KDS 41 30 40 냉간성형 스테인리스강 설계기준

목차

1. 일반사항 ·································································································································1

1.1 목적 ····································································································································· 1

1.2 적용범위 ··························································································································· 1

1.3 참고 기준 ··························································································································· 1

1.4 용어의 정의 ······················································································································2

1.5 기호의 정의 ······················································································································ 5

1.6 해석과 설계원칙 ············································································································ 12

1.7 구조설계도서 ·················································································································· 16

1.8 제작 설치도면 ··············································································································17

2. 조사 및 계획 ···················································································································· 18

3. 재료 ··································································································································· 18

3.1 일반사항 ························································································································ 18

3.2 강재 ································································································································ 18

3.3 기타 스테인리스강 ······································································································ 19

3.4 항복강도 및 냉간성형에 따른 강도증가 ·································································19

3.5 재료강도 및 재료정수 ································································································ 20

4. 설계 ··································································································································· 25

4.1 단면요소의 분류 ··········································································································· 25

4.2 접합 ································································································································39

4.3 인장재 ····························································································································· 45

4.4 압축부재 ························································································································· 45

4.5 휨부재 ····························································································································· 48

4.6 조합력을 받는 부재 ····································································································58

4.7 조립부재와 가새부재 ··································································································59

4.8 스테인리스강 시험 ···································································································· 63

1. 일반사항

1.1 목적

(1) KDS 41 30 40은 냉간성형 스테인리스강 건축물 및 시설물에 적용가능한 스테인리스강의 범위, 설계하중, 부재설계방법 등의 기술적 사항을 규정함으로써 스테인리스강 구조물의 안전성, 사용성 및 내구성을 확보하는 것을 그 목적으로 한다.

1.2 적용 범위

1.2.1 범위

(1) 이 기준은 냉간성형 스테인리스강의 구조부재(강봉의 경우는 열간압연 스테인리스강 포함) 그리고 건축물 및 토목공과를 고려한 비건축 구조물의 하중전달을 목적으로 사용된 구조부재의 설계에 적용한다.

① 이 기준은 열처리 및 냉간압연 과정으로 생산된 강판, 강대, 관재 또는 평강, 스테인리스강을 냉간성형하거나 용접조립한 부재와 형강 등을 사용하여 하중을 지지하는 건축물 및 접적하중을 받는 구조물에 사용되는 구조부재에 적용하여야 한다.

② 온도 또는 동적효과에 대한 적절한 허용치가 제공되는 경우에는 건축물 이외에도 이 기준을 적용할 수 있다.

③ 인장재로 적용하는 스테인리스 강봉은 열간압연 제품을 포함할 수 있다.

1.2.2 기타 형상 및 제작방법

(1) 이 기준에서 규정되지 않은 별도의 대체 형상이나 제작방법의 사용을 제한하지 않는다. 이러한 대체 방법은 4.8의 요구사항을 만족하여야 하며 강구조 설계기준(KDS 41 30 10)과 냉간성형강구조 설계기준(KDS 41 30 30)을 만족하여야 한다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 범규

내용 없음.

1.3.2 관련 기준

• KDS 41 30 10 강구조 설계기준 • KDS 14 31 00 강구조 설계기준(하중저항계수설계법) • KDS 41 10 05 건축구조기준 총칙 • KDS 41 10 15 건축구조기준 설계하중

• KDS 41 30 30 냉간성형강구조 설계기준 • KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준 • KCS 14 31 05 강구조공사 일반사항 • KS D 3698 : 냉간압연 스테인리스 강판 및 강대 • KS D 3690 : 냉간성형 스테인리스강 형강 • KS D 3706 : 스테인리스 강봉 • KS D 3692 : 냉간가공 스테인리스 강봉 • KS D 7014 : 스테인리스강 피복 아크 용접봉 • KS D 3696 : 용접용 스테인리스강 선재 • KS B 0241 : 내식 스테인리스 강재나사 부품의 기계적 성질 • KS B 1002 : 6각 볼트 • KS D 3536 : 기계구조용 스테인리스강 강관 • KS D 3576 : 배관용 스테인리스 강관

1.4 용어의 정의

• 강도한계상태 : 항복, 소성힌지의 형성, 골좌 또는 부재의 안정성, 인장파괴, 피로파괴 등 안정성과 최대하중 저지력에 대한 한계상태

• 공칭강도 : 하중효과에 저항하기 위한 구조체 혹은 구조부재의 강도 (저항계수가 적용되지 않은 값)

• 공칭하중 : 관련 기준에 명시된 하중의 크기

• 구속판요소압축요소 : 하중의 방향과 평행하게 양면이 직각방향의 판요소에 의해 연속된 압축을 받는 평판요소

• 그루브용접 : 접합 부재면에 홈을 만들어(개선하여) 이루어지는 용접

• 냉간성형 : ① 상온에서 압연에 의해 압연하거나, 굽힘가공, 단조, 압출 등으로 성형하는 작업을 총칭해서 말한다. ② 상온에서 가열온 온도에서 하는 압연을 냉간압연이라고 한다. 냉간압연제는 가열하지 않으므로 표면에 스케일이 발생하지 않아 표면가 아름답고 가열이 나 냉각에 의해서 발생하는 팽창이나 수축의 적어서 치수 정도가 높다. 그러나 냉간 가공효과에 의해 인성은 열화되고 경도나 인장강도는 증대한다. 따라서 강판 압연의 열처리를 하지만 강판, 경량 형강 등은 일반적으로 그대로 사용된다.

• 냉간성형 스테인리스강 구조부재 : 냉간성형 스테인리스강 구조부재는 열간압연에서 요구되는 추가 가열 없이 상온에서 절단, 절곡 등의 성형작업으로 제작된 형강으로 이루어진 부재를 말한다.

• 단면2차모멘트 : 단면 내의 미소면적 × 외 소심의 축까지의 거리 $l$ 의 2승의 곱을 전단면 걸쳐서 적분하는 것을 그 축에 관한 단면2차모멘트라 한다.

• 단면2차반경 : 단면의 도심을 통과하는 축에 관한 단면2차모멘트 를 단면적 로 나눈 것

• 의 제곱근을 말한다.

• 단면계수: 단면도심을 통과하는 축에 관한 단면2차모멘트를, 그 축에서 가장 먼 인장측 또는 압축측의 전가거의 거리를 $W_e$, $W_c$ 라 하면, 다음의 식 을 각각 인장측단면계수, 압축측단면계수라 한다. $W_e$, $W_c$

• 듀플렉스계(오스테나이트계-페라이트계) 스테인리스강: 상온에서 오스테나이트상과 페라이트상의 혼합조직으로 강도가 우수하고 결정립이 미세화되며 용접부의 균열, 툴새부식 및 방식에 대해 저항성이 우수하고 기계적 강도가 높음. 또한 열팽창계수가 낮고 용접이 용이

• 매칭용접재: 접합되는 재료(모재)와 비슷한 화학적 성분 그리고/혹은 비슷한 기계적 특성을 갖는 용접재

• 봉고임: 평지붕골조의 처짐을 유발하는 물의 고임현상

• 비구속판 압축요소: 하중의 방향과 평행하게 한 쪽 끝단이 직각방향의 판요소에 의해 연결된 평판요소

• 비지지길이: 한 부재의 횡지지가세 사이의 간격으로서, 가새부재 도심간의 거리로 측정

• 비틀림좌굴: 압축부재가 전단중심축에 대해 비틀리는 좌굴모드

• 사용한계상태: 구조물의 외형, 유지 및 관리, 내구성, 사용자의 안락감 또는 기계류의 정상적인 기능 등을 유지하기 위한 구조물의 능력에 영향을 미치는 한계상태.

• 설계강도: 공칭강도와 저항계수의 곱.

• 설계유효폭: 설계 시 요소의 평판폭이 감소된 경우, 감소된 설계폭을 유효폭 또는 설계유효폭이라 한다.

• 설계항복강도: 설계항복강도는 항복강도의 하한치를 말한다. 여기서 항복강도는 압연방향(평행 또는 수직)에 따라 상이하며, 용력의 종류(인장 또는 압축)에 상관없이 이 항복강도에 의해 설계되는 냉간성형 스테인리스강 부재를 사용하기 위하여 수행하는 시험결과와 동일하거나 또는 이를 초과하여야 한다.

• 성능지험: 성능지험은 성능이 검증되지 않은 구조부재, 접합 및 접합부에 대하여 1장에서 5장까지의 기준 또는 적절한 참고문헌에 따라 수행한 시험을 말한다.

• 세장비: 휘축과 동일한 축의 단면2차반경에 대한 유효길이의 비

• 소요강도: 한계상태설계 하중조합에 대한 구조해석에 의해 산정된 구조부재에 작용하는 힘, 응력, 또는 변형을 지칭

• 순단면적: 부재의 총단면적으로부터 볼트구멍 등의 결손부분을 공제한 단면적

• 연성: 항복점 이상의 응력을 받는 금속재료가 소성변형을 일으켜 파괴되지 않고 변형을 계속하는 성질

• 연신율: 시험편이 파단할 때 까지 늘어나는 특성을 표현하기 위해(?) 표절거리 내에 생긴 변형량의 원 표절 거리에 대한 비를 백분율로 나타낸 값

• 오스테나이트계 스테인리스강: 강철에 내식성을 향상시켜 목적으로 크롬과 니켈을 함유시키면, 상온에 있어서 오스테나이트조직을 나타내는스테인리스강. 결정구조는 면심입

각자로 스테인리스강종 가장 내식성에 뛰어나 가공성이나 용접성도 좋고, 열처리에 따라 서강화성을 없이, 일반적으로 비자성, 18% 크롬, 8% 니켈을 포함하는 18Cr-8Ni강이 대표적

• 유효단면적: 부재나 부품의 강도 등을 산정할 때 역학적으로 유효하다고 생각하여 사용 하는 단면적. 인장재의 볼트구멍과 접합부 등을 공제한 단면적, 볼트의 인장강도 산정 등인 유효지름과 공지름의 평균으로부터 구한 축부단면적, 용접유효목두께와 유효길이의 곱 등 이 있다.

• 유효목두께: 여분의 용접선을 제외한 목두께 중에서, 강도적으로 유효한 부분. 일반적으 로는 이론목두께와 접합판두께에서 구하나, 맞댐, 필릿, 부분용입용접의 각각에 대해서 설 계에 이용하는 유효목두께의 산택 방법이 규정되어 있다.

• 유효폭: 판, I형보, T형보, 벽이 있는 기둥 등에서, 유효하게 저항한다고 보여지는 판상부 분을 표현한 폭

• 용착금속: 용접과정에서 안전히 용융된 부분. 용착금속은 용접과정에서 열에 의해 녹은 용입재와 모재로 구성되어 있음

• 유효좌굴길이계수: 유효좌굴길이와 부재의 미지지길이의 비,

• 응력: 축방향력, 모멘트, 전단력이나 비틀림 등이 유발한 단위면적 당의 힘

• 인장강도: 재료가 견딜 수 있는 최대 인장응력

• 지향계수: 풍청강도와 실체강도 사이의 불가피한 오차 또는 파괴모드 및 파괴결과가 부 차적으로 유발하는 위험도를 반영하기 위한 계수,

• 전단중심: 전단력이 작용할 때, 단면에 비틀림 변형이 발생되지 않기 위하여 필요한 단면 내 전단력의 작용점

• 접합: 2개 이상의 단부, 표면 혹은 모서리가 접착된 영역, 연결재 혹은 용접의 사용여부와 하중전달 방법에 따라 종류를 나눌 수 있음

• 접합부: 2개 이상의 부재사이에 힘을 전달하는데 사용되는 구조요소 또는 조인트의 접합 체

• 최대목두께비: 부재 단면을 구성하는 판요소의 국부좌굴에 대한 안전을 확보하기 위해 정한 강판의 폭과 두께와의 비의 상한치

• 페라이트계 스테인리스강: 체심입방구조로 낮은 크롬과 니켈함량으로 오스테나이트계 스테인리스강 보다 내식성은 열위지만 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking, SCC)에 는 우수, 또한 상온에서 강자성이며 열처리에 의해 강화되지 않고 냉간가공성이 매우 우수

• 평판목두께비: 평면 내에서 축정한 요소의 평판폭을 두께로 나눈 값

• 포아슨비: 재료의 탄성한도 내에서 종방향으로 하중을 가했을 때 횡변형도 ν의 종변형도 ε에 대한 비

• 필릿용접: 용접되는 부재의 교차되는 면 사이에 일반적으로 삼각형의 단면이 만들어지는 용접

• 하중계수: 한계상태설계법이나 하중계수설계법 등에서 기준이 되는 하중(작용하중)에

공학능계수 계수를 공한 하중이 한계상태의 종류에 따라 다른 값으로 설계에 이용되고 있다.

• 하중저항계수설계 : 모든 하중조합에 대하여 구조체가 어떤한 한계상태도 초과하지 않도록 구조요소(부재, 접합, 접합부)의 단면을 산정하는 방법

• 한계상태 : 구조체 또는 구조요소가 사용하기에 부적당하게 되고 의도된 기능을 더 이상 발휘하지 못하는 상태(사용성 한계상태) 또는 극한하중 지지능력에 도달한 상태(강도한계상태)

