2019년 5급 공채 기술 2차 철근콘크리트공학(건축)

문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (15점)

다음 구조평면도에서 슬래브를 직접설계법으로 설계하고자 한다. 기둥과 보의 단면크기는 각각 600mm×600mm와 300mm(폭)×700mm(슬래브 두께 포함 깊이)이고, 각 층의 기둥 높이는 3m로써 기둥의 중심축은 모든 층에서 연속되어 있다. 슬래브의 두께 h＝200mm일 때, 구조평면도에 표시된 설계대에 대하여 다음 물음에 답하시오. (단, 슬래브에 작용하는 등분포 고정하중(자중 포함)과 활하중은 각각 \omega_{{D}}＝8kN/m²와 \omega_{{L}}＝6kN/m²이고, 콘크리트 설계기준압축강도와 철근 설계기준항복강도는 각각 f_{{ck}}＝24MPa와 f_{{y}}＝400MPa이다. 보와 슬래브의 콘크리트 탄성계수는 동일하고 상대강성비는 \alpha_{a}＝5.4, \alpha_{b}＝3.9, \alpha_{c}＝3.4로 한다) (총 15점)
[그림]

(1) 주열대와 중간대의 개념을 각각 정의하고, 슬래브의 주열대 폭과 중간대 폭을 계산하시오. (2점)
(2) 직접설계법으로 설계할 수 있는지 검토하시오. (4점)
(3) <표 1>을 이용하여 단부 경간의 정․부 계수휨모멘트 분배율을 구하시오. (2점)
(4) <표 2>를 이용하여 단부 경간의 주열대 및 중간대에 분배되는 계수휨모멘트 분배율을 구하시오. (4점)

(5) 단부 경간에서 주열대와 중간대로 분배되는 모멘트를 산정하시오. (3점)

<표 1> 단부 경간 정․부 계수휨모멘트 분배율
구분	(1)	(2)	(3)	(4)		(5)
	구속되지 않은 외부 받침부	모든 받침부 사이에 보가 있는 슬래브	내부 받침부 사이에 보가 없는 슬래브			완전 구속된 외부 받침부
			테두리보가 없는 경우		테두리보가 있는 경우
내부 받침부의 부계수휨모멘트	0.75	0.70	0.70		0.70	0.65
정계수휨모멘트	0.63	0.57	0.52		0.50	0.35
외부 받침부의 부계수휨모멘트	0.00	0.16	0.26		0.30	0.65

<표 2> 주열대에서의 계수휨모멘트 분배율(%)
구분			l_{{2}} / l_{{1}}
구분			0.5	1.0	2.0
내부 받침부의 부모멘트	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) = 0 ( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) \ge 1.0		75 90	75 75	75 45
외부 받침부의 부모멘트	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) = 0	\beta_{{t}} \, = \, 0	100	100	100
	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) = 0	\beta_{{t}} \, \ge 2.5	75	75	75
	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) \ge 1.0	\beta_{{t}} \, = \, 0	100	100	100
	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) \ge 1.0	\beta_{{t}} \, \ge 2.5	90	75	45
중앙부 정모멘트	( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) = 0 ( \alpha_{{1}} l_{{2}} / l_{{1}} ) \ge 1.0		60 90	60 75	60 75

주기) 비틀림단면계수 C = \sum_{{}}^{{}} \left[ \left( 1 - 0.63 \frac{{x}}{{y}} \right) \frac{{x^{{3}} y}}{{3}} \right]

제2문 (8점)

건축구조기준(KBC2016)에서는 지진력에 저항하는 철근콘크리트 부재에 사용된 주철근(종방향 철근)의 실제 항복강도와 실제 인장강도비를 다음과 같이 제한하고 있다. 항복강도와 인장강도비를 제한하는 이유를 각각 서술하시오. (8점)

	<건축구조기준(KBC2016) 0520>

0520.1.5.2 실제 항복강도 제한 강재를 제작한 공장에서 계측한 실제 항복강도가 공칭항복강도를 120MPa 이상 초과하지 않아야 한다. 재시험에서는 이 값을 20MPa 이상 초과하지 않아야 한다. 0520.1.5.3 실제 인장강도비 제한 실제 항복강도에 대한 실제 극한인장강도의 비가 1.25 이상이어야 한다.

