2017년 5급 공채 기술 2차 건축구조학(선택)
문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.
제1문 (10점)
최근 국내에도 많은 초고층 건축물이 건설되고 있다. 초고층 건축물의 구현을 위해서는 많은 요소기술이 적용되어야 한다. 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
- (1) 건축구조기준(KBC2016)에서 바람으로 인하여 건축구조물에 발생하는 특수한 영향들을 고려하기 위해 풍동실험을 통하여 풍하중을 산정하도록 규정한 경우를 나열하고, 각각에 대해 설명하시오. (2점)
- (2) 지진하중 저항시스템 중 이중골조시스템과 건물골조시스템의 특성을 비교 설명하고, 두 시스템에 적용되는 반응수정계수가 다른 이유를 설명하시오. (4점)
- (3) 수직부재의 부등축소 원인을 설명하고, 구조부재 및 비구조부재에 미치는 영향을 구조적 관점에서 각각 설명하시오. (4점)
제2문 (10점)
그림과 같이 플랜지와 웨브가 박판으로 이루어진 강구조 휨부재 단면에 대해 다음 물음에 답하시오. (단, 단면의 도심(C)과 전단중심(S)은 일치하지 않으며 b_{{2}} > b_{{1}}임) (총 10점)
b1
b2
\frac{{h}}{{2}}
\frac{{h}}{{2}}
tw
tf
e
S
y
z
C
Vy
b2
\frac{{h}}{{2}}
\frac{{h}}{{2}}
tw
tf
e
S
y
z
C
Vy
- (1) 전단흐름에 대해 설명하고, 단면의 전단흐름 방향을 표시하시오. (4점)
- (2) 전단중심에 대해 설명하고, 전단중심의 위치(e)를 구하시오. (6점)
제3문 (15점)
다음 건물은 7층 규모의 주거용이며, 춘천의 경암 지반 부지에 위치하고 있다. 철근콘크리트 보통전단벽으로 구성된 내력벽시스템이며, 횡하중을 저항하는 전단벽의 단면적은 건물의 전 층에 걸쳐 동일하다. 다음 물음에 답하시오. (단, 수직하중과 지진하중만을 고려하고, 건축구조기준 KBC2016의 등가정적해석법을 적용한다) (총 15점)
7층
6층
5층
3층
2층
1층
4층
지붕층
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
6층
5층
3층
2층
1층
4층
지붕층
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
2.8m
○건물높이:h_{n} = 19.6 \mathrm{m} (층고는 2.8 \mathrm{m}로 모든 층 동일함)
○고정하중과 그 외의 하중들을 포함한 유효건물중량:W = 35 , 408 kN (기준층:5 , 215 kN, 지붕층:4 , 118 kN)
○지역계수:S = 0.14 g
○지진하중:(2400년 재현주기지진의 유효지반가속도) S = 0.14 g, (지반등급) S_{A}, (내진등급) \mathrm{I}, (중요도 계수) I_{{E}} = 1.2
○반응수정계수:R = 4.0
○지반등급의 단주기 지반증폭계수 (F_{a}):0.8
○지반등급의 1초 주기 지반증폭계수 (F_{v}):0.8
○고정하중과 그 외의 하중들을 포함한 유효건물중량:W = 35 , 408 kN (기준층:5 , 215 kN, 지붕층:4 , 118 kN)
○지역계수:S = 0.14 g
○지진하중:(2400년 재현주기지진의 유효지반가속도) S = 0.14 g, (지반등급) S_{A}, (내진등급) \mathrm{I}, (중요도 계수) I_{{E}} = 1.2
○반응수정계수:R = 4.0
○지반등급의 단주기 지반증폭계수 (F_{a}):0.8
○지반등급의 1초 주기 지반증폭계수 (F_{v}):0.8
○철근콘크리트 전단벽구조의 근사고유주기(T_{{a}})와 횡하중 수직분포계수(C_{{vx}})는 각각 아래의 식으로 계산한다.
T_{{a}} = 0.049 \, h_{{n}}^{{3 / 4}}
여기서, h_{{n}}:건축물의 밑면으로부터 최상층까지의 전체 높이(m)
C_{{vx}} = \frac{{w_{{x}} h_{{x}}^{{k}}}}{{\sum_{{i = 1}}^{{n}} w_{{i}} h_{{i}}^{{k}}}}
여기서, k:건축물 주기에 따른 분포계수
k＝1:0.5초 이하의 주기를 가진 건축물
k＝2:2.5초 이상의 주기를 가진 건축물
단, 0.5초와 2.5초 사이의 주기를 가진 건축물에서는 k는 1과 2의 값을 직선보간하여 구한다.
h_{{i}}, h_{{x}}:밑면으로부터 i 또는 x층까지의 높이
w_{{i}}, w_{{x}}:i 또는 x층에서의 중량
n:층수
○각 층의 중량은 해당 층의 바닥면에 집중되어 있다고 가정하며, 1층의 바닥은 건물의 밑면과 같은 높이에 있다.
○이 건물의 수직 및 수평 비정형성은 설계에서 고려하지 않는다.
○이 건물의 고유주기는 근사고유주기와 같다.