• 항복강도 : 응력과 변형의 비례상태의 규정된 변형한계를 벗어날 때의 응력

• 항복응력 : 항복점, 항복강도 또는 항복응력 수준

• 휨좌굴 : 단면의 비틀림이나 횡상의 변화없이 압축부재가 휨에 의해 발생하는 좌굴모드

• 휨비틀림좌굴 : 단면횡상의 변화없이 압축부재에 휨과 비틀림 변형이 발생하는 좌굴모드

1.5 기호의 정의

• $A$ : 부재의 총단면적, mm²

• $A_g$ : 볼트의 공칭단면적, mm²

• $A_s$ : 집중하중을 받는 내부지지 수직스티프너의 경우, $A_{s0}$ , mm² 단부 수직스티프너의 경우, $A_{s0}$ , mm²

• $A_w$ : 집중하중을 받는 내부지지 수직스티프너의 경우, $A_{w0}$ , mm² 단부 수직스티프너의 경우, $A_{w0}$ , mm²

• $A_{eff}$ : 응력상태에서의 유효단면적, mm²

• $A_{fn}$ : 순단면적, mm²

• $A_g$ : 감소단면적, mm²

• $A_{st}$ : 수직스티프너의 단면적, mm²

• $A_w$ : 스티프너의 유효단면적, mm²

• $A_{wp}$ : 전단스티프너의 총단면적, mm²

• $b$ : 유효비례한도 대 항복강도의 비, $≤ 1.0$

• $b_f$ : 모멘트 구배에 따른 횡계수

• $b_1$ : 상판식 내의 단부 모멘트계수

• $b_2$ : 상판식 내의 단부 모멘트계수

• $b_3$ : 상판식 내의 단부 모멘트계수

• $C$ : 횡비틀림좌굴에 대한 계수

• $A_s$ : 전단스터드연결체수

• $a$ : 단면의 뒤틀림상수, mm⁶

• $n$ : 압축 변형률계수

• $\alpha$ : 그림 4.1-4 및 4.1-5에서 정의한 계수

• $\alpha_1$ : 그림 4.1-4 및 4.1-5에서 정의한 계수

• $\delta$ : 원형강관의 외경, mm

• $F$ : 고정하중, N

• $h$ : 립($I_{tp}$)의 전체 총, mm

• $I_s$ : 전단스터드연결체수

• $P$ : 지진하중, N

• $f_c$ : 초기탄성계수, MPa

• $f_{ck}$ : 감소탄성계수, MPa

• $f_u$ : 합성탄성계수, MPa

• $f_{sy}$ : 압축철근지의 합성탄성계수, MPa

• $f_0$ : 인장철근지의 합성탄성계수, MPa

• $I_y$ : 비구속판 압축요소에 대한 소성저감계수

• $f_0$ : 접선탄성계수, MPa

• $f_{cr}$ : 횡좌굴에 대한 소성저감계수

• $f_{cr}$ : 구속판요소 압축요소에 대한 소성저감계수

• $f_{cx}$ : 압계좌굴웅력, MPa

• $w$ : 고정하중 계수

• $\alpha$ : 활하중 계수

• $f_c$ : 공칭좌굴웅력, MPa

• $f_0$ : 볼트의 공칭인장강도, MPa

• $f_{nu}$ : 볼트의 공칭전단강도, MPa

• $f_0'$ : 전단과 인장의 조합력을 받는 볼트의 공칭인장강도, MPa

• $\tau$ : 공칭저항강도, MPa

• $f_{xx}$ : 유효비례한계, MPa

• $f_0$ : 순단면의 공칭인장응력, MPa

• $f_t$ : 축방향 인장강도, MPa

• $f_{II}$ : 열처리된 모재의 축방향 인장강도, MPa

• $f_{III}$ : 용접봉 등급의 강도수준, MPa

• $f_d$ : 설계에 사용되는 설계항복강도, 1.5.4.2의 냉간성형에 따른 증가된 강도를 초과하지 않아야 한다, MPa

• $f_y$ : 압축항복강도, MPa

• $f_{yf}$ : 인장항복강도, MPa

• $f_{yc}$ : 스티프너의 인장항복강도, MPa

• $f_s$ : 전단항복강도, MPa

• $f_{bd}$ : 보 해브의 항복강도, $f_y$ 와 스티프너의 항복강도, $f_s$ 중 작은 값, MPa

• $f_c$ : 초기전단탄성계수, MPa

• $f_v$ : 할선전단탄성계수, MPa

• $I_{cu}$ : 전단용력 소성저감계수

• $I_j$ : 구속판요소 요소로 거동할 수 있도록 구성된 스티프너의 단면2차모멘트, mm⁴

• $I_s$ : 감소되지 않은 단면의 휨축에 대한 단면2차모멘트, mm⁴

• $I_x$ : 지지된 요소와 평행한 중립축에 대한 스티프너의 단면2차모멘트, mm⁴

• $I_{sx}$ : 지지된 요소와 평행한 중립축에 대한 중간 스티프너를 포함한 다중 지지관 요소의 단면2차모멘트, mm⁴

• $I_x$, $I_y$ : 주축에 대한 전체 단면의 단면2차모멘트, mm⁴

• $I_{ef}$ : 강축과 약축에 대한 전체 단면의 단면상승모멘트, mm⁴

• $I_{eff}$ : 단면 압축요소의 y축에 대한 단면2차모멘트, mm⁴

• $k$ : 생모냥 비틀림상수, mm⁴

• $k$ : 유효길이계수

• $k'$ : 상수

• $k_c$ : 휨모멘트에 대한 유효길이계수

• $k_s$ : 국부좌굴에 의한 감소계수

• $k_0$ : 비틀림에 대한 유효길이계수

• $f_{tp}$ : 뜯촘 휨에 대한 유효길이계수

• $f_{tg}$ : 뜯촘 휨에 대한 유효길이계수

• $t$ : 단순보의 경우 전체경간, 연속보의 경우 변곡점 사이의 거리, 캔틸레버보의 경우 길이의 2배, mm

• $t_c$ : 필릿용접 길이, mm

• $F$ : 활하중, N

• $h$ : 휨면에 대한 실제 비지지길이, mm

• $H$ : 지붕활하중, N

• $h_0$ : 수직스티프너의 길이, mm

• $h_p$ : 비틀림에 대한 압축부재의 비지지길이, mm

• $h_s$ : 뜯촘 휨에 대한 압축부재의 비지지길이, mm

• $h_w$ : 뜯촘 휨에 대한 압축부재의 비지지길이, mm

• $M$ : 압제모멘트, N·mm

• $M_c$ : 국부비틀림에 대한 허용모멘트, N·mm

• $M_p$ : 공칭모멘트, N·mm

• $M_u, M_n$ : 3.3에 따라 산정된 중립축에 대한 공칭휨강도, N·mm

• $P$ : 소요휨강도, N·mm

• $P_b$ : 뜯촘에 대한 소요휨강도, N·mm

• $P_s$ : 봉축에 대한 소요휨강도, N·mm

• $M_r$ : 최대변형율, $\varepsilon_y$를 유발하는 모멘트, N·mm

• $M_{tc}$ : 단부모멘트 중 작은 값, N·mm

• $M_{tg}$ : 단부모멘트 중 큰 값, N·mm

• $r$ : 지압실제길이, mm

• $R$ : 접촉하중 또는 반력, N

• $R_p$ : 오일러 좌굴하중, N

• $R_v$ : 보의 횡가새가 지지하는 하중, N

• $R_{vb}$ : 비틀림에 대한 허용하중, N

• $R_{vy}$ : 부재의 공칭축강도, N

• $\rho$: 접합부의 공칭강도, N

• $\rho_{nw}$: 5.1의 $\rho_{n,R}$ 인 경우에 따라 산정한 부재의 공칭축하중, N

• $\rho_l$: 소요축강도, N

• $\rho_n$: 내부 휨반경

• $\rho_t$: 허용설계강도

• $\rho_v$: 평균 시험값

• $\rho_y$: 공칭강도

• $\rho_u$: 강우하중, N

• $S$: $\quad$

• $S_f$: 직설하중, N

• $S_r$: 유효단면의 탄성단면계수, mm³

• $S_c$: 공칭인장강도, N

• $S_t$: 접합부의 인장강도, N

• $S_{eff}$: 설계전단강도, N

• $S_{cr}$: 공칭전단강도, N

• $S_l$: 소요전단강도, N

• $S_v$: 풍하중, N

• $t$: 웨브 강재의 항복강도를 스퍼드너 강재의 항복강도로 나눈 값

• $t_f$: 구속 웨브의 경우, 수직스티프너 사이의 거리, mm

• $t_w$: 플랜지 가새 사이의 거리, mm

• $u$: 압축 요소의 설계 유효폭, mm

• $u_c$: 직접산정을 위한 유효폭, mm

• $u_s$: 요소의 설계 유효폭, mm

• $v_n$: 그림 4.1-4 참조

• $w_{ef}$: 유효폭(그림 4.1-2 참조), mm

• $\phi$: 면의 변형량

• $\phi_c$: 단면의 폭, mm

• $\phi_n$: 볼트의 직경, mm

• $e$ : 표준 볼트구멍의 직경, mm

• $\sigma_n$ : 스티프너의 간소 유효폭, mm

• $\sigma_n'$ : 스티프너의 실제 유효폭, mm

• $t$ : 표준구멍과 가장 가까운 인접 구멍의 단부 또는 힘의 방향으로의 접합부분의 끝까지 힘의 중심선 상에서 측정한 거리, mm

• $t$ : 설계유효폭을 기초로 산정된 압축요소의 응력, MPa

• $\tau_1$ : 플렌지 폭의 감소를 고려하지 않은 평균응력, MPa

• $\tau_2$ : 국부비틀림에 대한 응력, MPa

• $\tau_c$ : 대상 요소에 대하여 산정한 압축응력으로 변형을 결정하기 위한 하중에 대해서 유효단면으로 산정, MPa

• $\tau_c$, $\tau_v$ : 그림 4.1-2와 같이 산정된 응력($\tau_c$, $\tau_v$)으로 변형이 결정하기 위한 하중에 대해서 유효단면으로 산정, MPa

• $\tau_v$ : 그림 4.1-5와 같이 단부 스티프너에서 산정된 응력($\tau_v$)으로 변형이 결정하기 위한 하중에 대해서 유효단면으로 산정, MPa

• $\tau_{ql}$ : 산정된 볼트의 응력, MPa

• $\tau_c$, $\tau_v$ : 그림 4.1-2에 정의된 웨브 응력, MPa

• $\tau_v$ : 그림 4.1-5에 정의된 단부 스티프너 응력, MPa

• $s$ : 상·하 플렌지로부터 가장 가까운 접합부 두 열사이의 수직거리, mm

• $c$ : 웨브 면에서 측정한 웨브의 폭, mm

• $t$ : 휨·비틀림좌굴에 대한 단면정수

• $\lambda$ : 판좌굴계수

• $\lambda_{pl}$ : 전단좌굴계수

• $l$ : 드렁강에서 전단중심과 웨브 중심 사이의 거리, mm

• $n$ : 계수

• $e$ : 웨브면에 작용하는 등분포 계수하중, N/mm

• $b$ : 감소되지 않은 단면의 단면2차반경, mm

• $s$ : 한 단면에서 볼트로부터 전달된 하중을 부재의 인장력으로 나눈 값

• $z_g$ : 드렁강에서 웨브와 평행한 중립축에 대한 단면2차반경, mm

• $s$ : 1형 단면의 좌굴발생 방향과 수직인 축에 대한 단면2차반경, mm

• $s_c$ : 전단중심축에 대한 단면의 극단면2차반경, mm

• $s_u, s_l$ : 수축에 대한 단면2차반경, mm

• $t$ : 파스너 간격, N

• $t$ : 압축 및관을 다른 요소와 접합하는 용접, 리벳 또는 볼트의 용력선 간격, mm

• $V$ : 용접 간격, N

• $V_{max}$ : 두께의 도형강으로 I형강을 만들기 위해 접합하는 용접 또는 다른 접합의 최대 허용 축방향 간격

• $b$ : 보재의 두께, mm

• $b$ : 접합부에서 가장 얇은 판 두께, mm

• $b$ : 다중지지판 요소의 등가두께, mm

• $b_e$ : 용접 유효폭두께, mm

• $w$ : 곡률을 제외한 요소의 폭, mm

• $w$ : 지압면의 폭, mm

• $w_t$ : 웨브 바깥부분 또는 각형강관형 또는 U형의 경우 웨브 사이 거리의 1/2 바깥부분 플랜 지의 폭, mm

• $w_s$ : 웨브로부터의 플랜지 폭, mm

• $g$ : 접속하중으로부터 가새까지의 거리, mm

• $g_t$ : 전단중심으로부터 수축인 I축의 중심까지의 거리, mm

• ── : 스트럿나의 유효단면적 산정을 위한 감소계수

• ── : 립(lip)으로 보강한 단면의 경우, ──; 립(lip)으로 보강하지 않은 단면의 경우,

• $C_a$ : 중축계수

• $C_b$ : 중축계수

• ── : 계수, ── ≤ ──

• ── : 소성저감계수

• ── : 웨브와 지압면 사이 각, (≤ ──)

• ── : 후아슬비

• $F_u$ : I축에 대한 좌굴응력, MPa

• $F_y$ : I축에 대한 좌굴응력, MPa

• $\sigma_0$ : 비틀림좌굽응력, MPa

• $\sigma_c$ : 공칭응력, MPa

• $\varepsilon_c$ : 공칭변형률, mm/mm

• $\varepsilon_u$ : 항복변형률, $\varepsilon_u = \sigma_y/E$, mm/mm

• $\phi$ : 감소계수

• $\psi$ : 세장계수

• $\pi$ : 3.048

• $\lambda$ : $\pi$

• $\lambda_p$ : 지향계수

• $\lambda_r$ : 휨강도 저항계수

• $\lambda_c$ : 중심 축하중을 받는 압축재의 저항계수

• $\lambda_b$ : 국부비틀림 저항계수

• $\lambda_0$ : 인장재의 저항계수

• $\lambda_s$ : 전단강도 저항계수

• $\lambda_H$ : 웨브 크리플링강도 저항계수

• $\nu^{21}$ : 안전계수

1.6 해석과 설계원칙

1.6.1 일반사항

(1) 이 장에서는 전체 구조기준에 적용가능한 냉간성형강 스테인리스강 구조부재, 조립부재 및 가새부재에 대한 설계 일반 요구사항을 규정한다. 구조부재 및 접합부의 설계는 설계자가 의도한 냉간성형강 스테인리스강 구조체의 거동과 구조해석의 가정과 부합하여야 한다.

1.6.2 하중과 하중조합

1.6.2.1 하중

(1) 설계하중, 하중계수 및 하중조합은 KDS 41 12 00에 따른다.

① 고정하중

고정하중은구조물 자체의 무게와 구조물의 생애주기 중 지속적으로 작용하는 수직하중을 말한다.

(2) 활하중 및 적설하중

활하중 및 적설하중은 설계하고자 하는 구조물 관련 기준을 준수하여야 한다.

(3) 충격하중

충격을 유발하는 활하중을 지지하는 구조물은 충격을 충분히 지지할 수 있도록 설계하고 자 하는 구조물 관련 기준을 준수하여야 한다.

(4) 풍하중 및 지진하중

풍하중 및 지진하중은 설계하고자 하는 구조물 관련 기준을 준수하여야 한다.

(5) 분고임

눈 녹은 물이나 눈 위의 비로부터 물고임하중이 생길 때, 배수를 위한 적절한 경사가 주어 지 있지 않으면 지붕에 지점이 생기므로 이에 대한 하중을 고려하여야 한다.

1.6.2.2 하중계수 및 하중조합

(1) 공칭하중은 설계 대상 구조물의 관련 기준에서 제시하는 최소 설계하중을 사용하여야 한 다.

(2) 관련 기준이 없는 경우, KDS 41 30 10의 하중과 하중조합을 사용하여야 한다.

(3) 구조물과 이를 구성하는 요소의 소요강도는 다음과 같은 하중조합 중 가장 불리한 조건을 사용하여 산정한다.

① ② _____ 또는 또는 ③ _____ 또는 또는 _____ 또는 ④ _____ 또는 또는 ⑤ ⑥ ⑦

여기서,

= 고장하중 = 활하중 = 지붕활하중 = 적설하중 = 풍하중 = 지진하중 = 온도하중 = 유체압 = 강우하중

(4) 주차장과 공공집회 장소를 제외하고 기본동반포화하중이 5 kN/m² 이하인 용도에 대해서 는 (3)항의 하중조합 ③, ④ 및 ⑤에서 활하중에 대한 하중계수를 0.5로 조정할 수 있다.

(5) 지하수압, 토압 또는 분말 및 액체형 재료의 횡압력에 의한 하중( H )가 존재할 때는 다음의 하중계수를 적용하여 조합하여야 한다.

① 가 단독으로 작용하거나 H 의 하중효과가 다른 하중효과를 증대하는 경우에는 하중계 수를 1.6으로 하여야 한다.

② H 의 하중효과가 영구적이면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 하중계수를 0.9로 하 여야 한다.

③ H 의 하중효과가 영구적이지 않으면서 다른 하중효과를 상쇄하는 경우에는 하중계수를 영(0)으로 하여야 한다.

1.3.3 설계기본원칙

1.6.3.1 기본사항

(1) 구조물이 적용가능한 하중조합을 받고 있을 때 강도한계와 사용한계를 만족하여야 한다.

① 이 기준은 모든 하중조합에 대하여 구조체가 한계상태를 초과하지 않도록 부재, 접합 및 연결체와 같은 구조요소의 단면을 산정하는 한계상태설계법을 기초로 한다.

② 다음의 두 가지 한계상태를 고려하여야 한다.

가. 강도한계상태 : 항복, 소성힌지의 형성, 좌굴 또는 부재의 인장성, 인장파괴, 피로파괴 등 안정성과 최대하중지지력에 대한 한계상태

나. 사용성한계상태 : 구조물의 외형, 유지 및 관리, 내구성, 사용자의 안락감 또는 기계류 의 정상작업 가능 등을 유지하기 위한 구조물의 능력에 영향을 미치 는 한계상태

1.6.3.2 강도설계

(1) 구조부재와 접합부의 소요강도는 1.6.2의 하중조합을 적용한 구조해석에 의하여 산정한다.

(2) 강도설계는 각 구조요소나 구조체의 공칭강도에 저항계수를 곱하여 산정한 설계강도가 소요강도보다 크도록 설계하여야 한다.

(3) 설계강도는 $\phi R_n$ 이다. 여기서, $\phi$는 저항계수이고, $R_n$은 4.3의 접합, 4.4의 인장재, 4.5의 압축재, 4.6의 휨재, 4.7의 조합력을 받는 부재, 4.8의 조합부재 및 가새부재에 대한 설계식에 따라 산정한 공칭강도이다. 구조부재의 접합부는 적절한 구조적 안전성을 확보하여야 한다.

(4) 저항계수는 구조부재와 접합부의 한계상태에 따라 각각의 절에 규정된 값을 사용하여야 한다.

1.6.3.3 사용성 설계

(1) 전체 구조물, 각 구조부재, 접합부 및 접합요소는 사용성에 대하여 검토하여야 한다.

(2) 사용성평가에 적용되는 최대변위 및 가속도 등이 구조반응은 적절한 하중조합을 고려하여야 한다.

(3) 사용성 평가대상으로 처짐, 수직 처짐, 자전이나 비틀림에 대한 수평변위, 진동, 팽창과 수축 등을 고려한다.

(4) 사용성 성능에 대한 요구사항은 KDS 41 30 10(4.11)과 KDS 41 30 20(4.10)을 참조할 수 있다.

1.6.3.4 구조부재의 설계

(1) 3.2에서 규정한 형상 및 재료 제한조건을 만족하는 냉간성형 스테인리스강 구조부재의 경우, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7과 4.8의 사항에 따라 산정한다.

1.6.3.5 물고임 설계

(1) 지붕면의 형상이 물고임을 방지할 수 있도록 고려되어 있지 않다면, 구조해석을 통하여 물고임 조건에서 적절한 강도와 안정성을 확보할 수 있도록 지붕시스템에 대한 검토를 수행하여야 한다. KDS 41 30 10(4.9)를 참조할 수 있다.

1.6.3.6 내구성

(1) 부식이 구조물의 강도 또는 사용성을 손상시킬 수 있는 경우, 구조요소는 내식성을 가지

도목 하거나 부식에 저항할 수 있도록 설계하여야 한다. 특히 탄소강 부재와 볼트 및 용접접합에 의해 접합하는 경우는 구조물의 내구 요구사항에 따라야 한다.

(2) 설계수명동안 구조부재의 사용환경에 적합한 내식성능을 지닌 스테인리스강을 선정하여야 한다.

(3) 구조부재가 아닌 마감재의 경우 본순목 철착에 따른 표면의 미세한 변화를 고려하여야 한다.

(4) 가혹하지 않은 노출 환경에서는 스테인리스강은 (2)와 (3)의 요구사항을 만족하면 되지만 스테인리스강이 유해한 생산공정에 노출되거나 수명장 견딜, 해수 또는 제빙 염화물 살포 등으로 인한 부식의 화학적 반응이 유발되는 환경에 사용되는 경우에는 관련 전문가의 검토를 받아야 한다.

1.6.4 부재 특성

(1) 단면의 특성(단면적, 단면 2차 모멘트, 단면계수, 단면 2차 반경 등)은 기준의 구조 설계방법에 따라 산정한다. 부재강도를 산정하는 데 사용되는 특성은 4.12 사항에 따라 산정한 값은 단면 또는 유효설계 폭에 따라 결정된 경우를 제외하고 부재의 총단면 (또는 순단면을 적용할 수 있는 경우는 순단면)으로 한다.

1.6.5 재하, 설치 및 품질관리

(1) 재하, 설치 및 품질관리는 KDS 41 30 10(1.8)과 KCS 14 31을 참조할 수 있다.

1.6.6 기존 구조물의 평가

(1) 이 기준의 요구사항을 만족하지 않는 기존구조물의 평가는 KDS 41 30 10(4.14)와 KDS 41 30 20을 참조할 수 있다.

1.7 구조설계도서

1.7.1 설계도서

(1) 설계도면에는 여러 가지 부재의 크기, 단면, 상대적인 위치 등을 합법하게 명시하여야 한다. 또한 바닥높이, 기둥중심 및 요철부의 치수 등을 표시하여야 한다.

(2) 트러스와 보의 처음받이 필요한 경우 설계도서에 기재하여야 한다.

