소량과 정착 및 이음에 의한 철근 증가량 을 고려한 전체 철근 감소량을 산정하였으며, SD600에 대한 철근량 산정 시 전단철근의 강도는 SD500을 적용하였다.

3.2. 순수 철근량과 정착 및 이음 철근량

3.2.1. 각 부재별 철근량

슬래브

3.2.1.1.

슬래브에서 순수 물량과 정착 및 이음으로 사용된 철근량 은 Table 3에서 보는 바와 같고, 순수 물량에 대한 정착 및 이 음에 사용된 철근량의 비율은 SD400 기준으로 SD500은 20.7%, SD600은 30.2% 감소하였다. 또한 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 8.58%, SD500의 경우 9.19%, SD600의 경우 9.63%로 증가하는 경향을 보였다.

Table 3

Slab main rebar(unit : ton)

Yield strength Diameter Pure quantity(A) Develop. & splice quantity(B) Total The ratio of A to B
SD400 D10 0.93 0.06 0.99 6.45%
D13 57.29 4.77 62.06 8.33%
D16 7.29 0.79 8.08 10.84%
Subtotal 65.51 5.62 71.13 8.58%
(100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 D10 18.07 1.3 19.37 7.19%
D13 29.30 2.96 32.26 10.10%
D16 3.02 0.49 3.51 16.23%
Subtotal 51.69 4.75 56.44 9.19%
(78.9%) (84.5%) (79.4%) (107.1%)
SD600 D10 26.60 1.97 28.57 7.41%
D13 18.66 2.39 21.05 12.81%
Subtotal 45.26 4.36 49.62 9.63%
(69.1%) (77.6%) (69.8%) (112.2%)

보

3.2.1.2.

보의 주철근에 순수 물량과 정착 및 이음으로 사용된 철근 량과 전단철근에 사용된 철근량은 Table 4에서 보는 바와 같 이 SD400 기준으로 SD500은 20.1%, SD600은 31.1% 감소하 였다. 또한 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 12.13%, SD500의 경우 13.21%, SD600의 경우 9.94%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지만 SD400 대비 SD600의 경우는 감소하였다.

Table 4

Beam & girder main rebar + shear rebar(unit : ton)

Yield strength Diameter Main rebar Shear rebar quantity(A) Total The ratio of A to B
Main rebar Strrup rebar Pure quantity(A) Develop. & splice quantity(B)
SD400 D25 D13 81.18 13.7 31.79 126.67 12.13%
(100%) (100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 D22 D13 64.10 11.82 25.35 101.27 13.21%
(79.0%) (86.3%) (79.7%) (79.9%) (109.0%)
SD600 D19 - 54.02 7.89 25.35 87.26 9.94%
(66.5%) (57.6%) (79.7%) (68.9%) (82.0%)

기둥

3.2.1.3.

기둥의 주철근에 순수 물량과 정착 및 이음으로 사용된 주 철근과 띠철근에 사용된 철근량은 Table 5에서 보는 바와 같 이 SD400 기준으로 SD500은 3.0%, SD600은 7.2% 감소하였 다. 또한 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400 의 경우 40.15%, SD500의 경우 49.28%, SD600의 경우 58.02% 로 증가하는 경향을 보였다.

Table 5

Column main rebar + hoop rebar(unit : ton)

Yield strength Diameter Main rebar Hoop rebar quantity (A) Total The ratio of A to B
Main rebar Hoop rebar Pure quantity(A) Develop. & splice quantity(B)
SD400 D22 D10 15.79 7.36 2.54 25.69 40.15%
(100%) (100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 D22 D10 14.16 8.23 2.54 24.93 49.28%
(89.7%) (111.8%) (100%) (97.0%) (122.7%)
SD600 D22 - 12.54 8.75 2.54 23.83 58.02%
(79.4%) (118.9%) (100%) (92.8%) (144.5%)

벽체

3.2.1.4.

벽체에 순수 물량과 정착 및 이음으로 사용된 수직철근량 과 수평철근량은 Table 6에 보는 바와 같이 SD400 기준으 로 SD500은 3.8%, SD600은 7.3% 감소하였다. 또한 순수 물 량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 14.92%, SD500의 경우 18.33%, SD600의 경우 17.78%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다.

