9급 공무원 토목설계/철근의 정착과 이음

부착

부착응력 검토해야 하는 철근은 인장철근
콘크리트 압축강도와 부착강도는 비례.(정착길이 공식 떠올려볼 것) 블리딩 많으면 부착강도 감소
수평철근 부착강도가 연직철근보다 더 작음. 수막때문.
피복두께가 크면 부착 좋음. 피복두께는 적어도 철근 지름 이상이어야 함.
작은 지름 철근을 여러 개 써서 부착면적을 크게 하는 게 부착에 유리.(정착길이 공식 떠올려볼 것)
철근 간격 좁으면 부착에 불리. 넓어야 유리

예컨대 인장철근 기본정착길이 식을 보면

$l_{d b} = \frac{0.6 d_{b} f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}} \propto \frac{1}{부 착 강 도}$

정착

갈고리는 압축 저항에 효과가 없다.
압축철근 정착길이는 인장철근 정착 길이보다 짧다.
보정계수는 둘 이상이 적용될 수 있는 경우는 모든 값을 곱해준다.
압축철근이 아니라 인장철근은 구부려서 복부를 지나 정착하거나, 부재 반대측에 있는 철근쪽으로 연속해서 정착시켜야 한다.

단순부재에서 정철근의 1/3 이상, 연속부재에서 정철근의 1/4 이상 부재의 같은 면을 받침부까지 연장해야 함. 보의 경우 받침부 내 150mm 이상 연장.
받침부에서 부철근의 1/3이상을 12d_b, d, 순경간의 1/16 이상을 변곡점을 지나 연장.
단순받침부, 변곡점 정모멘트 철근은 인장 이형철근 및 이형철선 정착에 따라 계산된 정착길이 $l_{d} \leq \frac{M_{n}}{V_{u}}$ (MV. 분모분자 비슷한 애들끼리 있다)이도록 철근 지름 제한해야 함.
단순보 받침부와 같이 철근 끝이 압축반력으로 눌려 구속을 받는 경우 $l_{d} \leq 1.3 \frac{M_{n}}{V_{u}}$ 이도록 철근 지름 제한해야 함.

위험단면

휨부재 철근 정착 위험단면

경간 내 최대응력점
인장철근이 끝난 점
인장철근 절곡점

정착길이

$L = \frac{f_{y} \cdot D}{4 U_{n}}$

U_n : 철근과 콘크리트의 평균 부착력

♣♣♣

요약정리
철근 유형	인장 이형 철근	압축 이형 철근	표준갈고리를 갖는 인장 이형철근	확대머리 이형철근
기본 정착길이	$l_{d b} = \frac{0.6 d_{b} f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}}$	$l_{d b} = \frac{0.25 d_{b} f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}} \geq 0.043 d_{b} f_{y}$ $(f_{c k} ≑ 36 M P a)$	$l_{h b} = \frac{0.24 β d_{b} f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}}$	$l_{d t} = \frac{0.19 β d_{b} f_{y}}{\sqrt{f_{c k}}}$
실제(소요) 정착 길이	$l_{d} = l_{d b} \times 보 정 계 수$
최소 정착길이	≥ 300mm	≥ 200mm	≥ 8d_b, 150mm	≥ 8d_b, 150mm

기본정착길이 계산에서 $\sqrt{f_{c k}} \leq 8.4 M P a$ . 즉 $f_{c k} > 70 M P a$ 인 경우 더이상 정착길이를 감소시키지 않는다.

최소조건 깜빡하지 말기!!! 압축이형철근에서 0.043들어가는 식, 모든 유형 철근에 대해 최종적으로 하는 기본정착길이 최소값 조건!!! 다 써놓고 계산하자. 깜빡하니까
표준갈고리 정착길이 : 위험단면에서 갈고리 외측 단부까지 거리(위험단면과 갈고리 시작점 사이 직선 묻힘 길이 + 구부림 내면 반지름 + 철근 지름)

인장이형철근 최소 정착길이 보정계수

철근 위치계수 α

상부철근인 경우 1.3
그 외 1.0

철근 도막계수 β

피복두께 3d_b미만 또는 순간격 6d_b미만인 에폭시 도막철근 또는 철선: 1.5
기타 에폭시 도막철근 또는 철선: 1.2
아연도금 철근, 도막되지 않은 철근: 1.0

αβ가 동시에 쓰이는 경우

에폭시 도막철근이 상부철근인 경우 αβ ≤ 1.7

조건	D19 이하 철근 또는 이형철선	D22 이상 철근
철근 순간격, 피복두께 모두 $\geq d_{b}$ 정착길이 구간에 구조기준에 따른 최소철근량 이상의 스터럽 또는 띠철근 배근	0.8αβ	1.0αβ
철근 순간격 $\geq 2 d_{b}$ 피복두께 $\geq d_{b}$	0.8αβ	1.0αβ
기타	1.2αβ	1.5αβ

압축이형철근의 최소 정착길이 보정계수

$\frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}$ : 휨부재에 배치되는 철근이 구조적인 해석에 의해 필요한 소요 철근량보다 많은 경우 $\frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}$ 를 곱하여 정착길이를 줄일 수 있다.
나선철근 또는 띠철근으로 둘러싸인 경우 ×0.75 (다음 두 조건 중 하나를 만족해야 함)
- 지름 ≥6mm, 나선간격 ≤100mm인 나선철근이 사용된 경우
- 중심간격 ≤100mm로 띠철근 요구조건에 따라 배근된 D13 띠철근으로 둘러싸인 경우