(3) 스티프너와 가새에 대한 요구사항도 설계도서에 명시하여야 한다.

(4) 구조설계도서의 작성은 KDS 41 10 05(4.3.3)에 따른다. 또한, KDS 41 10 05(4.3.4)에 따

룬 구조설계도에는 용접재료의 강도와 고장력볼트의 설계방법 등을 포함한 접합부 설계에 대한 내용을 포함하여야 한다.

1.7.2 도면의 표시방법

(1) 설계도면과 제작도치도면의 표시방법은 원칙적으로 KS F 1501에 따른다.

(2) 용접기호는 KS B 0052에 따른다.

(3) 검사기호는 KS B 0056에 따른다.

1.7.3 용접에 대한 표기

(1) 변형을 최소로 하기 위해 용접순서와 방법을 주의 깊게 조정해야 하는 접합부는 설계도서와 제작명치도면에 명시하여야 한다.

1.8 제작 설치도면

1.8.1 건축주의 책무

(1) 건축주는 강구조물에 대한 구조설계도면과 구조제공사시방서를 계약조건에 의해 공사용으로 적기에 제공하여야 한다.

1.8.2 제작 설치자의 책무

(1) 제작명치자는 계약조건에 별도 면제조항이 없는 한 제작명치도면을 작성하여야 한다.

(2) 제작명치도면은 구조설계도면의 취지에 적합하고 이 기준의 규정에 따라 구조안전성을 확보하고 있는지 KDS 41 10 05(6)에 따라 책임구조기술자의 구조검토를 받아야 한다.

(3) 구조설계도면과 다른 방법의 접합상세 등을 적용할 경우에는 책임구조기술자의 구조검토를 받아야 한다.

(4) 제작명치자는 용접접합과 용법방법에 따라 용접부의 유효단면적 등이 달라질 수 있으므로 용접접합상세와 계산근거를 책임구조기술자에게 미리 제출하여 승인을 받아야 한다.

(5) 기타 사항은 4.8에 따른다.

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

3.1 일반사항

(1) 이 기준에서는 관련 표준에서 구조용으로 정의된 스테인리스 강재를 사용하는 것을 원칙으로 한다. 3.2의 요구사항을 만족하지 않는 강재는 3.3의 조건을 만족하면 구조용으로 사용할 수 있다.

3.2 강재

3.2.1 적용 강재

(1) 스테인리스강의 강판 및 강대는 다음과 같은 한국산업표준(이하 "KS"라 한다.)에 적합한 것을 사용하여야 한다. 그 외 형강, 강봉, 강관, 볼트 등은 3.5에 의거한다.

① 오스테나이트계 : STS 301, STS 301L, STS 304, STS 304L, STS 316L ② 페라이트계 : STS 430, STS 439, STS 430J1L, STS 445NF ③ 듀플렉스계(오스테나이트계·페라이트계) : STS 329LD, STS 329J3L, STS 329FLD

(2) 최대 두께 제한

오스테나이트계 및 듀플렉스계(오스테나이트계·페라이트계) 스테인리스강의 최대 두께는 6.0 mm 이하, 페라이트계 스테인리스강의 최대 두께는 3.0 mm 이하로 제한한다. 단, 최대 두께 제한을 초과하는 강재에 대해서는 관련 하중에서 재료 및 구조검증에 의해 구조안전성 확인 후 사용할 수 있다. 제료강도 및 제료정수는 4.8에 의해 결정하여야 한다.

(3) 적용가능한 스테인리스강 관련 KS

① KS D 3698 : 냉간압연 스테인리스 강판 및 강대 ② KS D 3690 : 냉간 성형 스테인리스강 형강 ③ KS D 3706 : 스테인리스 강봉 ④ KS D 3692 : 냉간가공 스테인리스 강봉 ⑤ KS D 7014 : 스테인리스강 피복 아크 용접봉 ⑥ KS D 3696 : 용접용 스테인리스강 선재 ⑦ KS B 0241 : 내식 스테인리스 강재나사 부품의 기계적 성질 ⑧ KS B 1002 : 6각 볼트 ⑨ KS D 3536 : 기계구조용 스테인리스강 강관 ⑩ KS D 3576 : 배관용 스테인리스 강관

3.2.2 연성

(1) 3.3 이외의 스테인리스강을 구조부재 또는 접합부에 사용하는 경우에는 다음의 연성 요

구사항을 만족하여야 한다.

① 인장강도 대 항복강도의 비는 1.08 이상이어야 한다. ② KS B 0802의 표점거리 50 mm의 금속재료 인장시험편 기준연신율은 10% 이상이어 야 한다.

(2) 4.3부터 4.8의 규정은 3.2.2(1)의 요구사항을 만족하여야 한다.

3.2.3 두께 허용오차

(1) 구조용 부재로 사용되는 냉간성형 스테인리스강 부재의 두께에 대한 허용오차는 KS 기준 에서 규정하고 있는 허용오차를 준수하여야 한다.

(2) 예외적으로 모서리와 같은 급힘부는 냉간성형에 의한 효과를 고려하여 KS 기준에서 규정 하고 있는 허용오차보다 클 수 있다.

3.3 기타 스테인리스강

(1) 3.2.1 이외의 스테인리스강은 KS의 요구사항을 만족하는 것을 사용할 수 있다.

(2) 3.2.1에 나열된 기준에서 제시하는 스테인리스강 이외의 스테인리스강이 3.2.1의 KS 기 준이나 다른 관련 기준에서 요구하는 화학적 조성과 기계적 요구사항을 만족하고 생산자 혹은 구매자가 3.2.1의 KS 기준과 3.2.2에서 제시하고 있는 절차에 따라 해석, 시험 및 기 타 사항을 만족하는 경우, 이 기준을 사용할 수 있다.

(3) 표 3.5-1에 제시된 스테인리스강 이외의 강종과 형강의 재료정수는 4.8에 따라 별도로 산 정한다.

3.4 항복강도 및 냉간성형에 따른 강도증가

3.4.1 항복강도

(1) 설계 시에 사용하는 항복강도, $f_y$는 3.5.1에 명시된 최소항복강도, 4.8 스테인리스강 시험 에 의해 결정된 강도 또는 3.4.2 냉간성형에 의해 증가된 강도를 초과할 수 없다.

3.4.2 냉간성형에 따른 강도증가

(1) 이 절에서 허용하지 않는 한 재료의 공칭강도는 성형하지 않은 재료의 성능을 따라야 한 다. 3.4.2.1 및 3.4.2.2의 제한사항에 따라 재료 최종 사용단계에서의 응력으로부터 강도가 증가한 경우 냉간성형에 의한 재료강도의 증가를 허용할 수 있다.

3.4.2.1 단면의 종류

(1) 냉간성형에 따른 강도증가에 대한 3.4.2 는 응력 방향에 상관없이 다음과 같은 경우에만 적용하여야 한다.

① 4.2.2에 따라 결정된 유효폭 감소계수 ρ에 의하여 단면의 각 구성요소의 비율이 결정된 축력을 받는 부재, 휨재의 좌굴길 및 각 횡강관 단면

② 외접 대 부재 두께의 비, θ 가 를 초과하지 않는 원형강관

3.4.2.2 재한사항

(1) 냉간성형에 따른 강도증가에 대한 3.4.2 기준의 적용은 다음 사항을 준수하여야 한다.

① 기계적 성능은 4.8.3의 기준에 따라 충분면에 대하여 산정한다.

② 이 규정은 다음 절에만 적용하여야 한다.

가. 4.3 인장재

나. 4.4.2 집중하중을 받는 압축부재

다. 4.5.1.1 공칭휨강도

라. 4.5.1.2 횡좌굴강도

마. 4.6.2 축하중과 휨의 조합

바. 원형강관 부재 (압축재의 경우 4.4.2와 휨부재의 경우 4.5.1.1에 규정)

이 기준 내의 다른 모든 규정의 적용은 냉간성형 이전의 재료특성을 준수하여야 한다.

③ 용접 및 부재에 유해한 영향을 주는 처리과정이 기계적 성질에 미치는 영향은 전체 단면에 대한 재료시험에 의해 산정한다. 단, 재료 시험편의 표집거리 내부에 용접이나 다른 처리과정을 포함하여야 한다. 이러한 영향에 대한 허용치를 부재의 구조 설계에 따라 적용하여야 한다.

3.5 재료강도 및 재료정수

(1) 이 기준에서 사용하는 스테인리스강의 재료강도 및 재료정수는 3.5.1과 3.5.2에 수록한다. 냉간성형 스테인리스강 부재의 설계에 있어서 초기탄성계수($E$), 푸아송비($ν$) 및 전체비 계수($α_t$) 및 접선탄성계수($E_t$)의 값과 산정식은 3.5.2에 제시되어 있다. 또한, 완전탄성계 수와 접선탄성계수를 계산하기 위한 $σ_{0.2}$ 또는 $σ_{3.5-7}$에 제시된 값 또는 식 (3.5-4)의 수정 Ramberg-Osgood 방정식에 따라 산정한 값을 사용하여야 한다.

3.5.1 재료강도

(1) 3.2.1의 냉간성형 구조용 스테인리스강의 강관 및 강대, ㄱ형강, ㄷ형강, 립드형강, 모자형강, 붕강, 강관과 봉틀의 항복강도 및 인강강도는 KS에 규정된 값을 기초로 하며 표 3.5-1~표 3.5-6에 나타낸 값으로 한다.

표 3.5-1 냉간성형 스테인리스강 강관 및 강대의 재료강도(KS D 3698), (MPa)

스테인리스강 강재 종별		최소항복강도, $f_y$	최소인장강도, $f_u$
오스테나이트계	STS301	205	520
	STS301L	215	550
	STS304	205	520
	STS304L	175	480
	STS316	205	520
	STS316L	175	480
페라이트계	STS430	205	450
	STS439	175	360
	STS43011L	205	390
	STS445NF	245	410
듀플렉스계	STS32913L	450	620
(오스테나이트계·페라이트계)	STS329LD	450	620
	STS329FLD	450	620

표 3.5-2 냉간성형 스테인리스강 형강의 재료강도(KS D 3690) (MPa)

스테인리스강 강재 종별		최소항복강도, $f_y$	최소인장강도, $f_u$
오스테나이트계	STS301L	215	550
	STS304	205	520
	STS304L	175	480
	STS304N2	345	690
	STS316	205	520
	STS316L	175	480
듀플렉스계	STS32913L	450	620
(오스테나이트계·페라이트계)
페라이트계	STS430	205	450
	STS444	245	410

표 3.5-3 냉간가공 스테인리스 강봉 (스테인리스 강봉)의 재료강도(KS D 3692) (MPa)

스테인리스강 강재 종별		항복강도, $f_y$	인장강도, $f_u$
오스테나이트계	STS304	205	520
	STS304L	175	480
	STS316	205	520
	STS316L	175	480

표 3.5-4 기계구조용 스테인리스강 강관의 재료강도(KS D 3536) (MPa)

스테인리스강 강재 종별	항복강도, $f_y$	인장강도, $f_u$
오스테나이트계	STS304 TKA<br>STS304 TKC	205
	STS316 TKA<br>STS316 TKC	205
듀플렉스계<br>(오스테나이트계+페라이트계)	STS329FLD TKA<br>STS329FLD TKA	450
페라이트계	STS430 TKA<br>STS430 TKC<br>STS439 TKC	245<br><br>205

표 3.5-5 배관용 스테인리스 강관의 재료강도(KS D 3576) (MPa)

스테인리스강 강재 종별	항복강도, $f_y$	인장강도, $f_u$
오스테나이트계	STS304 TP	205
	STS316 TP	205
듀플렉스계<br>(오스테나이트계+페라이트계)	STS329FLD J3LTP<br>STS329FLD LDTP	450
페라이트계	STS430 TP	245

표 3.5-6 스테인리스강 볼트, 스크류 및 스터드의 재료강도(KS B 0241)

스테인리스강<br>강재 종별	등급	강도구분	나사직경범위	인장강도<br>(MPa)	0.2%<br>영구변형시<br>응력<br>(MPa)	파단후<br>신장<br>(mm)
오스테나이트계	A1, A2,<br>A3, A4,<br>A5	50<br>70<br>80	≤ M39<br>≤ M24<br>≤ M24	500<br>700<br>800	210<br>450<br>600	0.6"<br>0.4"<br>0.3"
페라이트계	F1	45<br>60	** ≤ 24mm	450<br>600	250<br>410	0.2"<br>0.2"

• 오스테나이트계 강도구분 70과 80의 호칭 나사 지름이 24 mm를 초과하는 볼트의 기계적 성질은 사용자와 생산자간의 협의에 따라 그 이후 따라 강도구분을 표시한다. ** *는 호칭 나사지름 *** 너트는 볼트와 동일등급에 대해 동일 인장강도를 확보하여야 한다. **** 스테인리스강 평와셔는 KS B 1326에 따라 비커스 경도 HV 120 이상을 확보하여야 한다.

3.5.2 재료정수

3.5.2.1 초기탄성계수, $E_s$

(1) 스테인리스강의 초기탄성계수 $E_s$는 다음의 값으로 한다.

① 오스테나이트계 : 195,000 MPa

② 페라이트계: 200,000 MPa

③ 듀플렉스계(오스테나이트계·페라이트계): 195,000 MPa

3.5.2.2 푸아송비

(1) 스테인리스강의 푸아송비 $\nu$는 0.3으로 한다.

3.5.2.3 초기전단탄성계수

(1) 스테인리스강의 초기전단탄성계수 $G_0$는 다음과 같이 산정한다.

$G_0 = \frac{E_0}{2(1+\nu)}$ (3.5-1)

3.5.2.4 할선탄성계수 및 접선탄성계수

(1) 스테인리스강의 응력-변형도 곡선에 따른 냉간성형 스테인리스강 구조부재설계를 위한 할선탄성계수($E_s$), 접선탄성계수($E_t$), 소성저감계수($\eta$)가 주어진다. 이러한 스테인리스강의 재료물성은 수정 Ramberg-Osgood 방정식의 해석적 표현에 의해 산정한다.

① 할선탄성계수 $E_s$는 다음과 같이 산정한다.

$E_s = \frac{\sigma}{\varepsilon} = \frac{E_0}{1+0.002\left(\frac{\sigma}{\sigma_{0.2}}\right)^n}$ (3.5-2)

② 접선탄성계수 $E_t$는 비탄성영역에서 응력-변형도 곡선의 기울기로서 정의된다. 따라서 접선탄성계수는 다음과 같이 산정한다.

$E_t = \frac{E_0}{1+0.002n\left(\frac{\sigma}{\sigma_{0.2}}\right)^n}$ (3.5-3)

③ 할선탄성계수 및 접선탄성계수를 구하기 위한 $n$값은 표 3.5-7에 나타낸 값으로 하며, 이 기준에 포함되지 않은 스테인리스강에 대해서는 스테인리스강의 인장강도시험 결과를 통해 얻어진 두 재료정수를 적용하고자 하는 경우에는 다음의 식(3.5-4)를 사용하여 그 값을 산정한다.

표 3.5-7 스테인리스강 강재 종별 " $\hat{\alpha}$ "

스테인리스강 강재 종별		$\hat{\alpha}$
오스테나이트계	STS301	10.30
	STS301L	5.94
	STS304	7.74
	STS304L	11.80
	STS316	7.59
	STS316L	11.51
페라이트계	STS430	9.81
	STS439	11.95
	STS430J1L	14.92
	STS445NF	12.86
듀플렉스계	STS329J3L	6.94
(오스테나이트계+페라이트계)	STS329LD	12.0
	STS329FLD	7.62

$\hat{\alpha} = \ln \left( \ln \hat{\varepsilon}_u \right)$ (3.5-4)

여기서, $\hat{\varepsilon}_u$ = 0.01% 오프셋 항복 응력

3.5.2.5 소성지각계수

(1) 냉간성형 스테인리스강 구조부재 설계에 적용되는 소성지각계수, $\kappa$는 합성단성계수와 접선탄성계수를 사용하여 다음 식(3.5-5) 또는 (3.5-6)으로 산정한다.

① 구속판요소 압축요소의 경우,

$\kappa = \sqrt{\frac{E}{E_{st}}} \sqrt[4]{\frac{f_{0.01}}{f_u}}$ (3.5-5)

② 비구속판 압축요소의 경우,

$\kappa = \sqrt{\frac{E}{E_{st}}}$ (3.5-6)

3.5.2.6 유효비례한계 대 항복강도 비, $\xi$

(1) 유효비례한계 대 항복강도 비, $\xi$는 표 3.5.8에 나타낸 값으로 하며, 이 기준에 포함되지 않은 스테인리스강에 대해서는 4.8 스테인리스강 시험 절차를 통해 얻을 수 있다.

표 3.5-8 스테인리스강 강재 종별 γ_m 값

스테인리스강 강재 종별		γ_m 값
오스테나이트계	STS301	0.62
	STS301L	0.49
	STS304	0.40
	STS304L	0.52
	STS316	0.53
	STS316L	0.53
페라이트계	STS430	0.58
	STS439	0.59
	STS430J1L	0.67
	STS445NF	0.67
듀플렉스계	STS329J3L	0.52
(오스테나이트계+페라이트계)	STS329LD	0.43
	STS329FLD	0.44

4. 설계

4.1 단면요소의 분류

4.1.1 최대폭두께비

4.1.1.1 플랜지 최대폭두께비

(1) 최대폭두께비

최대 허용폭두께비, $\lambda_0$는 중간스티프너는 무시하고 요소의 실제두께, $t$를 사용하여 다음과 같이 산정한다.