Table 6

Wall vertical rebar + horizontal rebar(unit : ton)

Yield strength Diameter Vertical rebar Horizontal rebar Pure quantity(A) Develop. & splice quantity(B) Total The ratio of A to B
Vertical rebar Horizontal rebar Pure quantity Develop. & splice quantity Pure quantity Develop. & splice quantity
SD400 D13, D16 D10, D13 19.74 3.85 9.28 0.48 29.02 4.33 33.35 14.92%
(100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 D13, D16 D10, D13 17.83 4.37 9.28 0.6 27.11 4.97 32.08 18.33%
(90.3%) (113.5%) (100%) (125.0%) (93.4%) (114.8%) (96.2%) (122.9%)
SD600 D13, D16 - 16.98 4.07 9.28 0.6 26.26 4.67 30.93 17.78%
(86.0%) (105.7%) (100%) (125.0%) (90.5%) (107.9%) (92.7%) (119.2%)

기초

3.2.1.5.

기초에 순수 물량과 정착 및 이음으로 사용된 철근량은 Table 7에서 보는 바와 같이 SD400 기준으로 SD500은 14.4%, SD600은 27.2% 감소하였다. 또한 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 25.41%, SD500의 경우 28.84%, SD600의 경우 28.75%로 SD400대비 SD500의 경우 는 증가하였지만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다.

Table 7

Footing main rebar(unit : ton)

Yield strength Diameter Pure quantity(A) Develop. & splice quantity (B) Total The ratio of A to B
SD400 D16 64.58 14.15 78.73 21.91%
D19 27.62 4.35 31.97 15.75%
D22 47.92 17.11 65.03 35.71%
Subtotal 140.12 35.61 175.73 25.41%
(100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 D16 53.06 13.21 66.27 24.90%
D19 23.39 4.63 28.02 19.79%
D22 40.27 15.82 56.09 39.28%
Subtotal 116.72 33.66 150.38 28.84%
(83.3%) (94.5%) (85.6%) (113.5%)
SD600 D13 16.94 4.17 21.11 24.62%
D16 46.21 11.33 57.54 24.52%
D19 36.18 13.06 49.24 36.10%
Subtotal 99.33 28.56 127.89 28.75%
(70.9%) (80.2%) (72.8%) (113.1%)

3.2.2. 전체 순수 물량과 정착 및 이음 물량

전체적으로 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 Table 8과 Fig. 2에서 보는 바와 같이 SD400의 경우 17.55%, SD500의 경우 20.23%, SD600의 경우 19.85%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다.

Table 8

The ratio of pure quantity to development & splice quantity(unit : ton)

Member Slab Beam & Girder Column Wall Footing Total
Yield strength
SD400 Pure quantity(A) 65.51 126.67 18.33 29.02 140.12 379.65
Develop. & splice 5.62 13.7 7.36 4.33 35.61 66.62
quantity(B)
The ratio of A to B(%) 8.58% 10.82% 40.15% 14.92% 25.41% 17.55%
(100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%)
SD500 Pure quantity(A) 51.69 101.27 16.7 27.11 116.72 313.49
Develop. & splice 4.75 11.82 8.23 4.97 33.66 63.43
quantity(B)
The ratio of A to B(%) 9.19% 11.67% 49.28% 18.33% 28.84% 20.23%
(107.1%) (107.9%) (122.7%) (122.9%) (113.5%) (115.3%)
SD600 Pure quantity(A) 45.26 87.26 15.08 26.26 99.33 273.19
Develop. & splice 4.36 7.89 8.75 4.67 28.56 54.23
quantity(B)
The ratio of A to B(%) 9.63% 9.04% 58.02% 17.78% 28.75% 19.85%
(112.3%) (83.5%) (144.5%) (119.2%) (113.1%) (113.1%)
Fig. 2

The ratio of pure quantity to development & splice quantity

JKSMI-22-72_F2.jpg

4. 결 론

철근콘크리트 구조물 중 라멘 구조 형식의 지하주차장 건 축물을 선정하여 고강도 철근 사용에 따른 정착 및 이음 철근 량의 증감량을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

  • 1) 계산된 철근의 정착 및 이음 물량은 사용철근의 강도가 증 가함에 따른 정착 및 이음길이의 증가량과 순수 물량의 감 소비율, 사용철근의 직경이 줄였을 때의 단면적 감소 등의 요인들에 의해 정착 및 이음 물량이 결정되었다.

