기둥 설계축강도·설계휨강도

정의

기둥 설계축강도와 설계휨강도는 축력과 휨을 함께 받는 기둥의 설계강도다.

설계축강도는 공칭축강도 Pn에, 설계휨강도는 공칭휨강도 Mn에 φ를 곱한 값이다.

φ는 재료의 불확실성과 파괴 형태에 따라 정한 강도감소계수다.

그래서 두 값은 한 쌍으로 구하고 함께 판정한다.

P-M 상관곡선

축력과 휨의 조합을 한 곡선으로 나타낸 것이 P-M 상관곡선이다.

균형점보다 축력이 크면 압축지배라 φ를 작게, 작으면 인장지배라 φ를 크게 둔다.

압축지배는 파괴가 취성적이고, 인장지배는 연성 파괴다.

설계 시 소요강도 쌍이 곡선 안쪽에 들면 안전하다.

예제: 소요강도

이제 하중계수를 곱해 소요강도 쌍을 구하는 예제를 보자.

고정하중 700과 활하중 1800에 하중계수를 곱해 더하면 Pu는 3720 kN이다.

같은 방식으로 Mu를 구하면 344 kN·m이 되고, 두 값이 소요강도 쌍이다.

이 쌍을 설계강도와 비교해 안전 여부를 판정한다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 축력과 휨을 따로 보고 상호작용식을 생략하는 것이다.

강축과 약축은 횡지지 조건이 다르므로 좌굴길이를 방향별로 따로 잡는다.

강재 기둥은 소요축력비 0.2 이상인지에 따라 상관식을 골라 쓴다.

소요축력비가 0.3이면 어떤 식을 쓰는지 직접 풀어 보자.

정리

정리하면 설계축강도와 설계휨강도는 공칭강도에 φ를 곱해 한 쌍으로 구한다.

소요강도 쌍이 P-M 상관곡선 안쪽에 들면 안전하다고 판정한다.

띠철근 기둥은 편심이 0인 순수 압축 상한으로 최대 공칭축강도를 따로 구한다.

띠철근 기둥의 최대 공칭축강도에 쓰는 계수를 직접 떠올려 보자.