① 웨브와 접합된 비구속판 압축요소, 플랜지요소, 단순 힘으로 구속된 압축요소의 경우,

$$$$

(4.1-1) $2.4 \times 2$에 따라 $> 1$이고 $\lambda$가 인다른 모든 스티프너의 경우,

$$$$

(4.1-2) ② 구속판요소 압축요소의 경우,

$$$$

(4.1-3) ③ 4.1.4.2에 따라 $< 1$이고 $\lambda$가 인 연단스티프너를 갖는 비구속판 압축요소의 경

우,

$M_0 = \frac{M}{T_{\text{req}}}$ (4.1-4)

여기서, $M$ : 평균 폭, mm
$O$ : 평균 두께, mm
: 힘의 전체 길이(그림 4.1-5 참조), mm
$t$ : 각 압축요소가 구속판요소 요소로 거동할 때 스티프너의 단면2차모멘트, mm⁴
$I$ : 구속된 요소와 평행한 중립축에 대한 스티프너의 단면2차모멘트, mm⁴

(주) 폭두께비 $M_0$ 가 30을 초과하는 비구속판 압축요소와 $M_0$ 가 75를 초과하는 구속판요소
압축요소는 설계하중 수준에서 과도한 변의변형을 일으킬 수 있다. 이 변의변형은 해당 요소의
내력에 손상을 주지는 않지만, 큰 $M_0$ 를 갖는 요소의 과도한 변형을 최소화하거나 방지할 필요
가 있을 경우를 위하여 5장과 6장에서는 각각 압축에서 휨계에 대한 국부판좌 설계요구사항을
제시하고 있다. $M_0$ 가 400보다 큰 구속판요소 압축요소는 지지하중에 대해 안전할 수 없으나,
이러한하중하에 상당한 변형을 일으킬 수 있고 이 기준의 설계식을 만족시키기 못할 수도 있다.

(2) 플렌지 면의변형

휨계의 플렌지 폭이 과도하게 넓고, 면의변형에 대한 최빈값의 제한이 필요할 때, 다음 식
을 압축과 인장 플렌지에 적용하여야 한다.

$\frac{M}{t} \leq \frac{0.56\sqrt{E}}{\sqrt{F_{\text{crit}}}}$ (4.1-5)

여기서, $M$ : 플렌지폭 또는 각형강관웨 또는 U형 보 웨브 간 거리의 1/2, mm
$O$ : 플렌지 두께, mm
$\sigma_y$ : 면의변형의 크기(단, 단면길이의 5% 이내로 제한된다)
$\sigma$ : 보율, mm
$v$ : 3.5.2.1에 제시된 초기탄성계수, MPa
$F_{\text{crit}}$ : 전체 플렌지 폭에서 평균응력(유효설계폭 개념에 의해 부재가 설계된 경우, 평
균응력은 실제폭에 유효설계폭비를 곱한 최대응력과 동등하다), MPa

(3) 전단지연 효과

보의 경간길이가 30배 보다 짧고 단일 집중하중을 받는 경우 또는 2배 보다 큰 간격의 다중
하중을 받는 경우, 인장 또는 압축플렌지의 유효설계폭은 다음 표 4.1-1과 같이 유효설계
폭비 이하이어야 한다.

표 4.1-1 횡은 H형강의 허용 가능한 실제 폭에 대한 유효실제폭비

bf	유효실제폭비	bf	유효실제폭비
30	1.00	14	0.82
25	0.96	12	0.78
20	0.91	10	0.73
18	0.89	8	0.67
16	0.86	6	0.55

• *: 단순보의 실제 경간길이, 연속보에서의 변곡점 사이 거리 또는 캔틸레버 보 길이의 2배 ** bf : 나형 보의 유사단면의 해부 위에 투영되는 콘센서 폭 또는 각형강재, U형 단면의 해부간 거리의 1/2 *** H형 보 또는 박스거더 연단이 립으로 보강된 유사한 형태의 단면의 유효폭을 결정, bf 는 해부 위에 투영된 두께까지의 실폭길이와 입합되어 있다.

4.1.1.2 웨브 최대 폭두께비

(1) 휨재 웨브의 폭두께비, $\frac{h}{t}$ 는 다음의 제한조건 이하여야 한다.

① 비보강 웨브

$\frac{h}{t} \leq 하_{\max}$ (4.1-6)

② 4.1.6의 요구사항을 만족하는 수평스티프너를 갖는 웨브

가. 지압스티프너만을 사용하는 경우,

$\frac{h}{t} \leq 하_{\max}$ (4.1-7)

나. 지압스티프너와 중간스티프너를 사용하는 경우,

$\frac{h}{t} \leq 하_{\max}$ (4.1-8)

여기서, $c$ : 웨브 면을 따라 측정한 웨브의 평행한 부분의 길이, mm $h$ : 웨브 두께, mm

단, 웨브가 두 개 이상의 판으로 구성되는 경우, 폭두께비는 각각의 평판에 대하여 산정한다.

4.1.2 구속판요소 요소의 유효폭

4.1.2.1 균일 압축을 받는 구속판요소 요소

(1) 내력산정을 위한 유효폭

균일압축을 받는 구속판요소 요소의 유효폭, $b_e$ 는 다음 식을 사용하여 결정하여야 한다.

① $\lambda \leq \lambda_p$ 일 때

$b_e = b$ (4.1-9)

(2) 일 때

$s_r \le \frac{s_{max}}{4}$ (4.1-10)

여기서, $s_{max}$ : 평균 폭(지점판의 폭) (그림 4.1-1 참조), mm

: 간소계수 ( ) (4.1-11)

단, λ는 다음 식에 의해 산정되는 세장비이다.

$\lambda = \frac{l}{0.289t}\sqrt{\frac{f_y}{\sigma_e}}$ (4.1-12)

여기서, $\sigma_e$ : 균일 압축력을 받는 구속판요소 요소의 두께, mm $f_y$ : 유효설계 폭에 근거한 압축요소의 응력, MPa $\sigma_e$ : 초기탄성계수, MPa ) : 평판좌굴계수(해부에 의해 지지된 구속판요소 요소의 경우에 평판좌굴계수는 4.0이며, 연단 스태프너 또는 단일 중간스티프너로 보강된 요소의 경우에 평판 좌굴계수는 2.4를 준수하여야 한다)

• 는 다음과 같이 산정한다.

가. 휨부재의 경우,

(가) 4.6.1.1(1)의 절차를 적용하는 경우, 요소의 초기 압축항복이 고려되는 경우, $f_e = f_y$ 이고 요소의 초기압축항목이 고려 되지 않는 경우, $f_e$는 초기항복모멘트, $M_y$ 에 대하여 유효단면을 고려하여 결정하여 야 한다.

(나) 4.6.1.1(2)의 절차를 적용하는 경우, $f_e$는 유효단면을 근거로 결정된 공칭모멘트, $M_n$ 에서의 요소 응력이다.

(다) 4.6.1.2를 적용하는 경우, $f_e = f_y$ 이다.

나. 압축부재의 경우,

$f_e$는 4.5.2의 공칭좌굴응력, $F_n$ 과 동일하다.

(2) 지점산정을 위한 유효폭

지점산정에 사용되는 유효폭은 다음 식을 사용하여 결정하여야 한다.

① $\lambda \le$ 일 때,

$b_e = b$ (4.1-13)

② 일 때,

$b_e = b$ (4.1-14)

여기서, $W$ : 편금폭, mm

$s$ : 식(4.1-11)과 (4.1-12)에 의해 결정되는 감소계수,

단, $s \geq 1$은 로 대체한다. 여기서, $s$는 고려 대상 요소에서 계산된 압축응력이고, 식(4.1-12)의

초기탄성계수, $s$는 단축의 감소탄성계수, $s$로 대체한다.

$s = \frac{\sigma}{\sigma_{cr}}$ (4.1-15)

여기서, $\sigma$ : 인장플랜지의 항신단성계수, MPa $\sigma_{cr}$ : 압축플랜지의 항신단성계수, MPa

항신단성계수는 식 (3.5-2)를 사용하여 결정하여야 한다.

[그림 4.1-1: 공인 압축을 받는 구속판요소 요소]

4.1.2.2 웨브와 응력구배를 갖는 구속판요소 요소의 유효폭

(1) 내력산정을 위한 유효폭

그림 4.1-2의 유효폭 $x$과 $x$는 다음 식을 사용하여 결정하여야 한다.

$x = \frac{x_1}{x}$ (4.1-16)

① $s \leq$ 경우, $x = \frac{x}{x_1}$ (4.1-17)

단, $x$는 유효단면을 기초로 산정한 웨브의 압축 부분을 초과하여서는 안된다.

② 경우,

$$s_p \geq s$$

(4.1-18) 여기서, $s_p$ : 4.1.2.1에 따라 결정된 유효폭 $b_{eff}$ 를 $b$ 으로 대체하고 다음 식에 의해 산정된 평판좌굴계수를 볼 사용하여야 한다, mm

$$s = \frac{k_p}{k}$$

(4.1-19) $k$ : $\tau = \tau_y$

$k_p$ : 그림 4.1-2에서 유효단면을 기초로 산정한 응력으로, $\tau$ 는 압축(+)응력이고 $\tau_y$ 는 인장(-)응력 또는 압축(+)응력이 될 수 있다. $\tau_{cr}$ 와 $\tau_y$ 가 모두 압축응력 인 경우, $\tau_y \geq \tau$ 이다, MPa

[그림 4.1-2: 웨브와 응력구배를 갖는 구속판요소 요소]

설계요소 $f_1$(압축) $f_1$(압축)

$Z$(인장) $Z$(압축)

유효요소와 유효요소에 대한 응력 그림 4.1-2 웨브와 응력구배를 갖는 구속판요소 요소

(2) 치킴산정을 위한 유효폭

치킴을 계산할 때 사용되는 유효폭은 2.2.2.1을 따른다. 단, $\tau_{cr}$ 과 $\tau_y$, $\tau_{cr}$ 로 대체할 경우는 예외로 한다. 여기서, $\tau_{cr}$ 과 $\tau_y$ 는 치킴산정을 위해 그림 4.1-2에 따라 산정한 응력 $\tau$ 과 $\tau_y$ 이다. 상기의 계산은 치킴산정 시 하중에서의 유효단면을 기초로 산정한다.

4.1.3 비구속판 요소의 유효폭

4.1.3.1 균일 압축을 받는 비구속판 요소

(1) 내력산정을 위한 유효폭

균일 압축을 받는 비구속판 요소의 유효폭, $b_e$는 4.1.2.1(1)에 따라 산정한다. 단, 평판좌굴계수 $k$는 0.5를 적용하고 평판폭 $b$는 그림 4.1-3과 같이 결정하여야 한다.

[그림 4.1-3: 균일 압축을 받는 비구속판 요소] (a) 실제요소 (b) 유효요소와 유효요소에 대한 응력

(2) 처짐산정을 위한 유효폭

처짐을 산정할 때 적용되는 유효폭은 4.1.2.1(1)을 준수하여야 한다. 단, 처짐산정을 위해 $\psi_e = F_o$대체하고 $k$는 0.5로 한다.

4.1.3.2 응력구배를 갖는 비구속판 요소와 연단스티프너

(1) 내력산정을 위한 유효폭

응력구배를 갖는 비구속판 압축요소와 연단스티프너의 유효폭, $b_e$는 4.1.2.1(1)에 따라 산정한다. 단, 그림 4.1-5와 같이 요소에서 $\psi = \frac{f_2}{f_1}$ 로 대체하고 $k$는 0.5로 한다.

(2) 처짐산정을 위한 유효폭

응력구배를 갖는 비구속판 압축요소와 연단스티프너의 유효폭, $b_e$는 4.1.2.1(2)에 따라 결정하여야 한다. 단, 처짐산정을 위해 $\psi = \frac{f_2}{f_1}$ 로 대체하고 $k$는 0.5로 한다.

4.1.4 연단스티프너 또는 단일 중간스티프너를 갖는 요소의 유효폭

(1) 이 절에서 사용된 기호의 정의는 다음과 같다.

$= \frac{w_o}{w_f}$ (4.1-20)

여기서,

• $w_o$ = 판 좌굴계수;
• $w_f$ = 그림 4.1-4에 표시된 치수, mm
• $w_{fo}$, $W_o$ = 그림 4.1-5에 표시된 치수, mm
• $w_e$ = 이 절에서 규정한 스테프너의 감소 유효폭으로, 4.1.4.2에 따라 산정하며 전체 유효단면 성질을 계산할 때 사용된다(그림 4.1-5 참조), mm
• $w_f$ = 4.1.3.1에 따라 계산한 스테프너 유효폭(그림 4.1-5 참조), mm
• $t$ = 그림 4.1-4 및 4.1-5에 정의된 게수
• $F$ = 이 절에 규정된 스테프너의 감소면적으로 전체 유효단면 성질을 계산할 때 사용된다. 스테프너의 도심은 스테프너 전체면적의 도심으로 가정한다. 도심축에 대한 스테프너의 단면2차모멘트는 스테프너 전체단면의 단면2차모멘트로 한다., mm²
• $I_x$ = 각 압축요소가 구속판요소 요소로 거동할 때, 스테프너 단면2차모멘트, mm⁴
• $I_{xo}$ = 구속된 요소와 평행한 중립축에 대한 스테프너 단면2차모멘트, mm⁴
• $I_y$ = 스테프너 유효단면적, 연단스테프너의 경우, 스테프너와 구속될 요소 사이의 곡면 코너부는 스테프너의 일부로 고려하지 않는다., mm²

그림 4.1-5의 연단스테프너의 경우,

$w_o = D \sin α$ (4.1-21)

$w_f = D$ (4.1-22)

[그림 4.1-4: 중간스테프너를 갖는 요소]

(a) 실제요소 (b) 유효요소와 유효요소에 대한 응력

[그림 4.1-5: 연단스티프너를 갖는 요소에 대한 유효요소와 유효요소에 대한 응력]

4.1.4.1 중간스티프너를 갖는 곡일 압축요소

(1) 내력산정을 위한 유효폭

① 경우 1,

$$$$

(4.1-23)

$$$$

(4.1-24) ② 경우 2,

$$$$

(4.1-25) 단, $f$와 $f_y$는 4.1.2.1(1)에 따라 산정한다.

여기서,

$$$$

(4.1-26) $\frac{V_u}{f_c} \leq \frac{A_g}{35}$ (4.1-27)

③ 경우 3,

$$$$

$\frac{V_u}{f_c} \leq \frac{A_g \times 0.8}{35}$ (4.1-28)

단, $V_u$와 $A_g$는 4.1.2.1(1)에 따라 산정한다.

여기서,

$\frac{V_u}{f_c} = \frac{A_g}{35} \leq$ (4.1-29)

$\frac{V_u}{f_c} = \frac{A_g \times 0.8}{35} \leq$ (4.1-30)

(2) 치침산정을 위한 유효폭

유효폭은 4.1.4.1(1)에 따라 결정하여야 한다. 단, $t_s$는 $t_c$로 대체한다.

4.1.4.2 연단스티프너를 갖는 곡일 압축요소

(1) 내력산정을 위한 유효폭

① 경우 1,

$$$$

$\psi =$ (연단 스티프너 불필요) (4.1-31)

$\times \|\|$ (4.1-32)

• 단순립 스티프너의 경우,

$w_1 = w_s$ (4.1-33)

• 기타 형상 스티프너의 경우,

$w_1 = \frac{I_s}{t_s}$ (4.1-34)

② 경우 2,

$M_0 \geq \frac{M_0 \cdot l_i}{l}$ (4.1-35)

$\frac{\sum M_0}{\sum l} \leq \frac{M_0}{l_i}$ (4.1-36)

(4.1-37)

단, $x$는 4.1.2.1에 따라 산정한다.

여기서,

$l = \sum l_i \cdot l_0 \cdot l_i$ (4.1-38)

$l_i =$ (4.1-39)

($\leq 600$의 경계를 갖는 단순탄 스테플러와 $M \leq 600$인 경우($x$는 그림 4.1-5 참조),

$l_s : M \leq 600$ (4.1-40)

$w_s = w_i$ (4.1-41)

단순탄 이외의 기타 형상 스테플러의 경우,

$l_i = s \cdot c \cdot t$ (4.1-42)

③ 경우 3,

$M_0 \geq \frac{i \cdot M_0}{l_0}$ (4.1-43)

단, $x$와 $w_s$는 $n$을 사용하여 4.1.4.2(1)의 ②에 따라 산정한다.

(2) 지점간격을 위한 유효폭

유효폭은 4.1.4.1(1)을 따라 결정하여야 한다. 단, $t$는 $s$로 대체한다.

4.1.5 중간스티프너를 갖는 연단 구속판요소 요소 또는 한개 이상의 중간스티프너를 갖는 구속판요소 요소의 유효폭

(1) 유효폭을 결정하기 위해서, 각각의 중간 스티프너가 다음과 같이 최소 단면2차모멘트를 확보하지 못할 경우, 연단 구속판요소 요소의 중간스티프너 또는 한 개 이상의 중간스티프너를 갖는 구속판 요소의 스티프너는 무시한다.

$\frac{I}{t} \geq \frac{w^4}{0}$ (4.1-44)

단, $0$ 이상이어야 한다.

여기서, $I/t$ : 터 ㄴ 구속판요소 요소의 폭두께비 $I$ : 구속된 요소의 평행한 중심축에 대한 전체 스티프너의 단면2차모멘트, mm⁴

① 두 개의 해브 사이 중간스티프너의 간격이 4.1.2.1에 따라 결정된 스티프너 사이 보조요소 간 $s/t$ 일 경우, 두개의 (각 해브에 가장 가까운) 중간스티프너만이 유효한 것으로 간주한다.

② 한 개의 해브와 연단스티프너 사이 중간스티프너의 간격이 4.1.2.1에 따라 결정된 스티프너 사이 보조요소간 $s/t$ 일 경우, 한 개의 (해브에 가장 가까운) 중간스티프너만이 유효한 것으로 간주한다.