제3문 (12점)

벽기둥의 상단 받침부에 작용하는 하중에 의해 그림과 같이 15도 경사 균열이 발생하였다. 건축구조기준(KBC2016)에 근거하여 다음 물음에 답하시오. (총 12점)

수직하중: 고정하중 W_{{D}}＝130kN, 활하중 W_{{L}}＝150kN
수평하중: 인장력 T＝150kN(온도변화와 건조수축에 의한 인장력)

(단, 철근의 설계기준항복강도 f_{{y}}＝400MPa이며, D10(단면적 71.3mm²) 철근을 사용하였다. 일체로 친 보통중량 콘크리트를 사용하였으며, 콘크리트의 설계기준압축강도 f_{{ck}}＝30MPa이다. 받침부에는 수평방향 인장력을 피할 수 있는 특별한 장치가 마련되어 있지 않다. 전단마찰철근과 인장보강철근을 벽기둥의 횡방향에 배근한다)
[그림]

W_{{D}} + W_{{L}}

(1) 균열면에 작용하는 계수전단력과 계수축력을 구하시오. (3점)
(2) 전단마찰철근량의 총합을 구하시오. (3점)
(3) 인장보강철근량의 총합을 구하시오. (3점)
(4) 최대 허용전단강도(V_{n})를 검토하고, 이유를 서술하시오. (3점)

제4문 (15점)

그림과 같이 띠철근으로 횡보강되고 축방향으로 4-D29가 배근된 직사각형 단주에 대하여 다음 조건에 따라 등하중법(load contour method)을 사용하여 2축 휨에 대한 단면설계를 수행하고자 한다. 물음에 답하시오. (총 15점)

가.단면 및 재료 특성
○콘크리트 f_{ck}＝27MPa(극한압축변형률 \varepsilon_{cu}＝0.003)
○철근 f_{y}＝400MPa, E_{{s}}＝200,000MPa
○철근 단면적(4-D29) A_{st}＝2,570mm²
○압축측 콘크리트의 응력분포는 등가응력블록을 사용
나.기둥에 작용하는 계수부재력
○소요압축강도 P_{u}＝1500kN
○강축(x축) 소요휨강도 M_{ux}＝350kN-m
○약축(y축) 소요휨강도 M_{uy}＝150kN-m
다.강축(x축) 및 약축(y축)에 대한 PM상관도
○각 방향의 PM상관도는 중심축 압축강도, 균형파괴강도, 순수휨강도의 세 점을 잇는 직선으로 근사화 (단, 강도감소계수는 무시한다)
○순수휨강도는 단근보에 대한 약산식을 사용할 수 있음(압축측 철근 영향 무시)
라.2축 휨에 대한 안전성 검토(등하중법)
○다음 식을 만족하는 경우 2축 휨에 대하여 안전한 것으로 판단함
\left( \frac{{M_{ux}}}{{M_{nxo}}} \right)^{1.5} + \left( \frac{{M_{uy}}}{{M_{nyo}}} \right)^{1.5} \le 1.0
○위 식에서 M_{nxo}와 M_{nyo}는 각각 소요압축강도 P_{u}에 대응하는 강축 및 약축 휨강도로서, 각 방향의 PM상관도로부터 직선보간으로 구함

[그림]

c_{c}＝70mm

(1) 강축(x축)에 대한 PM상관도(P_{n} - M_{nx}관계)를 구하시오. (6점)
(2) 약축(y축)에 대한 PM상관도(P_{n} - M_{ny}관계)를 구하시오. (4점)
(3) 등하중법을 사용하여 2축 휨에 대한 안전성을 논하시오. (단, 강도감소계수는 무시한다) (5점)