T_{{a}} = 0.049 \, h_{{n}}^{{3 / 4}}
여기서, h_{{n}}:건축물의 밑면으로부터 최상층까지의 전체 높이(m)
C_{{vx}} = \frac{{w_{{x}} h_{{x}}^{{k}}}}{{\sum_{{i = 1}}^{{n}} w_{{i}} h_{{i}}^{{k}}}}
여기서, k:건축물 주기에 따른 분포계수
k＝1:0.5초 이하의 주기를 가진 건축물
k＝2:2.5초 이상의 주기를 가진 건축물
단, 0.5초와 2.5초 사이의 주기를 가진 건축물에서는 k는 1과 2의 값을 직선보간하여 구한다.
h_{{i}}, h_{{x}}:밑면으로부터 i 또는 x층까지의 높이
w_{{i}}, w_{{x}}:i 또는 x층에서의 중량
n:층수
○각 층의 중량은 해당 층의 바닥면에 집중되어 있다고 가정하며, 1층의 바닥은 건물의 밑면과 같은 높이에 있다.
○이 건물의 수직 및 수평 비정형성은 설계에서 고려하지 않는다.
○이 건물의 고유주기는 근사고유주기와 같다.
- (1) 단주기의 설계스펙트럼가속도(S_{{DS}})와 주기 1초의 설계스펙트럼가속도(S_{{D 1}})를 구하고, 설계스펙트럼가속도에서 구조물의 응답가속도가 일정한 구간과 응답속도가 일정한 구간 사이의 전이점 주기(T_{{S}})를 구하시오. (3점)
- (2) 근사고유주기(T_{{a}})와 밑면전단력(V)을 구하시오. (4점)
- (3) 각 층의 층전단력(F_{{x}})과 건물 밑면의 전도모멘트(M)를 구하시오. (8점)
제4문 (15점)
그림과 같은 프리스트레스트 콘크리트 보에 대하여 다음 물음에 답하시오. (단, 자중 및 응력손실은 무시한다) (총 15점)
○콘크리트의 설계기준압축강도 f_{{ck}} = 40 MPa
○긴장재의 설계기준인장강도 f_{{pu}} = 1 , 860 MPa
○긴장재에 도입된 프리스트레스 f_{{p \, i \,}} = 1 , 116 MPa
○철근의 설계기준항복강도 f_{{y}} = 400 MPa
○긴장재 및 철근의 탄성계수 E_{{p}} = E_{{s}} = 2 \times 10^{{5}} MPa
○\phi \, 12.7 긴장재 6개의 총단면적 A_{{ps}} ( 6 - \phi 12.7 ) = 594 \mathrm{mm}^{{2}}
○D 10 인장철근 2개의 총단면적 A_{{s}} \, ( 2 - D 10 ) = 142 \mathrm{mm}^{{2}}
○보통중량골재 콘크리트를 사용함
○공칭강도를 발휘할 때 긴장재의 인장강도
f_{{ps}} = f_{{pu}} \left[ 1 - \frac{{\gamma_{{p}}}}{{\beta_{{1}}}} \left\{ \rho_{{p}} \frac{{f_{{pu}}}}{{f_{{ck}}}} + \frac{{d}}{{d_{{p}}}} ( \omega - \omega ' ) \right\} \right]
○긴장재는 부착되어 있고 저이완긴장재로 긴장재 종류에 따른 계수 \gamma_{{p}} = 0.28
○긴장재의 설계기준인장강도 f_{{pu}} = 1 , 860 MPa
○긴장재에 도입된 프리스트레스 f_{{p \, i \,}} = 1 , 116 MPa
○철근의 설계기준항복강도 f_{{y}} = 400 MPa
○긴장재 및 철근의 탄성계수 E_{{p}} = E_{{s}} = 2 \times 10^{{5}} MPa
○\phi \, 12.7 긴장재 6개의 총단면적 A_{{ps}} ( 6 - \phi 12.7 ) = 594 \mathrm{mm}^{{2}}
○D 10 인장철근 2개의 총단면적 A_{{s}} \, ( 2 - D 10 ) = 142 \mathrm{mm}^{{2}}
○보통중량골재 콘크리트를 사용함
○공칭강도를 발휘할 때 긴장재의 인장강도
f_{{ps}} = f_{{pu}} \left[ 1 - \frac{{\gamma_{{p}}}}{{\beta_{{1}}}} \left\{ \rho_{{p}} \frac{{f_{{pu}}}}{{f_{{ck}}}} + \frac{{d}}{{d_{{p}}}} ( \omega - \omega ' ) \right\} \right]
○긴장재는 부착되어 있고 저이완긴장재로 긴장재 종류에 따른 계수 \gamma_{{p}} = 0.28
철근:
2－D10
긴장재:
6－\phi12.7
2－D10
긴장재:
6－\phi12.7
- (1) 프리스트레스트 콘크리트 보는 미리 압축을 가한 인장구역에서 사용하중에 의한 인장연단응력을 근거로 보의 등급을 구분한다. 그 종류와 기준을 설명하시오. (3점)
- (2) 초기 긴장력의 도입 직후, 보 단면에서 콘크리트 상단 응력(f_{{t}})과 하단 응력(f_{{b}})을 구하시오.(3점)
- (3) 균열모멘트(M_{{cr}})를 구하시오. (2점)
- (4) 설계 휨강도(\phi M_{{n}})를 구하시오. (7점)