③ 중간스티프너의 간격이 4.1.2.1에서 결정한 스티프너 사이의 요소 간격과 매우 근접한 경우($s/t$), 모든 스티프너가 유효한 것으로 간주할 수 있다. 전체의 단측 구속판요소 요소의 효두께비를 산정할 때 이와 같은 요소는 중간스티프너로 구속되는 양으로 "등가 요소"의 폭으로 나눈대체된다. 단, "등가요소"의 폭, $w$, 는 해브의 전체 폭 또는 해브에 연단 스티프너 사이의 거리를 적용하고, "등가요소"의 두께, $t$는 다음 식에 의해 산정한다.

$t_e = \frac{w}{x}$ (4.1-45)

여기서, $w$ : 중간스티프너를 포함한 다중 구속판요소 요소 전체면적의 도심축에 대한 단면2차모멘트. 전체단면의 단면2차모멘트는 "등가요소"가 중간스티프너를 포함한 다중 구속요소(구속판 요소)의 도심축에 위치한 것으로 가정하여 산정한다. 실제 단면거리는 단면계수를 계산해서 사용한다.

④ $I/t$ 일 때, 요소의 유효폭, $w$는 다음 식을 사용하여 산정한다.

$\frac{w_e}{w} = \frac{I}{t}$ (4.1-46)

여기서, $I/t$ : 요소의 폭두께비

$x_s$ : 412.1에 따라 산정된 유효설계폭, mm

$x_c$ : 설계 시 적용하는 요소의 유효설계폭, mm

압축보조요소 또는 감소된 유효폭을 갖는 요소의 유효구조성능을 산정 시, 스티프너(연단스티프너 또는 중간스티프너)의 단면적은 다음과 같이 감소된 유효단면적을 사용한다.

• $H_0$ 인 경우,

$\frac{x_s}{x_c} = \frac{H}{H_0}$ (4.1-47)

여기서,

$\frac{x_s}{x_c} = \frac{H}{H_0}$ (4.1-48)

• $H_0 \geq$ 인 경우,

$\frac{x_s}{x_c} = \frac{H}{H_0}$ (4.1-49)

단, 상기 식에서 $x_s$ 와 $H_0$ 는 인접한 요소를 배제하고 스티프너의 단면적만을 사용하여야 한다.

스티프너의 도심은 스티프너 전체면적의 도심에 위치하는 것으로 가정한다. 또한 스티프너의 도심속에 대한 단면2차모멘트는 스티프너 전체 단면적의 단면2차모멘트이어야 한다.

4.1.6 스티프너

(1) 수직스티프너와 전단스티프너에 대한 설계규정은 다음과 같다.

4.1.6.1 수직스티프너

(1) 집중하중이나 반력을 받는 보의 웨브에 설치된 수직스티프너는 압축재로 설계한다. 집중하중이나 반력을 수직스티프너에 직접 적용하거나, 수직스티프너의 단부에 지압력을 전달하기 위하여 보 플랜지의 평행한 부분에 스티프너를 정확하게 맞추어야 한다. 수직스티프너와 웨브 사이의 전단력을 전달하는 방법은 이 기준 3장을 따른다. 집중하중이나 반력에 의한 소요강도는 설계강도, $\phi_c P_n$ 을 초과하지 않아야 한다. 단, $\phi_c = 0.9$ 이고, $P_n$ 은 다음 ①, ② 중 작은 값이다.

① $P_n = F_{cr} A_{eff}$ (4.1-50)

② $F_{cr}$ 은 4.5.2의 ①, ③ , ⑤ 로 대체하여 산정한 공칭압축강도

여기서, $A_s$ : $A_{sbal}$ (중간 지점과 접촉하중 하부 수직스터드너의 경우), mm²

= $A_{smin}$ (단부 지점 수직스터드너의 경우), mm²

$F_u$ : 보 웨브 항복강도, $F_y$ 또는 수직스터드너 항복강도, $F_{yv}$ 중 작은 값, MPa

$A'_s$ : $A'_{sbal}$ (중간 지점과 접촉하중 하부 수직스터드너의 경우), mm²

= $A'_{smin}$ (단부 지점 수직스터드너의 경우), mm²

$x$ : $H_g - e_0 \leq H_g$ , mm

$x'$ : $H_g + e_0 \leq H_g$ , mm

$e_0$ : 수직스터드너의 편이, mm

$H_g$ : 보 웨브의 두께, mm

냉간성형강 수직스터드너의 구속판요소 및 비구속판 요소의 폭두께비는 각각 $\lambda_r$와 $\lambda_p$를 초과하지 않아야 한다. 단, $F_y$는 수직스터드 강재의 항복강도이고 $F_0$는 수직스터드 강재의 두께이다.

4.1.6.2 전단스터드

(1) 전단스터드너가 요구되는 위치에서의 소요전단강도가 4.5.2의 설계전단강도, $\phi_v F_v$를 초과하지 않도록 전단스터드너의 간격을 결정하여 설치하고, $s$는 $a_0$를 3.0을 초과하지 않아야 한다.

(2) 설치된 한 쌍의 전단스터드너 또는 단일 전단스터드너의 설계 단면2차모멘트, $I$는 보 웨브 면 내 좌굴을 기준으로 다음의 최솟값 이상이어야 한다.

$$I_{min} = a_0^4 \frac{t^3}{I^4} \geq I^*$$

(4.1-51) (3) 전단스터드너의 총단면적은 다음 값을 초과하여야 한다.

$$A_{st} = D_t \times \frac{F_{cr}}{F_s} \times F_{yv} \times A_g$$

(4.1-52) 여기서, $F_{st} = \frac{F_y}{F_s}$ ($F_s \leq$ 인 경우) (4.1-53)

= $\frac{1.24}{\sqrt{F_s}}$ ($F_s >$ 인 경우) (4.1-54)

$F_s = \frac{k_v E}{F^2}$ ($k^2 \leq$ 인 경우) (4.1-55)

= $\frac{k_v E}{F^2}$ ($k^2 >$ 인 경우) (4.1-56)

$d_s$ : 수직스터드 사이의 간이, mm

$I_s$ : 웨브의 항복강도의 수직스터드너의 항복강도 비

• : 1.0 쌓으로 설치된 스터드의 경우
• 1.8, 단일 ㄱ형강 스터드의 경우
• 2.4, 단일 판 스터드의 경우

$\zeta$ : 해보 면을 따라 측정한 해보의 평행한 부분, mm

$\theta$ : 해보의 두께, mm

4.1.6.3 기타 스터드

(1) 4.1.6.1 및 4.1.6.2의 요구사항을 만족하지 않는 수직스터드가 설치된 부재의 설계강도는 이 기준의 4.8에 따른 시험결과를 적용하여야 한다.

4.2 접합

4.2.1 개요

(1) 접합은 개수하중을 적용한 하중조합에 의한 최대 축력 및 모멘트를 적절하게 전달할 수 있도록 설계하여야 한다. 또한, 각 요소별로 작용되는 축력과 모멘트는 최대한 실제와 유사한 방법으로 개별 요소에 분배되어야 하고, 의력과 평형을 이루어야 한다. 가정된 하중경로에 포함되는 각 요소는 구조해석에서 산정된 힘에 저항할 수 있어야 하며, 편심에 따른 영향도 적절히 고려하여야 한다.

4.2.2 볼트접합

(1) 냉간성형 스테인리스강 구조부재에 사용되는 볼트접합부의 설계는 다음을 따라야 한다. 단, 본 기준에 따른 접합부의 설계성능을 확보하기 위해서는 KS에 적합한 스테인리스강 볼트, 너트 등을 사용하여야 하며, 설계에서 요구되는 성능을 확보할 수 있도록 적합한 방법으로 체결하여야 한다.

(2) 볼트 구멍의 크기는 표 4.2-1에서 명시된 크기를 초과하지 않아야 한다. 예외적으로, 기능기초 상세한 콘크리트 벽체에 연결된 구조시스템에는 더 큰 구멍을 사용할 수 있다.

표 4.2-1 볼트 구멍의 최대치수

공칭 볼트 직경 $d_b$ (mm)	표준구멍 $d_h$ (mm)	대형구멍 (mm)	단축홈구멍 (mm)	장축홈구멍 (mm)
< 12.0	$d_b$ + 0.7	$d_b$ + 1.5	$(d_b + 0.7) \times (d_b + 6.3)$	$(d_b + 0.7) \times 2.5d_b$
≥ 12.0	$d_b$ + 1.5	$d_b$ + 3.1	$(d_b + 1.5) \times (d_b + 6.3)$	$(d_b + 1.5) \times 2.5d_b$

(3) 볼트접합부에는 표준구멍을 사용하여야 한다. 단, 예외적으로 책임구조기술자가 허용할

경우 대형구명이나 솟틀구명을 사용할 수 있다. 단, 솟틀구명의 길이는 전단하중의 방향에 수직이어야 한다.

(4) 4.8의 시험규정에 따른 하중실험을 통해 적절한 성능이 검증되지 않은 경우에는 대형구명 또는 단솟틀구명 위로 와서 또는 덧판을 설치하여야 한다.

4.2.2.1 피접합부 판재의 중방향 접머리단강도 및 간격과 연단거리

(1) 힘 작용 방향의 두 명백선을 따라 피접합부 판재의 중방향 설계접단강도는 다음 식에 의해 산정한다.

$R_n = 0^+$ (4.2-1)

여기서, $A_{nv}$ : 전할제수 $F_y$ : 볼트 1개당 판의 중방향 공칭전단강도, N $t$ : 표준구명의 중심에서 인접 구명의 가장 가연단 또는 피접합부의 단부까지 하중방향으로 측정된 거리, mm $O$ : 가장 앞은 피접합부 두께, mm $s$ : 공칭 볼트 직경, mm $l$ : 걸이방향으로 접합된 판의 설계기준인장강도, MPa

(2) 추가적으로, 볼트구명 중심사이의 최소거리(피치 또는 게이지)는 볼트머리, 와셔, 그리고 렌치를 위해 충분한 간격을 제공하여야 하고, 공칭볼트 직경 $d$의 3배 이상이어야 한다. 또한, 표준구명 중심에서 접합판재의 연단 또는 타 경계까지의 거리는 $1.5d$ 이상이어야 한다.

(3) 대형구명과 솟틀구명의 경우, 인접한 두 구명의 가장자리간 거리와 용력선상 구명 가장자리에서 접합판재의 연단 또는 타 경계까지의 거리는 $t \geq 2s$ 이상이어야 한다. 여기서 $t$는 위에서 주어진 식에 정의된 거리이고, $s$는 표 4.2-1에 정의된 표준구명의 지름이다. 이는 경우에도, 인접한 두 구명 가장자리간 순간격은 $2s$ 이상이어야 하고, 구명 가장자리와 부재 연단과의 거리는 $1s$ 이상이어야 한다.

4.2.2.2 피접합부 판재의 인장파단강도

(1) 피접합부의 순단면의 설계인장강도는 다음과 같이 결정하여야 한다.

$R_n = U_0$ (4.2-2)

여기서, $A_n$ : 피접합부 판재의 순단면, mm²

$\theta$ : 볼트머리와 너트 아래에 와셔가 있는 접합부에 대한 공칭인장응력으로, 다음과 같이 결정한다, MPa

1. 일면전단 볼트접합부:

$\theta = \frac{\Sigma}{1} \leq 1$ (4.2-3)

2. 이면전단 볼트접합부:

$\theta = \frac{\Sigma}{1} \leq 1$ (4.2-4)

여기서, $\Sigma$ : 대상 단면에서 볼트에 의해 전달되는 힘을 단면에 있는 볼트의 인장력으로 나눈 값(축, 볼트배치가 하중방향으로 1행인 경우 $\Sigma=1$, 하중방향으로 2행인 경우 $\Sigma =1/2$, 3행인 경우 $\Sigma=1/3$ 임). $^*)$ 이 0.2보다 작은 경우 0으로 간주한다.

$S$ : 응력신에 수직인 볼트간 간격(게이지), 단일 볼트의 경우, $s$는 접합판재의 폭으로 한다. $0.^*)$ $_{1} = 4.2.2.1$을 참조한다.

또한, 설계인장강도는 다음 값을 초과하여서는 안된다.

${}^*t$ (4.2-5)

여기서, ${}^*t$ : 파접합부의 인장상태 설계기준항복강도, MPa

4.2.2.3 파접합부 판재의 지압강도

(1) 설계지압강도는 다음과 같이 결정하여야 한다.

${}^*c ≥ 0$ (4.2-6)

여기서, $c$ : 볼트머리와너트 아래에 와셔가 있는 볼트에 의한 판재의 공칭지압응력으로, 다음과 같이 산정한다.

(1) 일면전단 볼트접합부

$\frac{s}{1}$ (4.2-7)

(2) 이면전단 볼트접합부

$\frac{s}{1}$ (4.2-8)

여기서, $0.^*)_{1} = 4.2.2.1$의 정의에 따른다.

4.2.2.4 스테인리스강 볼트의 전단과 인장강도

(1) 스테인리스강 볼트의 소요전단강도와 소요인장강도는 다음의 설계강도를 초과하지 않아야 한다.

= 표 4.2-2에 주어진 강도저항계수

$$\phi_c = \frac{f'_c}{f'_c}$$

(4.2-9) 여기서, $f'_c$ : 볼트의 총단면적, mm² $\phi_c$ : 표 4.2-2에서 공칭전단강도 $f_{nv}$ 또는 공칭인장강도 $f_{nt}$, MPa

표 4.2-2 스테인리스강 볼트의 공칭전단강도 및 공칭인장강도

볼트 직경	공칭전단강도 $f_{nv}$ : = 0.65	공칭인장강도
스테인리스 강종	d (mm)	나사부가 전단면에 포함되지 않은 경우 (MPa)
오스테나이트계 (A1, A2, A3, A4, A5)	≤ 39	250
	≤ 24	350
	≤ 24	400
페라이트계 (F1)	≤ 24	225
		300

a KS B 0241에 의한다.

(2) 전단과 인장의 조합력을 받는 볼트의 경우, 소요인장강도는 설계강도, $f_{rv}$를 초과하지 않아야 한다. 여기서, $f_{ru}$와 $f_{rv} \leq f_{nt}$이다. $f_{rv}$는 다음에 의하여 결정하여야 한다.

① 나사부가 전단면에 포함되는 경우

$$f_{rv} = f_{nv} \sqrt{1 - (\frac{f_{ru}}{f_{nt}})^2} \leq f_{nv}$$

(4.2-10) ② 나사부가 전단면에 포함되지 않는 경우

$$f_{rv} = f_{nv} \sqrt{1 - (\frac{f_{ru}}{f_{nt}})^2} \leq f_{nv}$$

(4.2-11) 여기서, $f_{nv}$ : 표 4.2-2에 주어진 공칭인장응력, MPa $f_{ru}$ : 동일한 계수인 응으로 산출된 소요전단응력, MPa

(3) 소요전단강도는 설계전단강도, $\phi_v f_{nv}$를 초과하지 않아야 한다. 여기서, $\phi_v = 0.80$는 표 4.2-2에 따라 결정하여야 한다.

4.2.3 용접접합

(1) 이 기준은 냉간성형 스테인리스강 구조부재에 사용되는 용접 접합부에 대해 규정한다. 모든 아크용접은 이 기준에서 제외 사양을 충지 않는 한 KCS 14 31 20의 용접 관련 조항을 준수하여야 한다. 단, 국내 용접 관련 기준 및 시방서에 관련 내용이 규정되어 있지 않은 경우에는 관련 기준을 참고할 수 있다.

(2) 이 기준에서 규정한 강종 및 두께 범위 이외의 경우는 별도의 검증과정이 필요하며, 해라

이 트래 스테인리스강 중에 STS430은 용접접합을 사용할 수 없다.

(3) 용접조건 및 절차 등은 표준시방서 강구조공사의 규정에 적합해야 하며, 용접봉(용착금속)은 KS D 7014 스테인리스강 피복 아크 용접봉의 요구사항을 준수하여야 한다.

(4) 각 용접의 소요강도는 설계강도, $\phi_w$을 초과하지 않아야 한다.

여기서, $\phi_w$ : 4.2.3.1과 4.2.3.2에 정의된 아크 용접 접합부의 저항계수 $°$ : 4.2.3.1과 4.2.3.2에 따라 결정된 용접 접합부의 공칭강도

4.2.3.1 그루브용접

(1) 모재 두께 이상의 유효목두께가 완전하게 확보되고 매칭용접재가 사용된다는 조건에서, 일면 또는 양면에서 용접한 맞댐이음부의 그루브용접의 인장설계강도 또는 압축설계강도는 다음 식으로 산정한다.

$\phi_w = 0 F_u$ (4.2-12)

여기서, $\phi_w$ : 용접접합부 강도저항계수 $°$ : 그루브용접의 공칭강도, N $F_u$ : 모재 인장강도, MPa $t$ : 용접길이, mm $O$ : 가장 얇은 피용접재(모재)의 두께, mm

4.2.3.2 필릿용접

(1) 이 기준에서 규정하는 필릿용접은 접힘 또는 T형 이음부 용접에 적용된다. 필릿용접부의 설계강도는 다음과 같이 산정한다.

① 용접선이 하중방향과 평행한 경우(용접부의 전단파단 설계강도)

가. 모재파단

(가) $0$ 에 대해서

$\phi_w = 0 O F_u$ (4.2-13)

(나) $0 ≥$ 에 대해서

$$$$

$= 0$ (4.2-14)

나. 용착금속부 파단

위에서 모재파단 설계강도는 다음의 용착금속부의 설계강도를 초과하지 않아야 한다.

$\phi_n = Q_n$ (4.2-15)

② 용접선이 하중방향과 수직인 경우(용접부의 인장파단 설계강도)

가. 모재파단

$\phi_n = 0$ (4.2-16)

나. 용착금속부 파단

식(4.2-16)에 의해 산정된 모재파단 설계강도는 다음의 용착금속부의 설계강도를 초과하지 않아야 한다.

