[철근콘크리트와 강구조] 제 6장. 기둥(서론 및 제한사항/기둥의 설계)#1

 1. 서론 및 제한사항

  (1)기둥의 정의

   :축방향 압축을 받는 부재를 압축부재(Compression member) 또는 기둥(Column)이라 한다. 구조기준에서는 높이가 단면최소치수의 3배 이상인 압축부재를 기둥이라고 한다.

 

  (2)기둥의 종류

   1)띠철근 기둥(Tied column): 사각형 단면에 주로 쓰이며, 축방향 철근을 적당한 간격의 띠철근으로 감은 기둥이다.

   2)나선철근 기둥(Spiral cloumn): 원형단면에 주로 쓰이며, 축방향 철근을 연속된 나선철근으로 둘러싼 기둥이다.

   3)합성 기둥: 구조용 강재나 강관 또는 튜브를 축방향으로 배치한 압축부재를 말하며, 이때 축방향 철근은 사용할 수도 있고, 사용하지 않을 수도 있다.

   ※좌굴방지, 위치고정, 전단보강, 피복유지

  (3)띠철근 기둥의 제한사항

   1)축방향 부재의 주철근의 최소 개수는 직사각형이나 원형 띠철근 내부의 철근의 경우 4개, 삼각형 띠철근 내부의 철근의 경우 3개로 하여야 한다.

   2)축방향 철근의 철근비는 총 단면적의 1~8% 라야 한다.

   3)축방향 철근의 순간격은 40mm 이상. 철근 공칭지름의 1.5배 이상. 굵은 공재 최대치수의 4/3배 이상이어야 한다.

   4)띠철근의 직경은 D32 이하의 축방향 철근은 D10이상, D35 이상의 축방향 철근과 다발철근은 D13 이상의 띠철근으로 둘러싸야 한다.

   5)띠철근의 수직간격은 축방향 철근 지름의 16배 이하, 띠철근이나 철선지름의 48배 이하, 기둥 단면의 최소 이하이어야 한다. (3개 중 작은 것)

 

  (4)나선철근 기둥의 제한사항

   1)축방향 철근의 최소 개수는 6개 이상이어야 한다.

   2)철근비는 1~8%라야 한다.

   3)축방향 철근의 간격은40mm 이상,철근지름의 1.5배 이상,굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상이어야 한다.

   4)현장치기콘크리트 공사에서는 나선철근의 지름이 10mm 이상이어야 한다.

   5)나선철근의 순간격은 75mm 이하,25mm 이상이어야 한다.

   6)나선철근비 로우s는 보통 철근비와는 달리 체적비로 정의되고 다음 값 이상이라야 된다.

    (fyt: 나선철근의 설계기준항복강도(700MPa 이하), Ag: 기둥의 총 단면적(mm^2), Ach: 나선철근 외곽으로 둘러싸인 단면적)

   7)나선철근 기둥에 사용하는 콘크리트의 설계기준강도는 21MPa 이상이어야 한다.

   8)나선철근의 정착길이는 나선철근 끝에서 1.5회전 이상 연장되어야 한다.

   9)나선철근의 이음: 겹침이음, 용접이음, 기계적이음

    ①이형철근 및 이형철선: 48db이상(유리하니깐)

    ②원형철근 및 원형철선: 72db이상(불리하니깐)

    ③에폭시도막 이형철근 및 철선: 72db이상

    ④표준갈고리를 가지는 비도막 원형철근 및 철선: 48db이상

    ⑤표준갈고리를 가지는 에폭시 도막 이형철근 및 철선: 48db이상

   10)나선철근은 확대기초판 또는 슬래브의 상면에서 그 위에 지지된 부재의 최하단 수평철근까지 연장되어야 한다.

 

 2. 기둥의 설계

  (1)유효길이계수(k)

   1)횡방향 상대 변위의 유무에 따른 유효길이계수

    ·횡구속골조의 유효길이계수는 구속도에 따라 0.5~1사이에 있으나 유효길이계수는 k=1.0으로 사용할 수 있다.

    ·비횡구속골조의 경우 유효길이계수는 k>1이다.

지지 조건	1단 고정, 타단 자유	양단 힌지	1단 고정 타단 힌지	양단 고정
유효 길이계수 (k)	2	1	0.7	0.5
강도계수 n=1/k^2	1/4	1	2	4

 

  (2)장주와 단주의 판별

   : 단주는 유효세장비 klu/r이 다음과 같을 때이다.

    1)횡구속 골조의 압축부재: klu/r이 다음과 같은 때

   2)비횡구속골조의 압축부재:

     ·r=회전 반지름(=root(I/A))

    ·직사각형 압축부재: r=0.3t(t는 단면의 짧은 변의 길이)

    ·원형 압축부재: r=0.25t(t는 단면의 지름))

 

  (3)축하중과 모멘트 상관도(P-M 상관도): 기둥단면은 대부분 축하중(P)과 편심(e)에 의한 휨모멘트를 동시에 받게 되는 경우가 많다. 이런 경우 기둥의 강도는 축하중만 작용할 때보다 작아진다. 이때 축하중(Pn)과 편심에 의한 모멘트(Mn)의 관계를 나타낸 것이 P-M상관도이다. 둘의 관계는 M=Pe로 정의된다.

   1)균형파괴(e=eb이면 P=Pb로 된다.)

    : C점과 같이 콘크리트가 극한변형률(ec=0.003)에 도달함과 동시에 인장철근도 항복변형률(ey=fy*Es)에 도달하는 상태를 균형파괴라 한다. 이때의 축하중을 균형축하중(Pb), 편심을 균형편심(eb), 모멘트를 균형모멘트(Mb)라 한다.

   2)압축파괴(e<eb이면, Pu>Pb로 된다.)

    :A점에서 C점 사이는 e가 eb보다 작아서 모멘트의 영향을 비교적 작게 받아 압축파괴가 일어난다.

   3)인장파괴(e>eb이면, Pu<Pb로 된다.)

    :C점에서 D점 사이는 e가 eb보다 크므로 모멘트의 영향을 많이 받아 인장파괴가 일어난다.

 

   (4)단주의 설계

    1)중심축하중을 받는 경우

    (여기서, : Ag기둥의 전체 단면적, Ast: 축방향 철근의 전체 단면적, Ac: 콘크리트의 단면적(Ac=Ag-Ast))

    ·나선철근 기둥일 경우 , 알파=0.85, 파이=0.70

    ·띠철근 기둥일 경우 , 알파=0.80, 파이=0.65

   2)압축력과 휨을 받는 경우(편심을 많이 받는 경우)

    ·균형변형률 상태에서 압축철근이 항복할 경우에 대하여 고려하면 평형조건 시그마V=0에서

    여기서,