철근콘크리트 단면강도 설계법

단면강도 설계법의 정의

철근콘크리트 단면강도 설계법은 단면이 견디는 휨강도를 구하는 방법이다.

보에 큰 휨모멘트가 걸리면 콘크리트는 위에서 누르고 철근은 아래에서 당긴다.

이 두 힘이 평형을 이루는 위치와 크기를 찾으면 단면의 휨강도가 나온다.

단면강도 산정 절차

단면 산정은 변형률 가정에서 시작한다. 압축연단 변형률은 0.003이다.

콘크리트 응력은 등가 직사각형 응력블록으로 보고, 최대 응력은 0.85fck다.

힘 평형식 C = T로 응력블록 깊이 a를 구하고 공칭모멘트 Mn을 계산한다.

그다음 인장철근 변형률 εt로 강도감소계수 φ를 정한다.

마지막으로 φMn이 극한 휨모멘트 Mu 이상인지 확인한다.

힘 평형과 공칭모멘트

힘 평형식 As·fy = 0.85·fck·a·b에서 등가 응력블록 깊이 a가 정해진다.

깊이 a를 알면 공칭모멘트는 Mn = As·fy(d − a/2)로 구한다.

As는 mm², fy와 fck는 MPa 단위로 대입하고 나머지 치수는 mm로 맞춘다.

a를 구한 뒤에는 중립축 깊이 c = a/β1로 중립축 위치를 계산한다.

지배단면과 강도감소계수

인장철근 변형률 εt로 지배단면을 구분하고 강도감소계수 φ를 정한다.

인장지배 단면은 철근이 먼저 항복해 연성이 확보된다. 이때 φ가 가장 크다.

압축지배 단면은 취성 파괴이므로 φ를 낮춘다. 두 경우 사이는 전이 구간이다.

최소철근량은 균열 직후 취성파괴를 막는 하한이므로 반드시 함께 확인한다.

정리와 확인

앞 문제의 정답은 εt로 지배단면을 구분하는 것이다.

단면강도는 변형률 가정, 힘 평형, 공칭모멘트, 강도감소 순서로 구한다.

마지막으로 설계휨강도가 계수하중 효과 이상인지 검토한다.