5장 압축재(Columns) 1. Introduction-Combined axial load and bending 2. Short columns 3. Slender columns

5장 압축재(Columns)

1. Introduction-Combined axial load and bending

2. Short columns 3. Slender columns

단순하게 압축력만 지지하는 압축재는 거의 없음, 대부분의 기둥이 편심 또는 작용 모멘트에 의해 휨-압축 상태

Capacity of Compression Member : P-M interaction

Interaction Diagram for Elastic Material

max

P P

max

P P

max M M max

M M

max

P P

max

P P

max MM max

MM Compression

Tension

Clockwise Moment Conter-clockwise

Moment

max

P P

max

P P

max M M max

M M

1.0 1.0

-1.0

-1.0

Axial Load Capacity

 

0

0.85

P  f A  A  f A

A

= Gross Area = b×h A

= area of long steel f

= concrete compressive strength

f

= steel yield strength

n

0.80

P

 P P

 0.85 P

Axial Load Capacity

From Reinforce Concrete, Park

[0.85] : Factor due to less than ideal consolidation and curing conditions for column as compared to a cylinder. It is not related to Whitney’sstress block.

 

ck g st y st

0.80(0.85 ) (tie)

P

 f A  A  f A

[0.80] : Factor to consider unexpected eccentric loading

(1) 기둥 단면의 최소 치수

・ 최소 치수 : 20cm 이상

・ 최소 단면적 : 600cm²이상

(2) 유효단면적

・ 나선철근 기둥의 유효단면: 나선철근 바깥경계에 피복두께를 더한 단면

・ 벽과 함께 타설된 기둥의 유효단면:

나선철근이나 띠철근의 외측에서 4cm를 넘지 않는 외연단으로 이루어진 단면

・ 정방형, 정8각형 또는 그 외의 형상의 기둥의 유효단면:

최소 치수에 해당하는 지름을 가진 원형단면 (등가원형 기둥)  원형기둥 설계에 준함

・ 기둥 단면적의 제한:

하중을 지지하는 데 필요한 단면보다 큰 단면의 기둥의 경우 전 단면적의½

이상의 범위에서 감소된 유효단면적을 최소철근비 및 설계강도 산정에 사용

기둥단면

축방향 철근(주근)

• 최소 철근비 : 1% 이상

why : 발생가능한 휨에 대한 저항, 크리프와 건조수축에 의한 영향 감소

• 최대 철근비 :

• 철근 지름 :

• 최소 갯수 :

1) 직사각형 또는 원형 띠철근 기둥 → 4개 이상 2) 3각형 띠철근 기둥 → 3개 이상

3) 나선철근 기둥 → 6개 이상

축방향 철근 및 횡보강 철근

요점정리

콘크리트구조기준(KCI2012)

From Reinforce Concrete, Park

Difference?

[ Confinement ]

▣ 횡보강 철근의 역할

1) 주근 위치 고정 2) 주근의 좌굴 억제 3) 콘크리트 구속

횡보강 철근

※ 역할 : 1) 주근 위치 고정, 2) 주근의 좌굴 억제, 3) 콘크리트 구속

구속 콘크리트

띠철근

나선철근

σ_sp σ_sp

구속 콘크리트

σ₁ σ₁ σ2

σ2

σ₂

σ3

σ3

띠철근에 의한 기둥 콘크리트 구속

나선철근에 의한 기둥 콘크리트 구속

Spiral

sp

sp



1





3

1

[

띠철근에 의한 기둥 콘크리트 구속

나선철근에 의한 기둥 콘크리트 구속

띠철근

횡보강 철근

※ 역할 : 1) 주근 위치 고정, 2) 주근의 좌굴 억제, 3) 콘크리트 구속

기둥 콘크리트의 구속

Axial Load Capacity

fl

s

spy

A f

fl

spy

A f ds

2A f_{sp y}  f d s_{ s} 2 _l 2 ^{y sp}

s

f f A

  d s [ 띠철근에 의한 심부 콘크리트 구속 응력 ]

0 1

cc c e

f  f k f_

(Equivalent lateral pressure) fe

(average / uniform pressure) f_

s y

A f A fs y

2

f_ek f_

2

0.26 b b^{c c} 1 1.0

k  s s f 

 

[ 구속 응력에 의한 심부 콘크리트 강도 증진 ]

하중

축방향 압축변형률 띠기둥

나선기둥 피복박리

2차 최대하중

Axial Load

나선철근 항복

▣띠철근 설계 (콘크리트구조기준 5.5.2(3))

・ D32 이하의 종방향 철근 : D10 이상의 띠철근 사용

D35 이상의 종방향 철근과 철근다발 : D13 이상의 띠철근 사용

・ 띠철근 수직간격: 종방향 철근지름의 16배 이하 띠철근 지름의 48배 이하 기둥단면의 최소치수 이하

・ 모서리의 종방향 철근과 하나 건너 있는 종방향 철근은 135도 이하로 구부린 띠철근의 모서리에 의해 횡지지되도록 배치

종방향 철근의 순간격 150mm 이하

・ 첫 번째 띠철근 간격은 다른 띠철근 간격의 ½

・ 피복두께 4cm 이상, 콘크리트의 설계기준강도가 40MPa 이상이면 3cm 이상

횡보강 철근(띠철근) 정리

겹침 갈고리

피복 4cm

피복두께 : 4cm 이상 (fck≥400kgf/cm²이면 3cm 이상)

• 나선철근의 최소철근비(체적비) :

여기서,l_sp: 나선철근 1회전의 길이 (=πd_c), A_sp: 나선철근의 단면적 A_c: 나선기둥의 핵단면적 (=πd_c²/4), s : 나선철근의 간격

∵ (피복 콘크리트 박리 전의 최대 축력) ＝ (핵콘크리트만의 최대 축력)

• 나선철근의 순간격 : 2.5cm 이상, 7.5cm 이하

• 정착 : 기둥 단부에서 1.5회 이상의 여분 길이

• 이음 : 지름의 48배 이상, 30cm 이상의 겹침이음 또는 용접이음

• 지름 : 9mm 이상

요점정리

횡보강 철근(나선철근) 정리

Design Parameters

KCI-2003 KCI-2007 & 2012

Design of Columns using Interaction Diagram