  • 2) 슬래브에서 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 8.58%, SD500의 경우 9.19%, SD600의 경 우 9.63%로 증가하는 경향을 보였다. 슬래브에서 순수 물 량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 다른 부재에 비해 가장 작게 나타났는데 이는 철근의 직경이 대부분 D10과 D13으로 정착 및 이음길이가 작기 때문이다.

  • 3) 보에서 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 10.82%, SD500의 경우 11.67%, SD600의 경우 9.04%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지만 SD400대비 SD600의 경우는 감소하였다. 이는 SD400에 서 SD600으로 갈수록 보 철근의 직경을 D25에서 D19로 줄임으로써 정착길이 산정 시 고려되는 인자 중 철근의 크 기 계수가 1.0에서 0.8로 줄어들었기 때문이다.

  • 4) 기둥에서 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 40.15%, SD500의 경우 49.28%, SD600의 경우 58.02%로 증가량이 가장 컸는데 이는 철근의 직경을 모두 D22를 사용하여 강도가 높아질수록 정착 및 이음길 이가 증가하였기 때문이다.

  • 5) 벽체에서 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 14.92%, SD500의 경우 18.33%, SD600의 경우 17.78%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지 만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다. 이는 강도가 SD500에서 SD600으로 높아짐에 따라 철근직경을 줄여서 설계하고 또한 강도가 높아짐에 따라 순수 물량도 감소하 기 때문이다.

  • 6) 기초에서 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 25.41%, SD500의 경우 28.84%, SD600의 경우 28.75%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지 만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다. 이는 벽체와 마찬가지로 강도가 SD500에서 SD600으로 높아짐에 따라 철근직경을 줄여서 설계하고 또한 강도가 높아짐에 따라 순수 물량도 감소하기 때문이다.

  • 7) 전체적으로 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율은 SD400의 경우 17.55%, SD500의 경우 20.23%, SD600의 경우 19.85%로 SD400대비 SD500의 경우는 증가하였지 만 SD500대비 SD600의 경우는 감소하였다. 이는 보의 정 착 및 이음 물량이 전체 정착 및 이음 물량에 미치는 영향 이 크기 때문으로 판단된다. 한편 순수 물량에 대한 정착 및 이음 물량의 비율에서 SD400과 SD500의 차이는 2.68%, SD400과 SD600의 차이는 2.3%로 그 차이가 미미하여 철 근의 정착 및 이음 물량이 강도 증가에 따른 전체 철근 물 량의 증감에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 파악되었다.

A. 주철근에 관한 기준 분석

(가) 보

  • (1) M n = ρ f y b d 2 ( 1 − 0.59 ρ f y 0.85 f c k )

    • Mn : 단면의 공칭휨모멘트

    • fck : 콘크리트의 설계기준압축강도, MPa

    • fy : 철근의 설계기준항복강도, MPa ρ : 인장철근비

    • b : 부재의 압축면 유효폭, mm d : 유효깊이, mm SD500(20%↓), SD600(33.3%↓) 감소

  • (2) 최소철근비

    ρ min = 0.25 f c k f y     f c k > 30 M P a ρ min = 1.4 f y       f c k ≤ 30 M P a

    SD400(0.35%), SD500(0.28%: 20%↓), SD600(0.23%: 33.3%↓)

  • (3) 최소 허용변형률 및 해당 철근비

    • fy = 400 MPa, 최소 허용변형률 : 0.004, 해당 철근비 : 0.714ρb

    • fy = 500 MPa, 최소 허용변형률 : 0.005(2єy), 해당 철근 비 : 0.688ρb

    • fy = 600 MPa, 최소 허용변형률 : 0.005(2єy), 해당 철근 비 : 0.667ρb

  • (4) 보 부재의 설계 :

    비내진 대상 구조물(철근콘크리트 단근보로 설계)

    • ➜ 압축철근 최소 2대 사용(단, 단부 하부 압축철근은 중앙부 인장철근의 1/4 이상 연속, 보폭 600 mm 이상 3 대 압축철근 사용) 내진 대상 구조물

    • ➜ 압축 부분 철근 : 횡력이 고려된 철근을 배근함.

