KDS 41 20 00 건축물 콘크리트구조 설계기준

1. 일반사항

1.1 목적

(1) 이 기준은 콘크리트구조 건축구조물에 대한 설계, 검사 및 실험, 설계허증, 재료별 설계방법, 재료강도, 제작 및 설치, 시공, 품질관리 등의 기술적 사항을 규정함으로써 콘크리트구조 건축구조물의 안전성, 사용성 및 내구성 등 확보하는 것을 목적으로 한다.

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 무근콘크리트, 철근콘크리트, 프리스트레스트 콘크리트 및 경량기포 콘크리트를 사용하는 건축구조물에 적용한다.

(2) 이 기준은 KDS 14 20 01 (1.2)를 따르며, 다음 ①을 추가한다.

① 건축구조물과 관련된 용벽, 축구, 저수조, 지장소, 굴뚝 등 구조물과 콜탄트, 지하 구조물, 탱크 등 특수구조물에 대하여서도 원칙적으로 이 구조기준을 적용하되 각 구조물의 기능 특성 및 기능에 따라 당해 시설에 맞는 기준을 적용할 수 있다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

내용 없음

1.3.2 관련 기준

· KDS 14 20 00 콘크리트구조 설계(강도설계법)

· KDS 41 12 00 건축물 설계하중

1.4 용어의 정의

(1) KDS 14 20 01 (1.4) 와 다음을 따른다.

· 무량판 구조 : 보가 없이 기둥 또는 일부 벽체로 지지되는 슬래브 구조 형식으로, 기둥과 슬래브가 직접 연결되는

플랫 플레이트와 기둥 상부가 지판 또는 기둥머리에 의해 보강된 플랫 슬래브 등의 바닥구조

1.5 기초의 정의

(1) KDS 14 20 00에 따른다. 다만, KDS 14 20 10 (1.5) 에서 $H_s$와 $H_c$는 이 기준에서 제외하고 다음 기호를 추가한다.

· $H_j$ 흙, 지하수 또는 기타 재료의 횡압력에 의한 수평방향 하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력

1.6 설계고려사항

(1) KDS 14 20 01 (1.6) 을 따른다.

1.7 구조설계도서

(1) KDS 14 20 01 (1.7) 을 따른다.

2. 조사 및 계획

내용 없음

3. 재료

3.1 콘크리트

(1) KDS 14 20 01 (3.1) 을 따른다.

3.2 강재

(1) KDS 14 20 01 (3.2) 를 따른다.

4. 설계

4.1 설계하중 및 하중조합

(1) KDS 41 12 00과 KDS 41 17 00을 따른다.

4.2 사용성 및 내구성

4.2.1 사용성

(1) KDS 14 20 30을 따른다.

4.2.2 피로

(1) KDS 14 20 26을 따른다.

4.2.3 내구성

(1) KDS 14 20 40을 따른다.

4.3 철근상세

(1) KDS 14 20 50을 따른다. 다만, 압축부재의 횡철근과 접합부의 설계는 다음 4.3.1과 4.3.2의 규정을 따른다.

4.3.1 압축부재의 횡철근

(1) KDS 14 20 50 (4.4.2) 를 따르며, KDS 14 20 50 (4.4.2(3)②)을 다음 ①로 변경한다.

① 띠철근의 수직간격은 축방향 철근지름의 16배 이하, 띠철근이나 절선지름의 48배 이하, 또한 기둥 단면의 최소 치수의 1/2 이하로 하여야 한다. 단, 200mm보다 좁을 필요는 없다.

4.3.2 접합부

(1) KDS 14 20 50 (4.5.3) 을 따르며, 다음 ①을 추가한다.

① 보-기둥 접합부에서 돌레보강과 내부마찰근의 최대수직간격은 KDS 14 20 50 (4.4.2) 의 규정을 따라야 한다.

이때 돌레보강과 내부마찰근의 상세는 기둥단부와 동일한 상세를 사용한다. 단, 접합부의 4면이 보로 둘러싸인 접합부 영역에서는 돌레보강과 내부마찰근을 생략할 수 있다.

4.4 휨 및 압축

(1) KDS 14 20 20을 따른다.

4.5 전단과 비틀림

(1) KDS 14 20 22를 따른다. 다만, 최소 전단철근 설계는 다음 규정을 따른다.