$\phi_n = Q_n$ (4.2-17)

여기서, $\mu$ : 용접접합부 강도저항계수 $t$ : 필릿용접의 공칭강도, N $\sigma$ : 필릿용접의 길이, mm $Q$ : 가장 얇은 판요소제(모재)의 두께, mm $Q_n$ : 유효목부께[= $\frac{t_e}{\sqrt{2}}$ 또는 $\frac{a}{\sqrt{2}}$ 중 작은 값], mm $F_u$ : 용접봉의 인장강도(표 4.2-3 참조), MPa $t_w$ : 필릿용접치수, mm

표 4.2-3 피복아크 용접봉의 기계적 성질(KS D 7014)

KS 용접봉 종류	최소인장강도 $F_u$ (MPa)	최소연신율 (%)
E308	550	35
E308L	510	35
E308N2	690	25
E309	550	30
E309L	510	30
E309Nb	550	30
E309NbL	510	30
E309Mo	550	30

| E309MoL | 510 | 30 | | E312 | 660 | 22 | | E16-8-2 | 550 | 35 | | E316 | 550 | 30 | | E316L | 510 | 35 | | E316J1L | 510 | 35 | | E317 | 550 | 30 | | E317L | 510 | 30 | | E318 | 550 | 25 | | E329J1 | 590 | 18 | | E347 | 550 | 30 | | E347L | 510 | 30 | | E349 | 690 | 25 |

주) 상기에 언급되지 않은 용접봉의 경우 KDS 7014에 규정된 지침 또는 이와 동등한 공인기관의 확실지점을 통하여 용접봉 및 이를 사용한 용접부의 인장성을 반드시 확인하여야 하며, 관련 결과를 근거로 종설설리 기관의 사용허가를 득한 후 사용하여야 한다.

4.3 인장재

4.3.1 개요

(1) 인장재는 부재의 중심축 방향으로 인장력을 받는 구조부재로서 단면의 인장강도는 다음과 같이 산정한다.

4.3.2 인장재의 설계

(1) 중심축 인장재의 경우, 설계인장강도 $φ_t$ 은 다음 식으로 산정한다.

$φ_t = 0$ (4.3-1)

여기서, $σ$ : 인장력이 작용하는 부재의 공칭강도, N

$φ$ : 인장에 대한 저항계수

$A$ : 인장순단면적, mm²

$F_u$ : 3.5.1의 항복강도, MPa

(2) 인장부재에서 연결부에 볼트접합이 적용되는 경우, 피접합부의 설계인장강도는 4.2.2.3에 의해 산정한다.

4.4 압축부재

4.4.1 개요

(1) 이 절은 부재에 작용하는 모든 하중의 합력이 이 점에서 규정한 응력․에서 계산된 유효단면의 도심을 통과하는 하나의 축하중인 부재의 압축강도를 산정하는데 적용하여야 한다.

4.4.2 집중하중을 받는 압축부재의 설계

(1) 설계압축강도, $\phi_c P_n$ 은 다음과 같이 산정한다.

$$$$

$\phi_c P_n = \phi_c A_g f'_c$ (4.4-1)

• 원형강판 압축부재의 경우(단, 직경-두께비, $\frac{D}{t}$ 가 $\frac{3E}{f_y}$ 이하인 경우),

계수축하중과 모멘트의 합력이 도심에 부재중량항으로 작용하는 하나의 하중이 작용한

원형강판 부재의 설계압축강도는 다음과 같이 산정한다.

$$$$

$\phi_c P_n = \phi_c A_g f'_c$ (4.4-2)

여기서, $f'_c$ : 4.4.2.1에 의해 산정한 비틀림 접골을 받지 않는 부재의 휨좌굴 응력, MPa

$f'_c = \frac{0.658^{\frac{f_y}{F_e}}}{f_y}$ , mm² (4.4-3)

$F_e = \frac{\pi²E}{(\frac{KL}{r})²}$ (단, A 아이아이야 안나) (4.4-4)

(0 \leq \frac{KL}{r} \leq 4.71\sqrt{\frac{E}{f_y}} \text{ 일 경우), mm² (4.4-4)

$f'_c = 0.877 F_e$ (4.4-5)

$$$$

$A_g$ : 전체 단면적, mm²

$0 = \sqrt{\frac{f_y}{F_e}}$ : 좌굴응력에 상응하는 소성저감계수($\lambda_c$)

$f_y$ : 강재탄성계수, MPa

$F_e$ : 좌석탄성계수, MPa

$0$ : 항복강도 대 유효미세한계강도의 비($\frac{f_y}{F_e}$) (표 3.5-8)

$$$$

(2) 사용하중 하에 압축부재의 국부변형이 제한되어야 할 경우, 설계압축강도 $\phi_c P_n$ 는 다음

식으로 산정한다.

$$$$

$\phi_c P_n = \phi_c f_y A_g$ (4.4-6)

여기서,

$A_g$ : 전체단면적, mm²

$f_y$ : 다음 식에 의해 산정되는 허용압축응력, MPa

국부변형량이 무시할 정도로 작거나 없는 압축부재에 적용되며, 허용압축응력, $f_y$ 는 재료

의 항복강도를 초과할 수 없고 다음과 같이 산정한다.

① 미소 국부변형이 허용되는 경우

• 구속판요소 압축요소의 경우

$\tau_c = \infty$ (4.4-7)

• 비구속판 압축요소의 경우

$\tau_c = \infty$ (4.4-8)

② 국부변형이 허용되지 않는 경우

$\tau_c = \infty$ (4.4-9)

• 구속판요소 압축요소의 경우

$\tau_c = \infty$ (4.4-10)

• 비구속판 압축요소의 경우

$\tau_c = \infty$ (4.4-11)

여기서, $\tau_c$ : 압패 좌굴응력 $M_0$ (4.4-12)

$\lambda$ : 압축응력에 상응하는 소성저감계수 $\gamma$ : 평판좌굴계수 $k$ : 좌성계수(= 0.3) $E_c$ : 초기탄성계수 (3.5.2.3 제보정수), MPa $E_t$ : 할선탄성계수 (3.5.2.4 제보정수), MPa $G$ : 접선탄성계수 (3.5.2.4 제보정수), MPa

(3) 그 형강 단면은 소요좌강도 $\gamma$ 와 그 형강 다리의 끝에 압축을 발생시키는 주축 방향 휨모멘트 $M$을 동시에 고려하여 설계하여야 한다.

(4) 모든 압축부재의 세장비, $\lambda$는 200을 초과하지 않아야 한다. 단, 시공 중 세장비는 300을 초과하지 않아야 한다.

4.4.2.1 비틀림 또는 휨-비틀림좌굴을 받지 않는 단면

(1) 2축 대칭단면, 폐쇄형단면과 비틀림 또는 휨-비틀림좌굴이 발생되지 않는 단면의 경우, 휨 좌굴응력 $F_e$은 다음식에 의해 산정한다.

$\frac{Q}{A} \leq \frac{F_e}{\Sigma}$ (4.4-13)

여기서, $F_e$ : 좌굴응력에 상응하는 압축 접선탄성계수(식 3.5.3), MPa $\lambda$ : 유효길이계수

$t$ : 부재의 바깥쪽 길이, mm $s$ : 전체 단면의 단면2차반경, mm

4.4.2.2 비틀림좌굴이 발생하는 2축 또는 집 대칭단면

(1) 비틀림좌굴이 발생하는 2축 또는 집 대칭단면의 경우, $P_{cr}$은 4.4.2.1의 압축응력과 다음 식에 의해 산정된 응력 중 작은 값으로 하여야 한다.

$P_{cr} = \frac{1}{\frac{1}{P_{ez}} + \frac{1}{P_{et}}}$ (4.4-14)

여기서, $P_{et}$는 4.6.1.2에 의해 산정한다.

4.4.2.3 휨-비틀림좌굴이 발생하는 1축 대칭단면

(1) 휨-비틀림좌굴이 발생하는 단면에 대해, $P_{cr}$은 4.4.2.1의 압축응력과 다음 식에 의해 산정된 값 중 작은 값을 적용하여야 한다.

$P_{cr} = \frac{H}{2\beta}\left[P_{ey} + P_{et} - \sqrt{(P_{ey} + P_{et})^2 - 4\beta P_{ey}P_{et}}\right]$ (4.4-15)

또한, 보수적으로 설계할 경우, 다음 식에 의한 응력, $P_{cr}$로 대체할 수 있다.

$P_{cr} = \frac{P_{ey}P_{et}}{P_{ey} + P_{et}}$ (4.4-16)

여기서, $\beta$는 4.6.1.2에 의해 산정한다.

$H = 1 - \frac{x_0^2 + y_0^2}{r_0^2}$ (4.4-17)

$r_0^2 = r_x^2 + r_y^2 + x_0^2 + y_0^2$ (4.4-18)

$r_x^2$ : 주 x-축에 대한 도심과 전단중심까지의 거리, mm $r_y^2$ : 전단중심에 대한 단면의 단면2차반경, mm

$y_0 = \sqrt{I_y/A}$ (4.4-19)

$x_0, y_0$ : 도심좌축에 대한 단면의 단면2차반경 (단, 1축 대칭단면의 경우 $r_x = r_y$을 대칭축으로 가정한다), mm

4.4.2.4 비대칭단면

(1) 축이나 점에 대한 대칭단면이 아닌 경우, $P_{cr}$은 합리적인 절차에 의한 해석에 의해 산정한다. 그렇지 못한 경우의 압축부재는 적절한 구조안전성을 확인한 후 사용하여야 한다.

4.5 휨부재

4.5 횡모멘트와 작용할 때의 강도

(1) 합한 모멘트만을 받는 휩부재의 경우에 설계휩강도, $\phi_b M_n$은 4.5.1.1과 4.5.1.2에 따라 계산된 값보다 작아야 한다. 단, KS에 포함되지 않은 형강 등의 부재에 대해서는 실험 또는 적절한 구조해석을 통해 내력을 확인하여야 한다.

4.5.1.1 공칭휩강도

(1) 설계휩강도는 전체 보강 또는 부분 보강 압축플랜지의 경우, $\phi_b = 0.9$로 적용한다. 비구속판 압축플랜지 단면은 $\phi_b = 0.85$를 적용한다. 공칭휩강도, $M_n$은 유효단면에서의 초기항복강도, ① 또는 비탄성보유강도, ②를 기초로 해서 산정한다.

① 단면의 초기항복에 따라 단면강도로 기초로 하는 유효항복모멘트, $M_y$은 다음 식에 의해 산정한다.

$M_y = f_y S_x$ (4.5-1)

여기서, $f_y$ : 재료의 항복강도, MPa $S_x$ : 유효단면의 탄성단면계수, mm³

② 비탄성 보유강도를 기초로 하는 법. 다음 조건을 만족할 때 휩부재의 비탄성 보유강도를 적용한다.

가. 부재가 뒤틀림, 횡좌굴, 비틀림좌굴 또는 비틀림-휩 좌굴을 받지 않을 때

나. 냉간성형이 항복강도 $f_y$를 상승시키는 영향을 미치지 않을 때

다. 웨브의 압축부분 깊이와 웨브두께 비가 $\lambda_w$을 초과하지 않을 때

라. 전단력이 0.35$v_n$에 웨브면적($≤ 0$)을 곱한 값을 초과하지 않을 때

마. 웨브와 수직재사이 각이 30°를 초과하지 않을 때

공칭휩강도, $M_n$은 ① 또는 $M_p$의 최대 압축변형도에 도달했을 때를 기준으로 산정한 1.25$M_y$ 이하이어야 한다.

여기서, $M_p$ : 항복변형도(= $f_y$/$E$) $E$ : 초기탄성계수, MPa
$M_y$ : 다음 식으로 산정한 압축변형도계수

(가) 중간 스티프너가 없는 구속판요소 압축요소

$\frac{M_p}{M_y} ≤ 인 경우, \quad M_n$ (4.5-2)

$\frac{M}{Q} = 0$ 인 경우, $\phi_s = \frac{M \cdot Q}{Q}$ (4.5-3)

$\frac{M}{Q} \ge$ 인 경우, $\phi_s = 1$ (4.5-4)

여기서, (4.5-5)

$$$$

(4.5-6)

$$$$

(나) 비균등판 압축요소

$\phi_s = 1$

(다) 다층지지판 압축요소와 연단스티프너를 가진 압축요소

$\phi_s = 1$

단면의 성질은 유효설계폭을 적용하여 산정한다. $c_r$은 인장과 압축 등일하게 한전단 소성 온탄-변형도 관계 미소변형과 휨의 작용하는 동안 평면유지를 가정하여 온탄평형조건에 의해 산정한다. 휨과 해부 그리프링의 조합은 4.5.5의 규정에 의해 검토하여야 한다.

③ 국부변형 고려사항

공정사용하중하에서 휨재의 국부변형이 제한될 때, 설계휨강도, $c_{rl}$는 다음 식으로 산정한다.

$c_{rl} = f_y$ (4.5-7)

여기서, $c_r$ : 전체 단면의 탄성단면계수(단면의 압축측 최외단의 전단면의 탄성단면계수), mm³

$\tau_u$ : 다음 식으로 산정한 국부변형에 대한 허용압축응력은 $\phi_s$ 이하이어야 한다.

가. 미소 국부변형이 허용되는 경우

• 구속판요소 압축요소의 경우

$\tau_{cr} = \alpha$ (4.5-8)

• 비구속판 압축요소의 경우

$f_c = f_{cr}$ (4.5-9)

나. 국부변형이 허용되지 않는 경우

$f_c = f_{cr}$ (4.5-10)

• 구속판요소 압축요소의 경우

$f_c = f_{cr}$ (4.5-11)

• 비구속판 압축요소의 경우

$f_c = f_{cr}$ (4.5-12)

여기서, $f_{cr} = \frac{k_c \pi^2 E}{12(1-\nu^2)} \left(\frac{t}{b}\right)^2 \times 10^{-3}$, MPa

$k_c$ : 압축응력에 상응하는 좌굴지지계수 $\nu$ : 평면과점계수 $E$ : 푸아송비(= 0.3) $t$ : 초기탄성계수, MPa $b$ : 압실탄성계수, MPa $\sigma$ : 접선탄성계수, MPa

④ 휨을 받는 원형강관의 경우

휨을 받는 원형강관의 경우에 직경-두께비가 $\frac{D}{t} \leq \frac{E}{f_y}$이하인 원형강관 부재에 적용한다. 축하중, 전단, 국부 집중하중 또는 반력의 영향을 받지 않는 경우에 소요휨강도는 $\phi_b$를 초과하지 않아야 한다. 단, $\phi_b = 0.9$이고, $M_n$은 직경-두께비에 따라 다음 식으로 산정한다.

• $0 \leq \frac{D}{t} \leq \frac{0.07E}{f_y}$인 경우,

$M_n = M_p$ (4.5-13)

• $\frac{0.07E}{f_y} < \frac{D}{t} \leq \frac{0.31E}{f_y}$인 경우,

$M_n = M_p$ (4.5-14)

여기서, $M_p$ : 설계기준항복강도, MPa $A$ : 전체 단면의 단성단면계수, mm³ $S$ : 식(5.2-4)에 의해 구한 값 $k$ : 황복강도 대 유효비례한계강도의 비(= $\frac{f_y}{f_{cr}}$) $\alpha$ : $\frac{\pi}{4}$(규정된 비 $\frac{D}{t}$에 근거한 $M_p \leq 0$ 의 한계점)

4.5.1.2 횡좌굴강도

(1) 횡좌굴을 받는 2축 또는 1축 대칭단면의 경우, 횡방향 비지지 부재의 설계휨강도 $M_n$은 $\phi_b = 0.85$와 다음 식의 $M_n$을 적용하여 산정한다. 이 절의 규정은 H 단면, I 단면, Z 단면, ㄷ단면과 다른 1축 대칭 휨부재 단면에 적용한다. 다른 방식으로 단면의 횡지지가 확보되는 비가새 압축플랜지에는 이 절의 규정을 적용하지 않는다.

$M_n = C_b \left[ M_p - (M_p - M_r) \frac{L_b - L_p}{L_r - L_p} \right] \leq M_p$ (4.5-15)

여기서, $C_b$ : 압축 최연단의 전체 단면의 탄성단면계수, mm³ $M_p$ : 압축 최연단에서 응력 $F_y$로 계산되는 유효단면의 탄성단면계수, mm³ $M_r$ : $F_y$의 최댓값을 갖는 다음 조건항 (1), (2) 또는 (3)에 따라 산정한 임계모멘트, N·mm

(1) 웨브에 수직한 도심축 (x-축)에 대해 휨이 발생하는 2축대칭 H 단면 또는 I 단면

$M_r = F_L S_x$ (4.5-16)

또는 $M_r$는 식(6.1.2-4)를 적용하여 산정할 수 있다.

(2) 웨브에 수직한 도심축 (x-축)에 대해 휨이 발생하는 점대칭 Z-section

$M_r = F_L S_x$ (4.5-17)

또는 $M_r$는 최댓값으로 $F_L$를 갖는 식(4.5-18)의 휨모멘트의 1/2로 산정할 수 있다.

(3) 1축 대칭단면에 대해 ($\bar{y}$-축을 대칭축으로 가정한다)

가. 대칭축에 대한 휨의 경우 ($\bar{y}$-축은 전단중심이 위어 $\bar{y}$ 좌표를 갖도록 위치된 대칭축이다)

$M_r = F_L S_{\bar{y}x} \neq 0$ (4.5-18)

또는 $M_r$는 조건항 (1)에서 주어진 2축대칭 H 단면과 I 단면의 경우에는 식(4.5-16)을 적용하여 산정할 수 있다.