  • (5) 균열제어를 위한 간격제한 적용

(나) 슬래브

  • (1) 수축․온도철근비

    f y ≤ 400   MPa   →   0.002 f y > 400   MPa   →   0.002 ×   400 f y f y = 400   MPa   :   0.002 ,   f y = 500   M P a   :   0.0016 , f y = 600   MPa   :   0.00133   →   0.0014

    • fy = 400 MPa : 0.002,

    • fy = 500 MPa : 0.0016,

    • fy = 600MPa : 0.00133 ➜ 0.0014

    철근 최대 간격 : 슬래브두께의 3배 이하, 또한 450 mm 이하

  • (2) 균열제어를 위한 간격제한 적용(1방향 슬래브)

  • (3) 수직하중에 의한 철근 배근

(다) 기둥 : 압축재 철근량 산정

  • (1) P n ,   max = 0.8 × [ 0.85 f c k ( A g − A s t ) + f y A s t ]

    • Ag : 전체 단면적, mm2

    • Ast : 종방향철근의 전체 단면적, mm2

  • (2) 최소, 최대 철근비 0.01≤ρ≤0.08

  • (3) 고층이면서 건축적인 이유로 각층의 기둥단면이 같을 경우 일정층 이상에서는 기둥부재의 철근은 최소철근 비가 지배적임.

  • (4) 고강도철근을 사용할 때 철근의 절감효과를 얻고자 한 다면 기둥단면의 조정이 필요함.

(라) 벽체 : 코어 부분

  • (1) 수직철근 : 등간격 배치를 원칙으로 함(단부 보강근 없음).

  • (2) 수직철근 D16 이하 : 0.12% D16 초과 : 0.15%

    수평철근 D16 이하 : 0.2% D16 초과 : 0.25%

    간격 제한 ➜ 수직철근 : 벽 수평길이/5 두께 3배, 450 mm 수평철근 : 벽 수평길이/3 두께 3배, 450 mm

  • (3) 벽체의 최소 철근량 제한 규정은 fy와는 관계가 없기 때 문에 고강도철근을 사용할 경우에도 최소 철근량은 SD400철근을 사용할 때와 같다.

    ➜ 최소 철근량에 의한 배근이 많을수록 고강도 철근사 용의 효율은 감소한다.

(마) 기초

  • (1) 휨 부재에 준해서 설계함.

    f y ≤ 400   MPa   →   0.002 f y > 400   MPa   →   0.002 ×   400 f y f y = 400   MPa   :   0.002 ,   f y = 500   M P a   :   0.0016 , f y = 600   MPa   :   0.00133   →   0.0014 SD500 ( 20 %   ↓ ) ,   SD600 ( 33.3 % ↓ ) 감소

    • fy = 400 MPa : 0.002,

    • fy = 500 MPa : 0.0016,

    • fy = 600MPa : 0.00133 ➜ 0.0014

      SD500(20%↓), SD600(33.3%↓) 감소

  • (2) 기초 형식 : 지내력 매트기초

(바) 처짐

고강도 철근을 사용할 때 fy가 처짐량에 직접 영향을 주는 변수는 없지만 균열 단면2차모멘트 값의 감소로 고강도 철근 을 사용하면 처짐이 다소 증가한다. 이 연구에서는 각 구조물 의 대부분의 부재는 처짐에 대해 만족하고 있기 때문에 철근 량 산정에서는 처짐에 대한 고려는 제외한다.