4.5.1 최소 전단철근

(1) KDS 14 20 22 (4.3.3) 을 따르되, KDS 14 20 22 (4.3.3(1)⑥)을 다음 ①로 변경한다.

① 보의 길이가 600mm를 초과하지 않고 설계기준압축강도가 60MPa을 초과하지 않는 강섬유 콘크리트 보에 적용하는 계수전단력이 $k(1/6)\sqrt{f_{ck}} b_w d$를 초과하지 않는 경우

4.6 정착 및 이음

(1) KDS 14 20 52를 따른다.

4.7 프리스트레스트 콘크리트

(1) KDS 14 20 60을 따른다.

4.8 슬래브

(1) KDS 14 20 70을 따른다. 다만, 무량판 구조는 4.8.1의 규정을 추가로 따른다.

4.8.1 무량판 구조 설계 특별 고려사항

4.8.1.1 설계일반

(1) 책임구조기술자는 다음 조항을 포함하여 조적 준비 및 시공 중의 구조안전을 설계 또는 시공 단계에서 확인하여야 한다.

① 시공하중 산정 시 조적에 사용되는 토사 및 식재 등의 적재 자재 하중과 장비하중 및 작업자하중 등을 고려하여야 한다.

② 조경용 토사의 야적 시 쌓림, 강우에 의한 토사하중의 증가와 설하중 등을 고려하여 토사의 중류, 야적량과 야적 높이를 결정하여야 한다.

4.8.1.2 핵심과 설계

(1) 이방향 전단에 대한 개수전단력 $V$가 콘크리트에 의한 설계전단강도 $φV_c$를 초과할 때에는 전단철근을 배치하여야 한다. 또한 부재 길이가 400mm을 초과하는 무량판 구조(전이슬래브 제외)의 전단철근량은 식 (4.8-1)에서 규정하는 최소 전단철근량 이상이어야 한다.

$A_{s,min} = 0.19\sqrt{f_{ck}}\frac{b_w d}{f_{yk}} \quad (4.8-1)$

여기서, $b_w$는 슬래브-기둥 접합부의 보강 전 위험단면 길이이다. 전단철근은 최소한 기둥 면에서 $3h$ 이상 연장된 구간에 배치되어야 하며 전단철근 간의 간격은 $d/2$ 이내로 한다. 여기서, $d$는 슬래브의 인장철근의 중심에서 압축콘크리트 연단까지 거리며, $h$는 슬래브의 전체 두께 또는 깊이이다. 확대머리 전단스터드 등을 이용하여 최소 전단보강철 적용에는 식 (4.8-1) 과 함께 KDS 14 20 22 (4.11) 에 제시된 상세 조건을 만족하여야 한다.

(2) 슬래브 내 배관, 호스, 기타 삽입물이 집중하중이나 반력이 작용하는 면 주변에 설치된 경우 KDS 14 20 22 (4.11.6) 에 따른다.

(3) 기둥이 슬래브의 불연속 단부 인근에 배치되는 접합부의 경우 다음 규정을 따라 전단위험단면을 산정한다.

① 슬래브 불연속 단부에서 가장 가까운 기둥면까지 거리가 슬래브 두께의 4배 ($4h$) 이하이면 슬래브 불연속 단부측에 위치한 위험단면은 돌레길이에서 제외하고 인접한 위험단면을 슬래브 불연속 단부까지 연장하여야 한다.

② ①의 방법으로 산정한 위험단면 둘레길이는 기둥면에서 $0.5d$ 만큼 떨어진 가상의 폐쇄형 위험단면 둘레길이보다 길 수 없다.

③ 그 이외의 경우에는 기둥면에서 0.5d 만큼 떨어진 가상의 폐쇄형 단면으로 위험단면을 정의한다.

④ 기둥이 슬래브의 모서리에 배치되는 접합부의 경우, 상기와 동일한 방법으로 위험단면을 산정하되 사면형 위험단면보다 그 둘레길이가 더 길지 않아야 한다.

(4) 공칭전단강도 $V_c$는 $0.35f_{ck}^{0.5}b_od$ 이하이어야 한다. 여기서 $b_o$는 압축철근의 영향을 무시하고 계산된 슬래브 위험면의 압축대 깊이의 평균값이다.

