설계방법과 안전성 구조설계 안전성

설계방법과 안전성

설계방법

• 허용응력 설계법
• 강도설계법
• 한계상태설계법

구조물의 안전성

구조설계란?

구조설계

건물의 골조 즉, 뼈대를 만드는 작업으로써, 건축 설계를 바탕으로 건축물(구조물)이 그 용도와 기능을 수행하기 위해 안전하고 경계적인 측면을 고려하여 구조 시스템 설정, 단면의 설정 및 구조계산을 하는 과정

구조설계의 기본개념

• 안전성 : 각종 하중에 대해 저항성을 유지할 수 있도록 구조부재의 적절한 배치계획 및 기초형식 결정
• 사용성 : 입주자의 쾌적한 활동과 공간의 활동이 되도록 구조부재의 형상 및 배치와 단면크기 결정
• 시공성 : 구조부재의 단순화 및 모듈화를 통한 현장작업의 최소화 노력
• 경제성 : 건축물별 최적의 구조시스템을 도입하여 공사비 절감에 기여
• 최적기술 및 공법 : 건축물이 시공되는 시기에 개발된 신기술 및 신공업에 대한 검토를 통해 해당건축물의 높은 시공품질을 확보

 

 

 

 

구조설계의 순서

하중 및 부재응력의 검토, 부재의 적합성 검토, 구조해석시 단순화, 모델화 작업의 검토

구조재의 처침, 균열, 진동,피로, 내화, 내구성 등 구조거동의 종합적인 검토

• 일반구조물 : 건축법시행령의 건축물 용도분류에 의한 숙박시설, 근린생활 시설, 종교시설, 의료/교육연구/체육시설, 업무/판매/위락시설,관람집회/전시시설, 공장/창고/위험물저장 및 처리/운수시설,교정/군사/방송 통신시설, 묘지관련/장례시설, 관광휴게/청소년 수련시설 등의 구조물에 대한 구조설계를 수행하는 작업
• 대공간구조물 : 장스팬의 철골 구조물과 철골조 공장 및 창고에 대한 구조설계 100~200mx100m 정도의 무주공간 시설물인 격납고 인장 ROD로 지지되는 대공간구조물 등의 구조설계를 수행하는 작업
• 초고층구조물 : 40층 이상 (높이 100m 이상)의 구조물로서 중력하중보다는 지진하중, 풍하중 등 횡력하중에 대한 저항 시스템의 계획 및 설계가 중요함. 주상복합시설, 초고층오피스설, 100m 이상의 굴뚝, 철탑구조물 등

 

설게방법

구조물의 설계법 개요

외부에서 가해지는 하중에 충분히 견딜 수 있도록 구조물의 형태, 단면, 치수 및 철근의 배근량 등을 결정하는 것이 설계이다.

설계는 일반적으로 구조해석과 단면계산의 순서로 진행

• 허용응력 설계법(Allowable stress design, service load design)
• 1960년대 이전
• 강도설계법 : 철근콘크리트
• 1960년 초반부터 설계법 채택
• 한계상태 설계법 강구조
• 1970년 초 등장

휨 거동과 설계하중 단계

 

 

 

 

허용응력설계법

허용응력설계법은 사용하중 하에서 재료(콘크리트, 철근)의 응력이 허용응력이라고 불리는 응력범위 내에서 들도록 설계

기본가정

• 변형은 중립축으로부터 거리에 비례한다.
• 콘크리트 및 철근 모두 탄성계수로 하나의 정해진 값을 각각 사용한다.
• 콘크리트의 휨인장 응력은 무시한다.
• 구조재료의 변형이 응력에 비례한다는 탄성이론에 근거하여, 부재응력이 허용 응력도를 넘지 않도록 하는 설계법.
• 탄성설계는 강재설계의 근간을 이루고 있으며 안정성에서는 신뢰성이 높다.
• 구조체의 각 부재와 형태에 대하여 균일한 과하중 지지능력을 반영시키지 못해 경제적이지 못하다.

 

한계상태 설계법

한계상태 설계법은 구조물의 기능 또는 안전성을 지배하는 한계상태를 넘지 않도록 설계.

한계상태의 구분

• 극한(파괴) 한계상태 : 구조물 또는 부재가 파괴에 가까운 상태로 되어 기능을 상실한 상태(강도한계상태)
• 사용 한계상태 : 처침 균열, 진동 등이 과대하게 일어나서 정상적인 사용이 불가한 상태
• 피로 한계상태 : 피로파괴를 일으킨 상태

한계상태의 설계법의 현황

• 부재마다 서로 다른 부분 안전계수를 도입하여 모든 부재가 동일한 파괴확률을 갖도록 한 것
• 영국, 캐나다 등 : 한계상태 설계법
• 미국 : 하중저항 계수 설계법