(사) 균열

  • (1) 균열제어를 위한 철근 간격

    S = 375 ( 210 f s ) − 2.5 c c ,   S = 300 ( 210 f s ) ,   단   f s = ( 2 / 3 ) f y

    • cc : 인장철근이나 긴장재의 표면과 콘크리트 표면 사이 의 최소두께, mm

    • fs : 사용하중상태에서 인장연단에서 가장 가까이에 위 치한 철근의 응력, MPa

  • (2) 보 단면이 큰 경우 특히 보폭이 넓은 경우 SD500, 600 철 근을 사용할 때 균열제어를 위한 철근 간격의 제한규정 에 의해 주철근의 직경을 동일하게 고려할 경우 물량감 소 효과가 미미하여 철근의 직경을 줄여서 철근량 감소 범위를 검토하였다.

  • (3) 슬래브 균열 간격 :

    SD400 → 235 mm min [ 375 × 210 266.66 − 2.5 × 20 = 245.31 m m ,   300 × 210 266.66 = 236.26 m m ] SD500 → 186 mm min [ 375 × 210 333.33 − 2.5 × 20 = 186.25 m m ,   300 × 210 333.33 = 195.3 m m ] SD600 → 146 mm min [ 375 × 210 400 − 2.5 × 20 = 146.87 m m ,   300 × 210 400 = 157.5 m m ]

  • (4) 보 균열 간격 :

    SD400 → 170 mm min [ 375 × 210 266.66 − 2.5 × 20 = 170.31 m m ,   300 × 210 266.66 = 236.55 m m ] SD500 → 136 mm min [ 375 × 210 333.33 − 2.5 × 20 = 111.25 m m ,   300 × 210 333.33 = 189.00 m m ] SD600 → 71 mm min [ 375 × 210 400 − 2.5 × 20 = 71.875 m m ,   300 × 210 400 = 157.5 m m ]

(아) 정착 및 이음

  • (1) 정착 길이

    • ① 압축 이형철근의 정착길이 : l d b = 0.25 d b f y λ f c k

    • ② 인장 이형철근의 정착길이 : l d = 0.90 d b f y λ f c k α β γ ( c + K t r d b )

    • ③ 표준갈고리를 갖는 인장 이형철근의 정착길이 : l h b = 0.24 β d b f y λ f c k

      • db : 철근의 공칭지름, mm

      • α : 철근배치위치계수

      • β : 에폭시도막계수

      • λ : 경량콘크리트계수

      • γ : 철근 또는 철선의 크기 계수

      • Ktr : 횡방향철근지수

      • c : 철근간격 또는 피복두께에 관련된 치수

  • (2) 보 : 일반 보 상세 적용

  • (3) 수직부재 : 내진상세 적용

  • (4) 슬래브 부재 : 1방향 슬래브 → 보에 준하여 계산

  • (5) 기초 부재 : 보에 준하여 계산

B. 전단철근에 관한 기준분석

(가) 보

  • (1) 전단력과 휨모멘트만을 받는 부재의 콘크리트 강도

    V c = 1 6 f c k b w d

  • (2) 전단철근의 간격

    • ① V u < ϕ V c 2 : 전단철근 불필요

    • ② ϕ V c 2 < V u ≤ ϕ V c : 전단철근 필요

      ➜ 전단보강근 : min [ 600 ,   d/2 ,   S = A υ f y 0.35 b w ]

    • ③ ϕ V c < V u ≤ ϕ V c + ϕ 1 3 f c k b w d : 전단철근 필요

      ➜ 전단보강근 : min [ 600 ,   d/2 ,   S = A υ f y 0.35 b w ,   S = ϕ A υ f y d ϕ V s ]

    • ④ ϕ V c + ϕ 2 3 f c k b w d < V u ≤ ϕ V c + ϕ 2 3 f c k b w d : 전단 철근 필요

      ➜ 전단보강근 : min [ 300 ,   d/4 ,   S = A υ f y d ϕ V s ]

      여기서 V s = A υ f y t d s

  • (3) 최소 전단철근량

    계수전단력 Vu가 콘크리트에 의한 설계전단강도 ϕVc 의 1/2을 초과하는 모든 철근콘크리트 휨부재는 최소단 면적의 전단철근 배치

    A υ ,   min = 0.625 f c k b w s f y t

    그러나 최소전단철근량은 0.35 b w s / f y t 보다 작지 않아야 함

  • (4) 최대전단강도 Vs 는 ( 2 f c k / 3 ) b w d 이하로 하여야 함

(나) 기둥

  • (1) 축방향 압축력을 받는 부재의 콘크리트 강도

    V c = 1 6 ( 1 + N u 14 A g ) f c k b w d

  • (2) 전단철근 간격

    • ① V u < ϕ V c : 전단철근 불필요

    • ② V u > ϕ V c : 전단철근 필요

      전단보강근

      min[주철근 16배, 띠철근 48배, b 또는 h 최소값]