나. 대칭축과 수직한 도심축에 대한 휨이 발생하는 경우:

$M_r = F_L W_x \left( \frac{I_y}{I_{y0}} \right) \leq \frac{M_p}{2}$ (4.5-19)

여기서, $W_x$ : 전체단면의 압축 최연단에서 초기항복을 발생시키는 휨모멘트(= $F_y W_x$), N·mm $t$ : 부재의 비지지길이, mm $M_r$ : 전체단면을 적용하여 웨브에 평행한 전체단면의 부재축심축에 대한 단면의 압

축붕괴의단면2차모멘트(단면적축요소의 $y$축에 대한 단면2차모멘트), $\text{mm}^4$

$\gamma$ : 1.0(도심의 전단중심 축에 압축을 받생시키는 모멘트에 대해) -1.0(도심의 전단중심 축에 인장을 받생시키는 모멘트에 대해)

$\gamma = \begin{cases} +1 & \text{우} \\ -1 & \text{좌} \end{cases}$ (4.5-20)

$\gamma = \begin{cases} +1 & \text{우} \\ -1 & \text{좌} \end{cases}$ (4.5-21)

$O = \begin{cases} 1 & \text{일방향} \\ 0 & \text{양방향} \end{cases}$ (4.5-22)

$A$ : 충돌면적, $\text{mm}^2$ $f_y$ : 초기탄성계수, MPa $O_{ry}$ : 소성지감계수 $\beta$ : 보수적으로 1.0 또는 다음 식으로 산정한 휨모멘트 계수

$\beta = \frac{r_{mx}}{r_{my}}$ (4.5-23)

$r_{mx}$ : 비지지 부분의 최대 휨모멘트의 절댓값, N·mm $r_{1x}$ : 비지지 부분 1/4지점의 휨모멘트의 절댓값, N·mm $r_{2x}$ : 비지지 부분 중앙의 휨모멘트의 절댓값, N·mm $r_{3x}$ : 비지지 부분 3/4지점의 휨모멘트의 절댓값, N·mm $C_b$ : 단면의 뒤, mm $S_x$ : 전단중심에 대한 단면2차반경, mm

$S_x = \sqrt{\frac{I_y}{A}}$ (4.5-24)

$S_x \cdot S_y$ : 도심주축에 대한 단면2차반경, mm $f_v$ : 초기전단탄성계수 , MPa $\beta_1$, $\beta_2$ : 휨 축, 휨 축 각각에 휨에 대한 유효길이계수 $Q$ : 바뀔면에 대한 유효길이계수 $\beta_1$, $\beta_2$ : 휨 축, 휨 축 각각의 휨에 대한 압축부재의 비지지길이, mm $Q$ : 바뀔면에 대한 압축부재의 비지지길이, mm $J$ : 전단중심에서 주 $x$-축을 따라 도심까지의 거리(음수), mm $C_w$ : 단면의 생브낭 비틀림 상수, $\text{mm}^6$ $W$ : 단면의 뒤틀림 상수, $\text{mm}^4$

$C = \sqrt{\frac{\beta_1^{sn}}{\beta_1^{sn}} \cdot \frac{A}{W}}$ (4.5-25)

$\beta$ : 는 구조안전측면에서 모든 경우에 대해서 1.0을 적용할 수 있다. 자유단이 비지지된 캔틸레버나 돌출부에 대해서는 1.0을 적용하여야 한다. 측허중과 휨모멘트의 조합력을 받는부재의 경우(4.7.1)에는 1.0을 적용하여야 한다.

4.5.2 전단력받이 작용할 때의 강도

(1) 설계전단강도, $\phi_v$는 다음 식으로 산정한다.

$$$$

(4.5-26)

단, $\phi_v$는 $0.95 \sqrt{f'_c} \cdot Q$이하이어야 한다.

여기서, $\phi_s$ : 전단저항계수 $A_o$ : 보의 공칭전단강도, N $Q$ : 해브 두께, mm $t_o$ : 해브 평면을 따라 측정된 해브의 평균 부분의 총, mm $f'_c$ : 전단용력에 대응한 소성저항계수($f'_c$는 $f_c$에 상응하는 전단단성계수) $\sqrt{f'_c}$ : 전단항복강도 $= \sqrt{f'_c}$, MPa

웨브가 두 개 또는 그 이상의 판재로 구성된 경우, 각 판재는 전단력을 분담하여 전달하는 개별요소로 간주한다.

예외) 4.2.6의 요구사항을 만족하는 횡방향 스터프너를 갖는 보 웨브의 경우, 공칭전단강도는, $\phi_s \cdot f_y \cdot Q \cdot t_o \cdot k$로계산하여야 한다. 단, $f_y$는 4.2.6에 따라 결정하여야 한다.

4.5.3 휨과 전단의 조합력이 작용할 때의 강도

(1) 무보강 웨브를 갖는 보의 경우, 소요휨강도, $M_u$와 소요전단강도, $V_u$는 다음의 상관관계식을 만족하여야 한다.

$$$$

(4.5-27)

횡방향 웨브 스터프너를 갖는 보의 경우, 소요휨강도와 소요전단강도는 각각 $M_n$과 $\phi_v$를 초과하여서는 안된다. $M_u > 0.5 M_n$ 또는 $V_u > 0.7 \phi_v$인 경우, $M_u$와 $V_u$는 다음의 상관관계식을 만족하여야 한다.

$$$$

(4.5-28)

여기서, $M_n$ : 휨저항계수(4.5.1) $\phi_v$ : 전단저항계수(4.5.2) $M_u$ : 휨모이 작용할 때의 공칭휨저항강도(4.5.1.1), N·mm $V_u$ : 전단모이 작용할 때 공칭전단강도(4.5.2), N·mm

4.5.4 웹브 크리플링 강도

(1) 기준은 집중하중 또는 반력을 받는 웹부에 웹브 또는 부재의 길이방향에 수직으로 작용하는 요소와 웹브의 압축용력을 유발하는 요소에 적용할 수 있다.

(2) 폭두께비 $\lambda_c$가 200 이하인 웹부의 무보강 평판 웹브의 크리플링을 방지하기 위해서, 집중하중과 반력에 대한 소요강도는 $\phi_c R_{cw}$을 초과하여서는 안된다. 하나의 무보강 웹보와 H형 단면의 경우 $\phi_c$는 0.75이고, $R_{cw}$은 표 4.5-1에 주어져 있다. 폭두께비 $\lambda_c$가 200을 초과하는 웹부의 웹브는 웹브에 직접적으로 집중하중 또는 반력을 전달하는 직접한 방법을 제공하여야 한다.

(3) 표 4.5-1의 식은 $\theta = 90°$, $N \leq 210$, $k \leq 3.5$일 때, $\theta \leq 6°$인 보와 $\theta \leq 7°$인 테크에 적용하여야 한다.

표 4.5-1 웹브 크리플링 공칭강도, $R_{cw}$

하중조건	단일 웹보를 가지는 형상	H형 단면 또는 유사한 단면a
	보강 또는 부부 보강된 플렌지	비보강 플렌지
반력 간격 $N/d > 1.5^b$	단부반력 c	식(4.5-29)
	내부반력 d	식(4.5-32)
반력 간격 $N/d \leq 1.5^b$	단부반력 c	식(4.5-34)
	내부반력 d	식(4.5-36)

a 웹브를 맞대어 연결된 두개의 ㄷ형강으로 만들어진 H형 단면 또는 웹브의 회전이 구속된 유사한 단면 (예를 들어 두 개의 각을 둔 형강을 용접한 한 형강과 인접한 H형 단면)

b 상부플렌지 또는 하부플렌지에 하나의 집중하중 또는 반력의 작용하는 조건에서, 지압부 단면과 인접하는 반대 집중하중 또는 반대 사이의 순거리가 1.5배이다

c 보의 단부반력 또는 캔틸레버 단면에 집중하중이 작용하는 조건에서 지압부 단면에서 보의 단부까지의 거리가 1.5배이하일 때

d 지압부 단면에서 보의 단부까지의 거리가 1.5배이상일 때 반력과 집중하중에 대해

e 상부플렌지 및 하부플렌지에 동시에 반대방향으로 두개의 집중하중이 작용하거나 집중하중과 반력이 같은 작용선상에 위치하는 경우로써 인접한 지압부 단면 사이거리가 1.5배이하일 때

① $R_{cw}$은 상부플렌지와 하부플렌지를 연결하는 하나의 웹브에 집중하중 또는 반력이 작용하는 경우 공칭강도를 나타낸다. 두 개 또는 그 이상의 웹브의 경우, $R_{cw}$은 각각의 웹브에 대해 계산하고 그 결과를 합하여 산정한다.

② 조립 H형 단면 또는 유사한 조립단면의 경우, 웹브 연결재와 볼 플렌지 사이의 거리는 최대한 작도록 한다.

$$$$

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 0 \times \rho_s \times d_0$ (4.5-30)

일 때, $\rho_s$에는 $M_s$의 계수는 $d_0$를 가지 증가한다.

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 0$ (4.5-31)

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 0 \times \rho_s \times d_0$ (4.5-32)

일 때, $\rho_s$에는 $M_s$의 계수는 $d_0$를 가지 증가한다.

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 1 \times \rho_s \quad 0$ (4.5-33)

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad \alpha_s \times \rho_s \times d_0$ (4.5-34)

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 1 \times \rho_s \quad 0$ (4.5-35)

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad \alpha_s \times \rho_s \times d_0$ (4.5-36)

$\alpha_s = 0 \text{이면} \quad 1 \times \rho_s \quad 0$ (4.5-37)

여기서, $\psi$ : 해프리타흐영에 대한 저항계수

$\alpha_s$ : 해프 당 압축하중 또는 반력에 대한 공칭강도, N

$d_0$ : 6.9

$\rho_s$ : $\quad$ ) $\quad(\psi_{c0} \leq \quad$ 일 때) (4.5-38)

$\rho_s$ : $\quad$ $\leq$ (4.5-39)

$\rho_s$ : $\quad$ ) $\quad(\psi_{c0} \leq \quad$ 일 때)

$(\psi_{c0} \quad$ 일 때) (4.5-40)

$\rho_s$ : $\quad 0 \leq \quad$ (단, $\geq \quad$ ) (4.5-41)

$\rho_s$ : $\quad \geq$ (4.5-42)

$\rho_s$ : $\alpha_0 \quad$ ($^{\circ} 0 \leq \quad$ 일 때) (4.5-43)

$1.2 (^{\circ} 0 \quad$ 일 때) (4.5-44)

$\rho_s$ : ) $(^{\circ} 0 \leq \quad$ 일 때) (4.5-45)

$^{\circ} 0 \quad$ ) $(^{\circ} 0 \quad$ 일 때) (4.5-46)

$s_c \leq \min \left( \frac{a_c}{3}, 150 \right)$ (4.5-47)

$s_c \leq 200$ (4.5-48)

여기서,

• $a_c$ : 중앙향 압축상태에서의 항복강도, MPa
• $t$ : 헤브연결 따라 측정한 헤브의 평면 부분의 폭, mm
• $s_c$ : $\min \left( \frac{a_c}{4}, 200 \right)$ (4.5-49)
• $b$ : $\leq 200$ (4.5-50)
• $d$ : 헤브 두께, mm

여기서,

• $s_c$ : 지압의 선제각이, 동일하지 않는 지압간의에 대해 분포되는 두께의 동일하고 반대인 접촉하중에 대해서 더 작은 값을 적용하여야 한다. mm
• $t$ : 내부 힘 반경, mm
• $a_c$ : 헤브 평면과 지압면의 평면 사이 각도 ( $0° \leq \alpha \leq 90°$ )

4.5.5 활과 웨브 크리플링의 조합강도

(1) 웨브 집중하중 또는 반력의 조합력을 받는 부모강 평판 헤브의 설계는 다음 조건을 만족하여야 한다.

① 단일 부모강 헤브를 갖는 단면

$\frac{P_u}{P_n} \leq 1.0$ (4.5-51)

예외) 연속스팬의 내부 지지점에서, 이 식은 두 개 또는 그 이상의 단일 헤브를 갖는 데크 또는 보에는 단순과 같은 조건에서는 적용할 수 없다; 인접한 헤브의 압축연단이 부모멘트 영역에서 연속 또는 중간연결 플렌지 요소와 강재의 클래딩 또는 철재로 횡지지되고, 인접한 헤브 사이의 간격이 254 mm를 초과하지 않는 경우

② 헤브 회전구속도가 높은 다중 부모강 헤브을 갖는 단면(두 개의 도형강의 헤브를 맞대어 연결한 H형 단면 또는 드형강에 두 개의 ㄱ형강을 용접해서 만든 H형 단면)

$\frac{P_u}{P_n} \leq 1.0$ (4.5-52)

예외) 폭두께비 $\frac{h}{t_w} \leq \lambda_r$과 $\frac{b_f}{2t_f} \leq \lambda_r$의 경우, 공정집중하중 또는 반력은 4.5.4에 따라 산정한다.

여기서,

• $\lambda_r$ : 웨브황체계수(4.5.1)
• $P_n$ : 헤브크리플링에 대한 저항계수(4.5.4)
• $P_u$ : 웨브멘트 작용시 집중하중 또는 반력에 대한 소요강도, N
• $\lambda_r$ : 4.5.4에서 산정된 웨브멘트가 작용하지 않을 때 집중하중 또는 반력에 대한 공칭강도, N

4.6 조합력을 받는 부재

4.6.1 개요

(1) 대부분의 기둥부재에는 압축력이외에 휨모멘트도 함께 작용하게 된다. 이와 같이 축력과 휨모멘트를 동시에 받는 부재를 조합력을 받는 부재라고 하고 다음과 같이 상관식을 이용하여 구조안전성을 검토하여야 한다. 단, KS에 규정되지 않은 스테인리스 형강 등의 부재에 대해서는 설립 또는 적절한 구조해석을 통해 내력을 확인하여야 한다.

4.6.2 축하중과 휨의 조합

(1) 소요강도 $\frac{P_r}{P_n}$ 와 $\frac{M_r}{M_n}$ 는 다음의 상관식을 만족하여야 한다.

$\frac{P_r}{P_n} + \frac{8}{9}\left(\frac{M_{rx}}{M_{nx}} + \frac{M_{ry}}{M_{ny}}\right) \leq 1$ (4.6-1)

$\frac{P_r}{2P_n} + \left(\frac{M_{rx}}{M_{nx}} + \frac{M_{ry}}{M_{ny}}\right) \leq 1$ (4.6-2)

$\frac{P_r}{P_n} \leq 0.2$ 인 경우, 상기의 식을 대신하여 다음 식을 적용할 수 있다.

$\frac{P_r}{P_n} + \left(\frac{M_{rx}}{M_{nx}} + \frac{M_{ry}}{M_{ny}}\right) \leq 1$ (4.6-3)

여기서, $P_r$ : 소요축강도, N

$M_{rx}$, $M_{ry}$ : 소요휨강도로 휨해석결과 유효단면의 도심축에 대한 소요휨강도 중 횡좌굴의 경우, $M_{nx}$ 는 소요휨강도 또는 소요휨강도와 $\lambda_c$ 의 함수 ($C_b$ 의 작은 값에 대해)

$P_n$ : 4.4.2에 따라 산정된 공칭축강도, N

$P_{ny}$, $P_{nx}$ 가 동일하다면 소건하에 4.4.2에 따라 산정된 공칭축강도, N

$M_{nx}$, $M_{ny}$ : 4.5에 따라 산정된 도심축에 대한 공칭휨강도 , N·mm

$M_{nx}$, $M_{ny}$ : 모멘트 증폭계수

$C_{mxy} = \frac{M_{max}}{M_1}$ (4.6-4)

$C_{mxy}$ : 휨강도저항계수 = 0.9(보강 또는 부분보강 압축플랜지를 갖는 보 단면의 경우) = 0.85(비보강 압축플랜지를 갖는 보 단면(4.5.2.1)의 경우)

0.85(횡지지가 없는 보(4.5.1.2)의 경우

$\gamma$ : 압축저항계수(= 0.85)

$s_c$ : (4.6-5) $s_s$ :

$A_c$ : 휩축에 대한 비지압 콘단면의 단정모멘트, mm⁴

$s_c$ : 휩 경면내의 실제 비지지길이, mm

$k$ : 휩 경면내의 유효 길이 계수

$l_u$, $l_b$ : 다음 항에 따라 채택되는 계수

① 절점이동(횡이동)을 갖는 골조의 압축부재인 경우

② 절점이동이 구속되고 휩핑면내의 지지점 사이에 횡방향 하중을 받지 않는 골조의 구축 압축부재인 경우

$l_u$ = (4.6-6)

여기서, $A_{cr}$ : 휩핑면내 부재의 비지지 부분 양단에 작용하는 모멘트 중 최소모멘트의 비, $M_{1}/M_{2}$는 부골률일 때 양(+), 단곡률일 때 음(-)이다.

③ 절점이동이 구속되고 지지점 사이에 횡방향 하중을 받는 골조의 압축부재인 경우, $C_m$은 합리적인해석에 의해 결정하여야 한다. 단, 해석을 대신해서 다음 값들을 사용할 수 있다

가. 양단이 구속된 부재의 경우, $C_m = 1.0$

나. 양단이 구속되지 않은 부재의 경우, $C_m = 0.85$

4.7 조립부재와 가새부재

(1) 이 장은 냉간성형강 스테인리스강 조립부재와 가새부재에 관련된 설계규정을 다룬다.

4.7.1 조립 단면

4.7.1.1 두 개의 ㄷ형강으로 조립한 ㅁ형 단면

(1) ㅁ형 단면을 구성하는 두 개의 ㄷ형강을 접합하기 위한 용접 또는 볼트 등의 연결재의 최대 허용 길이방향 간격 $s_{max}$는 다음에 의거하여 결정하여야 한다.

① 압축부재의 경우

$s_{max} = \frac{x_0}{r}$ (4.7-1)

여기서, $r_{mx}$ : 집합부의 길이방향 간격, mm

$s$ : 압축부재의 비지지길이, mm

$s$ : 단부지지와 중간지지 사간에 대하여, 좌굴발생방향과 수직인 축에 대한 휨 단면의 단면2차모멘트, mm

$S_x$ : 해보와 평행한 중심축에 대한 하나의 드럼강의 단면2차모멘트, mm

(2) 집부재의 경우

$r_{mx} = \sqrt{\frac{I}{A}}$ (4.7-2)

단, $r_{mx}$는 $s/1$보다 이하이어야 한다.

