철근콘크리트 레포트 - 철근콘크리트구조기준(KDS 14 20 10)에 명시된 하중조합을 정리하고, 각 하중의 의미를

I. 서론

구조계산 연습에서 고정하중과 활하중을 각각 구한 뒤 더하면 끝이라고 생각한 적이 있다. 그런데 풍하중과 지진하중을 배우기 시작하자 같은 건물도 어느 하중이 크게 작용하는지에 따라 가장 위험한 상태가 달라졌다. 평소에는 자중과 사용하중이 지배할 수 있지만 강풍이 불면 수평력과 전도에 대한 검토가 중요해지고, 지진 때에는 평상시와 다른 방향의 관성력이 생긴다. 지하구조물은 토압과 수압까지 함께 봐야 한다. 하중을 하나씩 정확히 계산해도 불리한 조합을 놓치면 안전한 설계가 되지 않는다.

KDS 14 20 10은 콘크리트구조의 해석과 설계 원칙을 규정하며 4.2.2에서 철근콘크리트 구조물의 소요강도를 구하기 위한 하중계수와 하중조합을 제시한다. 핵심은 8개 식 중 편한 식 하나를 고르는 것이 아니라 해당 구조물에 적용되는 조합을 모두 검토하고 가장 큰 소요강도를 만족시키는 데 있다. 하중계수는 하중의 변동과 불확실성, 여러 하중이 함께 최대가 될 가능성, 구조물에 유리하거나 불리하게 작용하는 방향을 설계에 반영하는 장치다. 식을 외우기보다 각 기호가 실제 구조물에서 어떤 힘을 뜻하는지 연결해서 읽어야 실무 계산에서 실수를 줄일 수 있다.

II. 본론

1) 한 가지 하중값으로 설계하지 않는 이유

철근콘크리트 부재의 강도설계에서는 구조물에 실제로 작용할 것으로 보는 사용하중을 그대로 더하지 않고 하중계수를 곱한 계수하중으로 소요강도를 구한다. KDS 14 20 10의 U는 계수하중 또는 계수하중으로 생기는 단면력 가운데 부재 단면이 저항해야 하는 소요강도를 뜻한다. 설계자는 보의 휨모멘트, 기둥의 축력, 벽체의 전단력처럼 필요한 단면력에 각 조합을 적용하고 그중 불리한 값을 찾아 설계강도가 소요강도 이상이 되도록 해야 한다.

여러 하중이 각각 최대가 되는 순간이 늘 겹치는 것도 아니다. 눈이 가장 많이 쌓인 순간에 건물 내부 활하중과 강풍도 각각 최대치일 가능성은 낮다. 그래서 식에는 주된 가변하중에는 큰 계수를 적용하고 함께 나타날 수 있는 다른 가변하중에는 0.5 같은 낮은 계수를 적용하는 조합이 있다. 반대로 풍하중이나 지진하중이 구조물을 들거나 뒤집는 방향으로 작용할 때 자중은 저항 쪽에 기여할 수 있다. 이런 경우 D를 1.2로 크게 잡는 대신 0.9D로 낮춰 자중의 유리한 효과를 과대평가하지 않는다.

구조해석 프로그램을 쓰면 수십 개 조합을 자동으로 만들 수 있지만 입력식의 뜻을 모르면 오류를 찾기 어렵다. 수업에서 하중조합을 입력하면서 0.9D 조합을 빠뜨린 적이 있었는데 계산 결과의 부재력이 더 작게 나와 처음에는 좋아 보였다. 교수님이 "풍이 구조물을 들어 올릴 때 자중을 왜 1.2배 믿느냐"고 묻고서야 조합의 의미를 생각했다. 숫자가 많이 출력된다고 검토가 끝난 것은 아니다. 어떤 하중이 어느 방향에서 불리하게 작용하는지 사람이 확인해야 한다.

2) KDS 14 20 10의 8개 소요강도 조합