      ➜ 비내진지역

      전단보강근

      min[주철근 8배, 띠철근 24배, b 또는 h 최소값의 1/2, 300] ➜ 내진지역

  • (3) 최대전단강도 Vs 는 ( 2 f c k / 3 ) b w d 이하로 하여야 함

(다) 벽체

벽체의 전단설계는 일반적인 보의 전단설계방법과 거의 동 일하다. 다만, 수평 및 수직전단철근의 배근 간격, 전단경간비 가 매우 작은 경우의 수직전단철근 배근 등에서 차이가 난다.

  • (1) 전단강도 Vc는 다음 두 값 중에서 작은 것을 사용

    V c = 0.28 λ f c k h d + N u d 4 l w

    V c = [ 0.05 λ f c k + l w ( 0.10 λ f c k + 0.2 N u l w h ) M u V u − l w 2 ] h d

    • λ : 경량콘크리트계수

    • h : 부재의 전체 두께 또는 깊이, mm

    • d : 부재의 유효깊이, mm

    • lw : 벽체의 수평길이, mm

    • Nu : Vu와 동시에 발생하는 단면에 수직한 크리프와 건 조수축으로 인한 인장의 영향을 포함하는 계수축력으 로서 압축은 양(+), 인장은 음(-)의 값

  • (2) Vu >ϕVc 일 경우 수평전단철근 배근

    V s = A υ f y d s h

    • Aυh : 간격 sh 내의 휨인장철근에 평행한 전단철근의 단 면적, mm2

    • sh : 벽체에서 수평철근의 간격, mm

  • (3) 최소 철근량 및 배근

    Vu가 ϕVc/2 보다 작은 경우 : ①에서 ④까지, 또는 벽체 에 따라 철근 배근

    Vu가 ϕVc/2를 초과하는 경우 : ①에서 ④까지의 규정에 따라 배근

    • ① 콘크리트의 전체 연직단면적에 대한 수평전단 철근 단면적의 비 : ρh = 0.0025 이상

    • ② 수평전단철근의 간격 : sh =lw/5 이하, 3h 이하, 450 mm 이하

    • ③ 콘크리트의 전체 수평단면적에 대한 연직전단철근 단면적의 비 ρl은 다음 식의 값 이상, 또한 0.0025 이상

      ρ l = 0.0025 + 0.5 ( 2.5 − h w l w ) ( ρ h − 0.0025 )

    • ④ 수직전단철근 간격 sυ =lw 이하, 3h 이하, 450 mm 이하

&nbsp;감사의 글

본 논문은 서울과학기술대학교 교내연구비의 지원으로 수 행되었습니다.

 

1 
(2003), A Study on the Practical Use of High-strength Bar., Magazine of the Korea Concrete Institute, 15(2), 86-89.
2 
(2008), A Study on the Economic Evaluation Model of Splice of Reinforcement Bar(SD500)., Journal of The Korean Institute of Building Construction, 8(1), 71-76.
3 
(2011), Flexural Performance Evaluation of Reinforced Concrete Beams with High-Strength Reinforcing Bars, Journal of the Architectural Institute of Korea., Structure & Construction, 27(1), 103-110.
4 
(2013), Flexural Behavior of Concrete Beams Reinforced with High-Strength Steel Bars., Journal of Korean Society of Disaster & Security, 13(6), 107-113.
5 
KCI (2012), Structural Concrete Design Code and Commentary.
6 
AIK (2009), Korean Building Code-Structural.
7 
ACI Committee 315 (2004), ACI Detailing Manual-2004, Publication SP-66(04)
8 
The Korean Structural Engineers Association (2010), Reinforced Concrete Bar Arrangement Detail.