여기서, : 보의 경간길이, mm : 집합부의 설계인장강도(4.2) $s$ : 상·하부 플랜지로부터 가장 가까운 집합부 두 웹 사이의 수직거리, mm $s$ : 보에 작용하는 계수하중의 세기(전영모멘트를 다루에 의한다) $I$ : 한 개의 드럼강의 전단중성과 해보 중심 사이의 거리, mm

0 & \infty & x & \infty \\ & & & \\ x & : & 0 & 0 \\ \infty & : & \infty & 0 \\ & : & & 0 \\ \end{matrix}

$x$ : 플랜지 폭, mm

$\infty$ : 드럼강 보 길이, mm

: 보강 립의 길이, mm

$0$ : 드럼강 단면의 두께, mm

: 계수 1.0 (보강 립이 있는 단면의 경우) 영(0) (보강 립이 없는 단면의 경우)

$H$ : 해보에 수직인 중심축에 대한 드럼강 단면 2차모멘트, mm4

계수하중의 세기, $s$는 계수집중하중 또는 반력의 크기를 지칭길이로 나누어 산정한다. 등분포하중을 받는 보의 경우, $s$는 등분포계수하중 세기의 3배 크기로 한다. 집중하중 또는 반력의 지점길이가 웹집간 $s$보다 작을 경우, 하중 또는 반력에 가장 가까운 웹집 또는 집합부 소요강도, $I$는 다음 식에 의하여 산정한다.

$I = \frac{t}{s}$ (4.7-3)

연결부의 최대 소요간격, $r_{mx}$는 연결부에 직접 작용하는 계수하중의 크기에 따라 달라진다. 그래서 보 전체길이에 걸쳐 연결부에 간격이 균일하다면 연결부의 간격은 하중 세기의

최대지진에서 결정하여야 한다. 이 절차에 따라 간격이 파단하거나 간격이 좁은 경우는 다음 방법 중 하나를 사용하여야 한다.

가. 하중세기의 변화에 따라 연결부 간격을 다르게 한다.

나. 집중하중이 발생하는 지점의 플랜지에 보강 커버플레이트를 용접한다. 이 경우, 플레이트를웹지에 합친 연결부의 설계전단강도서 할 사용하고, 는 보충으로 한다.

4.7.1.2 압축요소에서 접합부 간격

(1) 압축 커버플레이트나 관재를 연결하되지 않은 스터프너나 다른 부재에 연결하는 용접 또는 볼트의 육력방향으로의 간격 $l$는 다음 값 이하로 하여야 한다.

① 설계기준의 다른 절에서 규정된 접합부당 설계강도에 기초하여, 피연결재사이의 전단력을 전달하기 위해 필요한 간격

② $\ell = 0.75\sqrt{\frac{E}{f_y}}t$, 단, $t$는 커버플레이트 또는 관재의 두께, $t$는 사용하중에서 커버플레이트 또는 관재의 응력, $f_y$는 압축상태에서 항복세기이다.

③ 접합부내에 가장 폭이 좁은 비보강 압축요소의 평면폭 $b$의 3배

(2) 그러나, ①항 또는 ②항에 의해 더 가까운 간격이 요구되지 않는 접합부 간격은 다음과 같다.

• $\frac{b}{t} \leq 0.45\sqrt{\frac{E}{f_y}}$의 경우, 접합부 간격은 $0.75\sqrt{\frac{E}{f_y}}t$ 이상으로 하여야 한다.

• $\frac{b}{t} > 0.45\sqrt{\frac{E}{f_y}}$의 경우, 접합부 간격은 $0.60\sqrt{\frac{E}{f_y}}t$ 이상으로 하여야 한다.

(3) 하중 방향에 평행한 단속 필릿용접인 경우, 용접간의 순간격과 12.7 mm의 합을 접합부 간격으로 한다. 이외의 경우, 접합부 사이의 중심간 거리를 간격으로 한다.

(4) 외장재로만 작용하고 하중지향 요소로 고려되지 않는 외장관재에는 이 절의 설계요구사항을 적용하지 않는다.

4.7.2 복합 시스템

(1) 다른 재료와 함께 냉간성형강 요소를 사용한 복합구조의 부재설계는 이 기준과 다른 재료의 적용기준에 부합하여야 한다. 두 재료가 접촉된 경우, 책임구조기술자는 가능한 상호작용을 고려하여야 한다.

4.7.3 철거내

(1) 하중을 받는 보나 기둥의 횡방향 힘 또는 비틀림을 구속하고 부착부 지점에 국부 크리플링

4.7.3.1 대칭단면의 보 또는 기둥

(1) 접합부를 포함하여 가새와 가새 시스템은 강도 및 강성요구사항을 고려하여 설계하여야 한다.

4.7.3.2 드형강과 Z형강 보

(1) 웨브 평면상으로 하중을 받는 보로 사용되는 드형강과 Z형강의 비틀림을 구속하기 위한 횡가새는 다음의 경우에만 적용하여야 한다.

① 접합된 플랜지의 횡변형을 효과적으로 구속하는 방법으로서 상부 플랜지가 데크 또는 외장재에 접합되었을 경우

② 상하 플랜지가 뒤 규정과 같이 접합되지 않았을 경우. 즉 상하 플랜지가 뒤 규정과 같이 접합되면 횡가새는 설치하지 않아도 된다.

(2) 한쪽 플랜지가 연결된 가새

① 부착된 외장재로를 지지하기 위해 사용되고 웨브에 평행한 평면으로 하중을 받는 드형강과 Z형강은 외장재로와 볼트 등의 연결재의 구속효과를 고려해서 설계하여야 한다. 외장재에서 전달된 하중에 저항하기 위해 설치된 각 보에 대해 적절한 조치를 취하여야 한다. 이러한 하중은 외장재로부터 충분한 강도와 강성을 가진 부재 또는 조립부재로 전달되어야 한다.

② 가새 설계는 8.3.2.2을 준수하여야 한다. 또한, 횡방향 가새가 있는 보 조립부재는 9장에서 요구하는 실험에 의하여 확인된 시험강도가 공칭강도 이상이 되도록 가새의 종류와 접합부 간격을 검토하여야 한다.

(3) 외강재에 상하 플랜지가 모두 연결되지 않은 가새

① 상하 플랜지의 중간 가새는 소요휨덤 에 저항할 수 있도록 설계하여야 한다. 소요휨덤은 다음에 의거하여 산정한다.

가. 등분포하중의 경우, $= 가새 양측의 \frac{1}{4}$ 거리 이내에서 $'$ 를 곱한 계수하중

나. 집중하중의 경우, $= 가새 양측의 \frac{1}{2}$ 거리 이내에서 $'$ 를 곱한 집중하중

② 가새로부터 $\frac{1}{8}$ 과 $\frac{1}{2}$ 사이의 위치에서는 $' B_{f}:$ 를 곱한 집중하중을 고려하여야 한다.

여기서, $B_f$ : 접촉하중과 가새 사이의 거리, mm
$:$ : 가새 중심선 사이의 거리, mm
$'$ : 1㎬ (드형강의 경우) (4.7-3)

4.7.4 철근량의 결정

여기서 $Z_f$ = 4.7.1.1에 규정된 전단후심과 해브궁열변 사이의 거리, mm
$c$ = 채널 폭, mm
$I_{eff}$ = 해브에 평행한 중심축과 수직인 중심축에 대한 전체 단면의 단면상수이차모멘트, mm⁴
$I$ = 해브에 수직인 중심축에 대한 전체 단면의 단면2차모멘트, mm⁴

(4) 가새는 구조부재와의 부착점에서 국부 클리플링을 방지하도록 설계하여야 한다. 중간가 새 지점과 단부에서 양쪽 플랜지의 횡변위에 대하여 단면을 효과적으로 구속시키는 방법 으로 가새를 설치 및 부착하여야 한다.

(5) 비틀림휨전과 횡이동에 대하여 단면을 효과적으로 구속하는 방법으로 단면에 연결된 부 재를 통해 보의 모든 하중과 반력이 전달되는 경우 6.1.2에 따른 강도를 위해 요구되는 가 새 이외에 추가적인 가새는 설치할 필요가 없다.

4.7.3.3 철가새가 없는 상자형 단면

(1) 주축에 대한 휨을 받는 보로 사용되는 상자형 단면에 대하여 횡 비지지 길이-단면 해브자 이의 거리 비는 $w/b$ 를 초과하지 않아야 한다.

4.8 스테인리스강 시험

(1) 시험은 별도의 공인시험기관 또는 책임기술자의 참여하에 제작업체 실험실에서 실시되 어야 한다.

4.8.1 용접·변형도 관계 결정

(1) 이 기준에서 제시되지 않은 스테인리스강의 경우 공인시험기관에서 KS B 0802에 준하여 시행된 인장강도시험에 따라 파악된 기계적 성질 및 응력-변형도 관계를 설계에 적용할 수 있다.

(2) 단, 상기의 시험으로 결정된 기계적 성질은 실험대상 로트(lot) (25톤 기준)에서 채취한 10 개이상의 인장시험편에 의한 결과의 90% 이상이 만족함을 통계적으로 입증하여야 한다.

4.8.2 구조성능 결정을 위한 시험

(1) 관, 띠형, 냉강 또는 형강(ㄱ형강) 스테인리스강에서 형성된 구조부재의 요소, 조립부재, 접합부, 상세의 구성 또는 형상이 이 기준의 조항에 따라 내력성능 또는 처짐을 산정할 수 없는 경우, 이들의 구조성능은 적절한 구조성능시험을 통해 확인되고 다음 절차에 따라 평가하여야 한다.

① 시험결과의 평가는 4개 이상의 시편시험결과의 평균값을 토대로 한다. 단, 모든 시험결과

의 평균값과 임의의 한 개 시험결과 평균값과 편차가 ±10%를 초과하지 않아야 한다. 이 평균값의 편차가 10%를 초과하는 경우, 3개 이상의 동일한 추가시험을 실시하여야 한다. 시험 완료 후, 모든 시험의 평균값을 수정된 임대의 시험의 예상허중, 로 간주하여야 한다. 모든 시험에 대한 시험하중 대 예상하중 비의 평균값, γ, 과 변동계수, ε를 통계적 분석을 위해 결정하여야 한다.

⑵ 시험된 요소, 조립부재, 접합부, 또는 부재의 내력성능은 식(4.7-1)을 만족하여야 한다.

$\epsilon \geq \phi_r$ (4.8-1)

여기서, $\phi_r$ : 어기준에 따라 결정되는 가장 결정적인 하중조합에 기반한 소요하중 $\Sigma$ : 하중계수 γ : 하중효과 ε : 모든 시험 결과의 평균값 ε : 저항계수

$\epsilon \times \exp(\beta \times V)$ (4.8-2)

$\gamma$ : 재료계수의 평균값(스테인리스강 항복강도와 인장강도의 경우, 1.1) $\gamma$ : 제작계수의 평균값(구조부재와 접합부의 경우, 1.0) $\gamma$ : 4.8.2(1)에서 결정된 시험하중 대 예측하중 비의 평균값 $\beta$ : 목표신뢰지수(구조부재의 경우, 3.0; 접합부의 경우, 4.0) $V$ : 재료계수의 변동계수(스테인리스강 항복강도의 경우, 0.10; 스테인리스강 인장강도의 경우, 0.05) $V$ : 제작계수의 변동계수(구조부재와 볼트 접합부의 경우, 0.05; 용접 접합부의 경우, 0.15) ε : 보정계수

$\epsilon = \frac{\gamma}{\gamma}$ (4.8-3)

$\gamma$ : 4.7.2 (1)에서 결정된 시험하중 대 예상하중 비의 변동계수 $\eta$ : 시험 횟수 γ : 하중효과의 변동계수(= 0.21)

이러한 γ, γ 과 ε의 값들은, 재료물성과 제작에 대한 충분한 정보를 토대로 주어져면 이들 통계자료를 사용할 수 있다. 이 기준에서 규정되지 않은 스테인리스강의 경우, γ과 ε의 값들은 사용재료에 대한 통계분석을 통해 결정하여야 한다.

실제 사용에서 과도한 변형 등에 의해 기능장애가 의문시되는 경우 수용가능한 수준의 변형에서 발휘된 실험강도가 가장 불리한 하중조합에 기반한 소요강도 이상이어야 한다[식(4.8-1)을 만족하여야 한다]. 단, 이 경우에 저항계수 φ는 1.0으로 하고, 고정하중에 대한 하중계수는 1.0으로 할 수 있다.

③ 시험단면의 스테인리스강의 항복강도가 설계기준강도보다 큰 경우, 스테인리스강의 설계기준강도는 제조자가 사용하고자 하는 스테인리스강 설계기준 최소항복강도로 시험결과를 하향 조정하여야 한다. 단, 냉간성형에 따른 제료강도의 증가는 3.4.2에 따라 허용할 수 있다. 그러나 시험재의 항복강도가 설계기준 최소항복강도 미만인 경우, 스테인리스강의 설계기준강도는 시험결과를 상향 조정하여서는 안된다.

인장강도가 구조설계의 결정적인 요소일 때에는, 항복강도 대신에 인장강도에 기반하여 유사한 조정을 하여야 한다. 실제 설계에 사용된 두께와 시험에 사용된 시편두께 사이에 존재할 수 있는 어떠한 변화 또는 차이도 고려하여야 한다.

4.8.3 충단면의 기계적 성질 결정을 위한 시험

(1) 이 기준에서 사용되는 성형된 단면의 기계적 성질을 결정하기 위한 시험은 다음에 의거하여 전체 성형단면에 대하여 실시하여야 한다.

① 인장시험은 KS D 0001 강재의 인사 특치에 준하여 실시하여야 한다. 압축항복강도의 결정은 단주 압축실험의 평균값으로 결정한다.

② 압축항복강도는 단면의 최대압축강도를 단면적으로 나눈 값 또는 0.2% 오프셋 방법으로 결정된 응력 중 시험에서 먼저 도달한 값(작은 값)으로 한다.

③ 부재가 사용상태에서 받는 하중의 주된 효과가 휨응력을 발생하는 경우, 항복강도는 인장으로 결정되는 항복강도와 압축으로 결정되는 항복강도 중에서 최소값으로 한다. 플랜지 단면의 항복강도는 단면에서 칼라빈 시편에 대한 인장시험과 압축시험을 실시하여 결정하여야 한다. 이러한 각 시편은 하나의 플랜지 전체와 웨브의 일부분으로 구성하여야 한다. 단, 평판 폭비 b/t는 1.0이 되도록 한다.

④ 팬리 목적상 27톤 이상, 45톤 이하의 로트당 두 개의 전단면 시험을 실시하거나, 27톤 이하 로트당 한 개의 전단면 시험을 실시하여야 한다. 여기서 로트라 함은 동일한 원자재 더미의 제료로 단일생산라인에서 성형된 한 단면의 그룹이다.

⑤ 제조업자 선택사항으로서 부재가 사용되는 응력조건의 항복점을 신뢰성 있게 예측할 수 있는 충분한 실험근거를 제조업자가 제공할 수 있는 경우, 이러한 인장 또는 압축시험결과를 성능인증과 품질관리에 사용할 수 있다.

집필위원

성 명	소 속	성 명	소 속
김태수	한양대학교	이준덕	중앙대학교
김성운	영산대학교	이철웅	서울대학교
김희동	인하공업전문대학	유정한	서울과학기술대학교
양재근	인하대학교	최인락	호서대학교
이강민	충남대학교	박종선	상명대학교
이경구	단국대학교	최병호	한밭대학교

자문위원

성 명	소 속	성 명	소 속
김덕재	중앙대학교(명예교수)	박대업	오타컨엔지니어링
김규석	동국대학교(명예교수)	김승원	뉴테크구조
최문식	단국대학교(명예교수)	채홍석	세진구조안전
박영석	명지대학교	황보석	이에스건축구조엔지니어링
배두병	국민대학교	최선규	선영구조
신경재	경북대학교	여원민	㈜토문건축사사무소
최준식	단구조

국가건설기준센터 및 건설기준위원회

성 명	소 속	성 명	소 속
김우준	한국건설기술연구원	오상근	서울과학기술대학교
구재동	한국건설기술연구원	김갑득	㈜포스코
김기현	한국건설기술연구원	김재식	한국자산관리공사
김태승	한국건설기술연구원	김태진	타이어구조기술사사무소
박종섭	한국건설기술연구원	김은주	㈜세광엔지니어링
류상훈	한국건설기술연구원	신성수	한국기술사회
안준혁	한국건설기술연구원	신승섭	㈜우진도장건설
원훈일	한국건설기술연구원	신연철	서울주택도시공사
이상규	한국건설기술연구원	오명호	목포대학교
이동찬	한국건설기술연구원	유정섭	㈜나우동인건축사
이여경	한국건설기술연구원	이광법	서울고등법원
이용수	한국건설기술연구원	이은택	중앙대학교
주영정	한국건설기술연구원	이인영	㈜오푸스평구조기술사사무소
최봉혁	한국건설기술연구원	이철호	서울대학교
허원호	한국건설기술연구원	최병정	창기대학교

중앙건설기술심의위원회

성 명	소 속	성 명	소 속
김성수	대진대학교	박완신	충남대학교
김성훈	국토안전관리원	유정한	서울과학기술대학교
김태진	티이아이구조기술사사무소	한동욱	남서울대학교

국토교통부

성 명	소 속	성 명	소 속
김연희	국토교통부 건축안전과	조윤빈	국토교통부 건축안전과
이지형	국토교통부 건축안전과

KDS 41 30 40 : 2022

냉간성형 스테인리스강 설계기준

2022년 10월 11일 제정

소관부서 국토교통부 건축안전과

관련단체 대한건축학회
06687 서울특별시 서초구 효령로 87(방배동 917-9)
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