압축-휨부재 설계

정의

압축력과 휨모멘트를 동시에 받는 강부재를 압축-휨부재라 한다.

기둥처럼 축방향 압축을 받으면서 보처럼 휨도 받는 부재다.

교량 주부재와 건축 기둥에 반복되므로 개념을 정확히 잡아야 한다.

축력과 휨의 결합

축력과 휨은 단순히 더해지지 않고 서로 강도를 떨어뜨린다.

축력이 커지면 휨 변형이 커지고, 그 변형이 다시 2차 모멘트를 만든다.

그래서 두 효과를 상관식 하나로 묶어 판정한다.

상관식

축력비 Pu/(φc Pn)가 기준 경계값 이상이면 첫 번째 식을 쓴다.

경계값 미만이면 축력 항을 절반으로 줄인 두 번째 식을 쓴다.

좌변이 1.0 이하이면 설계를 만족한다.

Pu는 소요압축력, Mux·Muy는 두 축 방향 소요휨모멘트다.

검토 절차

먼저 계수하중으로 소요축력 Pu와 소요휨모멘트를 구한다.

단면을 가정하고 폭두께비로 조밀, 비조밀, 세장 여부를 판정한다.

세장비 KL/r을 확인한 뒤 Pn과 Mn을 구하고 축력비로 식을 고른다.

좌변이 1.0을 넘으면 단면을 다시 가정해 처음부터 검토한다.

헷갈리는 점

앞 문제의 정답은 첫 번째 식이다. 가장 흔한 실수는 상호작용식을 빼고 압축과 휨을 따로 검토하는 것이다.

둘째는 단위다. 100tf는 약 981kN이므로 kN과 tf를 섞지 않는다.

셋째는 구 허용응력 기준의 세장비 한도를 현행 기준에 섞는 것이다.

채점에서는 계수하중, 단면 분류, 식 선택, 단위 표기를 본다.

정리

정리하면 압축재 강도와 휨강도를 따로 구해 상관식으로 조합한다.

축력비 경계값에 따라 식을 고르고 좌변 값을 확인한다.

판정 결과가 1.0을 넘으면 처음 단면 가정부터 다시 검토한다.