철근콘크리트 벽체 설계

벽체 설계란

철근콘크리트 벽체 설계는 면내 축력과 휨모멘트를 받는 벽체의 철근량을 정하는 과정이다.

벽체는 건물의 세운 판이다. 축력은 아래로 내려가고, 수평력은 판 평면 안에서 전단과 휨으로 전달된다.

설계는 이 판이 얼마의 힘까지 버티는지 계산하는 일이다.

내력벽과 전단벽

벽체는 역할에 따라 내력벽과 전단벽으로 나뉜다.

내력벽은 주로 연직하중을 받고, 전단벽은 수평하중을 지지하는 벽이다.

전단벽은 면내 휨과 전단을 함께 검토해야 한다. 내력벽은 축력 검토가 중심이 된다.

편심 판정 예제

예제로 벽두께 200mm, 벽길이 2600mm인 벽체를 본다. 축력 Pu는 1500kN, 휨 Mu는 2200kN·m이다.

편심은 e = Mu / Pu로 구한다. 2200×10⁶을 1500×10³으로 나누면 1467mm이다.

편심 1467mm는 벽길이 절반인 1300mm보다 크다. 그래서 축력은 단면 밖에 작용한다.

이 경우 인장 측 철근이 설계를 지배하는 휨인장 설계로 검토한다.

벽체 설계 절차

벽체 설계는 다섯 단계로 진행한다. 먼저 소요강도 Pu, Mu를 구하고 편심을 계산한다.

편심으로 압축 지배인지 인장 지배인지 판단한 뒤, 중립축 깊이 c를 가정한다.

힘과 모멘트의 평형으로 철근량을 구하고, 설계강도 φPn, φMn이 소요강도 이상인지 확인한다.

부족하면 중립축을 다시 가정하고 같은 과정을 반복한다.

강도감소계수

강도감소계수 φ는 지배 단면 유형에 따라 달라진다.

압축지배 단면의 φ는 0.65이고, 인장지배 단면의 φ는 0.85이다.

중간 영역은 두 값 사이를 직선으로 보간한다.

이제 직접 풀어 보자.

정리와 채점 포인트

직접 풀어 본 답은 0.85이다. 인장 철근이 항복하는 인장지배 단면이기 때문이다.

마지막으로 핵심을 정리한다. 벽체는 축력과 휨모멘트를 함께 받는 압축 부재로 본다.

면내 편심은 e = Mu / Pu로 구하고, 면외 편심과 혼동하지 않는다.

강도감소계수는 지배 단면에 따라 정한다.

채점에서는 인장·압축 지배 구분과 철근 가정 후 설계강도 검토를 본다.