콘크리트에 대하여(7) - 구조설계법

콘크리트를 이해하는 것의 궁극적인 목적은 구조물을 안전하게 설계하는 것이다. 엔지니어의 시각으로 해석한다면 외부 하중을 내력이 버틸 수 있도록 설계하는 것이 구조 설계이다. 이번 포스트에서는 앞서 다루었던 콘크리트에 대한 지식을 바탕으로 구조설계가 무엇인지 알아보도록 하자. 시작하기 전에 아래에 보이는 휨 강도 시험에 대해서 한 번 읽어보아도 좋을 듯하다.

 

콘크리트에 대하여(5) - 휨 강도 시험(Flexural Rigidity Test)

 

---

 

구조물, 그리고 설계. 건설에 흥미가 있는 사람이 아니더라도 익숙한 조합이다. '구조 해석' 약간 생소할 수도 있다. 설계와 해석, 해석과 설계는 무슨 차이점이 있을까?

 

 

해석&설계

• 해석(Analysis) : 알려진 하중으로부터 구조물의 다양한 부재들로의 힘의 분배를 결정하도록 하는 것
• 설계(Desigh) : 해석(Analysis)을 통해 각 구조 부재에 가해지는 외부 하중을 알았을 때, 하중에 충분히 견딜 수 있도록 구조 부재의 재료, 단면 크기, 배근량 등을 결정하는 것

동대문 디자인 플라자(DDP) - Seoul, Korea

---

PD & PBD

PD(prescriptive Design) - 규범위주설계

• 장점 : 규정에 따라 설계하면 되어 적용하기 쉽다.
• 단점 : 누가 설계하더라도 규범을 따르기에 차이점이 없다.

PBD(performance based Design) - 성능중심설계

• 장점 : 설계자의 주관이 개입되어 창의적으로 설계가 가능하다.
• 단점 : 규정을 적용하는 부분이 적기에 설계자의 능력이 중요하다.

---

구조설계법의 종류

 

허용응력설계법(Allowable Stress Design)

• 철근과 콘크리트를 완전한 탄성체로 가정하여 해석을 간략화하는 설계법
• 응력 계산 및 단면 계산 시 선형 이론을 적용하여 부재의 내력을 구한다
• 재료 단위에서의 응력에 대한 저항능력만을 활용하여 설계한다
• 국내 콘크리트 설계 기준에서는 사용성 검토 시 사용

강도설계법(Ultimate Strength Design)

• 콘크리트와 철근의 전체 내력을 설계에 반영한 설계법
• 부재와 하중의 종료에 따라서 별도의 안전율을 적용
• 콘크리트 구조설계의 기준에서 안전성 검토에 강도설계법을 사용
• 대부분을 탄성 해석에 의해 부재 단면력을 계산
• 각국의 설계기준에 따라 강도감소계수 및 하중계수 값이 다르다

한계상태설계법(Limit State Design)

• 한계상태를 넘어설 가능성이 특정 값 이하가 되도록 설계하는 방법
• 필요에 따라 구조물의 기능 또는 안전성을 지배하는 상태를 모두 고려한다
• 종류 : 극한한계상태(ultimate limit state), 사용한계상태(serviceability limit state), 특수한계상태(special limit state)
• 극한한계상태 - 구조물의 전체 또는 부분이 붕괴. 하중 지지 능력을 잃은 상태
• 사용한계상태 - 구조물이 붕괴된 것은 아니지만 기능 감소로 사용에 부적합한 상태
• 특수한계상태 - 화재, 테러, 폭발과 같은 특수 상태에 발생할 수 있는 하중에 의한 파괴의 한계 상태