(5) 플랫 슬래브에 지판을 설치하는 경우, 지판과 슬래브 (또는 기초와 지중보 포함) 콘크리트의 끊어지기는 완적적으로 허용되지 않으며, 불가피하게 콘크리트를 끊어놓아 하는 경우에는 충분한 합성성능을 확보하기 위하여 KDS 41 20 00 (4.14)에 따라 전단연결재를 미리 설치하여야 한다.

4.8.1.3 철근 상세

(1) 무량판 구조의 철근 상세는 다음 ①과 ②의 규정을 만족해야 한다. 또한, 외부 및 모서리 접합부, 외부 벽체 안전성 강화를 위한 철근 상세 규정은 다음 ③의 규정을 따른다.

① 무량판 구조 슬래브의 철근 배근 상세 및 최소 연장길이는 그림 4.8-1에 따른다. 단, 주열대 상부철근 중 50%의 최소 연장길이는 슬래브 두께의 4.5배($4.5h$) 이상으로 하되 연장길이가 경간의 절반(0.5$l$)보다 길 필요는 없다.

[그림 4.8-1] 무량판 구조에서 기둥 주위의 슬래브 배근 상세를 보여주는 도면으로, 상부 나머지, 하부, 상부, 하부 나머지 구간별로 지진이 있는 경우와 없는 경우의 철근 배치와 연장길이를 상세히 나타냄. 각 구간별로 최소연장길이와 배근 요구사항이 명시되어 있음.

② KDS 14 20 70 (4.1.5.4(5))에서 규정하는 각 방향의 주열대 내의 모든 하부 절곡이나 절선 및 (6)에서 규정

하는 전단머리가 있는 슬래브나 리프트·슬래브의 하부 절곡이나 절선은 연속이거나 그림 4.8-10에 제시된 구역

에서만 B급 겹침이음으로 이어야 한다.

③ 보가 없는 슬래브의 불연속 단부에서 슬래브가 테두리보나 벽체로 지지되어 있지 않은 경우 또는 슬래브가

발침부를 지나 캔틸레버로 되어 있는 경우에는 KDS 14 20 70 (4.1.5.2) 를 따르며 슬래브 상부 절곡과 동일 규

격의 U형 단부 절곡을 사용하여 슬래브 상부 절곡의 단부를 정착하도록 한다. 이 때, U형 단부 절곡은 슬래브 상

부 절곡과 KDS 14 20 52 (4.5.2) 의 A급 이음으로 이어야 한다.

(2) 무량판 슬래브에 전단철근을 적용하는 경우 전단철근의 배치를 고려하여 최소피복두께를 결정할 수 있다.

4.9 벽체

(1) KDS 14 20 72를 따른다.

4.10 기초판

(1) KDS 14 20 70을 따른다.

4.11 옹벽 및 지하외벽

(1) KDS 14 20 74를 따른다.

4.12 아치

(1) KDS 14 20 74를 따른다.

4.13 프리캐스트 콘크리트

(1) KDS 14 20 62를 따른다. 다만, KDS 14 20 62 (1.2(2)) 와 (4.3) 은 제외한다.

4.14 합성콘크리트 부재

(1) KDS 14 20 66을 따른다. 다만, 설계 일반, 합성콘크리트 휨부재의 설계, 구조용 강재를 철근콘크리트로 보강한 합성휨부재요소 범위는 다음 4.14.1 ~ 4.14.3의 규정을 따른다.

4.14.1 설계일반

(1) KDS 14 20 66 (4.1) 과 다음 ①, ②를 따른다.

① 각각의 부재요소는 각 재하단계에서 시공과정부터 발생 가능한 모든 사용하중 및 설계하중조건에 대해 합성 또는 비합성 단면을 고려하여 강도 및 사용성을 검토하여야 한다.

② 위험단면위치의 주위에서 단면의 크기, 힘의 흐름이 급격히 변화하는 경우에는 실험 및 해석으로 성능이 입증 되거나 KDS 14 20 24에 따라 설계되어야 한다.

4.14.2 합성콘크리트 휨부재의 설계

4.14.2.1 수직전단강도

(1) KDS 14 20 66 (4.2.1) 을 따르며, 다음 ①부터 ④까지를 추가한다.

① 프리스트레스를 가하지 않은 합성 휨 부재에서 요소간의 콘크리트 강도가 서로 다를 경우에는 각 요소별 특성에 따라 $f'_c$를 각각 계산하여 합산하여 $f'_c$를 계산할 수 있다. 전단강도 계산을 위하여 KDS 14 20 22 (식 (4.2-1)) 과 식 (4.2-3) )을 사용한다. 단, KDS 14 20 22 (4.3.3) 최소전단철근의 조건을 만족하지 않고 휨 인장철근비가 0.013 미만인 경우에는 각 요소별 $\sqrt{f'_c}$의 값이 7.1MPa을 초과하지 않도록 하여야 한다.

② 프리스트레스를 가한 요소를 포함하는 합성 휨 부재에서는 각 요소의 특성에 따라 $f'_c$를 각각 계산하여 합산할 수 있다. 프리스트레스팅 단면은 KDS 14 20 22 (4.2.2(2)) 의 조건을 만족하는 KDS 14 20 22 (식 (4.2-7) )을 사용하고, 프리스트레스되지 않은 단면은 KDS 14 20 22 (식 (4.2-1) )을 사용하여 계산한다. 단, 휩점근 인장강도의 40% 미만의 유효프리스트레스 힘이 작용하는 경우에는 ①에 따른다. 프리스트레스요소의 단부와 정착부에서는 프리스트레스의 영향을 무시하고 ①에 따른다.

③ ①과 ②에서 각 요소의 전단강도계산에 사용되는 유효깊이는, 요소가 압축대에 위치한 경우에는 요소의 중심이며, 요소가 인장대에 위치한 경우에는 해당요소의 유효깊이이다.

④ 전단철근에 의한 전단강도 $f'_c$의 최댓값은 KDS 14 20 22 (4.3.4(9)) 에 따르며, 이때 $f_{ce}$는 각 요소의 콘크리트강도 중 최솟값을 사용한다.

4.14.3 구조용 강재를 철근콘크리트로 보강한 합성철부재적용 범위

(1) KDS 14 20 66 (4.2.4) 을 따르며, KDS 14 20 66 (4.2.4(5)) 을 제외한다.

4.15 쉘과 접판부재

(1) KDS 14 20 74을 따른다.

4.16 구조용 무근콘크리트

(1) KDS 14 20 64을 따른다. 다만, 적용 범위는 다음 규정을 따른다.

4.16.1 적용 범위

(1) KDS 14 20 64 (1.2) 와 다음 ①과 ②를 따른다.

① 구조용 무근콘크리트 건설회는 지하층 벽체는 4.2.3의 특별한 환경상태에 대한 요구사항에서 제외될 수 있다.

② 보도와 지표면 슬래브 등과 같이 지면에 바로 지지되는 슬래브의 설계와 시공은 이 기준을 적용하지 않는다. 다만, 이러한 부재가 다른 구조부재로부터 수직하중 또는 수평하중을 지면으로 전달하는 경우는 이 기준을 적용한다.

4.17 기존 콘크리트 구조물의 안전성 평가

(1) KDS 14 20 90을 따른다.

4.18 내진설계 시 특별 고려사항

(1) KDS 14 20 80을 따른다. 다만, 중간 및 특수 콘크리트 구조 시스템의 철근과 연결부는 다음 4.18.1과 4.18.2의 규정에 따른다.

4.18.1 중간 및 특수 콘크리트 구조 시스템의 철근

(1) 중간 및 특수 콘크리트 구조 시스템의 철근은 KDS 14 20 80 (4.1.5)를 따르며, KDS 14 20 80 (4.1.5(2))를 다음 ①로 변경한다.

① 골조의 주철근, 구조벽체의 수직철근 및 연결부의 주철근은 KS D 3504의 특수내진용 S등급 철근을 사용하여야 한다.

4.18.2 연결부

(1) 연결부는 KDS 14 20 80 (4.7.7)을 따르며, 다음 ①을 추가한다.

① $l_e / h_c < 2$인 연결보에서 대각선 철근으로 설계되지 않는 경우, 150mm 이하 간격의 횡방향 철근과 수직 및 수평방향으로 각각 200mm 이하 간격의 연결철근을 배치하여야 한다. 각 연결철근과 횡방향 철근의 갈고리는 등등이상의 직경인 축방향 철근에 연결하여야 하며 기계적 정착철근을 연결철근으로 사용할 수 있다.

4.19 스트럿-타이 모델

(1) KDS 14 20 24를 따른다.

4.20 콘크리트용 앵커

(1) KDS 14 20 54를 따른다.