표준갈고리 최소 정착길이 보정계수

β: 인장이형철근 최소 정착길이 계산 시 사용하는 철근 도막계수 β와 동일
D35 이하 철근에 대해, 피복두께에 대한 계수 0.7 적용조건(둘 중 하나 만족 시)
- 갈고리 측면 피복두께 70mm 이상
- 90도 갈고리인 경우 갈고리에서 콘크리트 긴 방향 끝까지 피복두께 50mm 이상
D35 이하 철근에 대해, 띠철근, 스터럽에 대한 계수 0.8 적용조건
- 90도 혹은 180도 갈고리가 포함된 l_dh 구간에 3d_b 이하 간격으로 띠철근 또는 스터럽으로 둘러싼 경우이면서, 띠철근 또는 스터럽이 갈고리 구부러진 부분을 2d_b 거리 이내에서 둘러싸야 적용가능
- f_y > 550MPa인 경우 0.8 계수 적용 불가
$\frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}$ : 휨부재에 배치되는 철근이 구조적인 해석에 의해 필요한 소요 철근량보다 많은 경우 $\frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}$ 를 곱하여 정착길이를 줄일 수 있다.

다발철근의 최소 정착길이

다발철근 정착길이는 철근 하나를 쓸 때의 정착길이 l_d에 비해 증가시켜야 한다.

두 개 다발철근 정착길이 = 1.00×l_d
세 개 다발철근 정착길이 = 1.20×l_d
네 개 다발철근 정착길이 = 1.33×l_d

확대머리 이형철근 최소 정착길이

확대머리 이형철근 최소 정착길이를 구하는 식을 적용하기 위해선 다음 조건을 만족해야 한다.

d_b ≤ 35mm
철근 설계기준항복강도 ≤ 400MPa
콘크리트 설계기준압축강도 ≤ 40MPa
경량 콘크리트에 적용 불가. 보통중량콘크리트에 적용

인장 용접철망 정착 보정

철망계수
소요철근량 이상 사용 시 $\times \frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}$
인장용접이형철망 정착길이 ≥200mm
인장용접원형철망 정착길이 ≥150mm

표준갈고리

180도 표준갈고리
135도 표준갈고리
90도 표준갈고리

주철근 표준갈고리
- 180도 표준갈고리는 4d_b, 60mm 이상 연장
- 90도 표준갈고리는 12d_b 이상 연장
스터럽, 띠철근 표준갈고리
- 90도 표준갈고리, D16 이하 철근: 6d_b 이상 연장
- 90도 표준갈고리, D19, D22, D25 철근: 12d_b 이상 연장
- 135도 표준갈고리, D25 이하 철근: 6d_b 이상 연장

표준갈고리 최소 내면반지름

주철근

D10 ~ D25 : 3d_b
D29 ~ D35 : 4d_b
D38 이상 : 5d_b

띠철근, 스터럽

D16 이하(표준갈고리 연장길이를 떠올릴 것) : 2d_b
D19 이상 : 주철근과 동일

철근 겹침 이음

휨부재 겹침이음 시 두 철근이 직접 닿지 않게 겹침이음할수도 있는데 이때 두 철근이, 소요 겹침이음 길이 l_s의 1/5 또는 150mm 중 작은값 이상 떨어지면 안 된다.
D35를 초과하는 철근은 겹침이음을 할 수 없다.^[1] 다만 D41, D51 철근은 D35 이하 철근과 겹침이음 가능^[2]
서로 다른 크기 철근을 압축부에서 겹침이음하는 경우, 이음길이는 크기가 큰 철근의 정착길이와 크기가 작은 철근의 겹침이음길이 중 큰 값 이상.

겹침이음 등급

겹침이음 등급은 A, B로 나누며, 기준은 다음과 같다.

A급: $\frac{배 근 A_{s}}{소 요 A_{s}} \geq 2, \frac{겹 침 이 음 A_{s}}{전 체 A_{s}} \leq \frac{1}{2}$ 인 경우
B급: $\frac{배 근 A_{s}}{소 요 A_{s}} < 2, \frac{겹 침 이 음 A_{s}}{전 체 A_{s}} > \frac{1}{2}$ 인 경우

인장철근 최소 겹침이음 길이

인장철근 최소 겹침이음 길이 l_s는 300mm 이상이어야 하며, A, B급 겹침이음으로 구분한다. A급이 더 적게 겹쳐서 철근을 잇는다.

A급: $l_{s} = 1.0 l_{d}$
B급: $l_{s} = 1.3 l_{d}$

l_d: 인장 이형철근 정착길이. 최소 인장이형철근 정착길이 300mm 규정, 철근 보정량 계수

\frac{소 요 A_{s}}{배 근 A_{s}}

를 사용하지 않은 값^[3]^[4]^[5]

압축철근 최소 겹침이음 길이

압축철근 최소 겹침이음 길이 l_s는 300mm 이상이어야 한다. 콘크리트 설계기준압축강도 < 21MPa인 경우 겹침이음길이를 1/3 증가시켜야 한다.

$f_{y} \leq 400 M P a :$

$l_{s} = (\frac{1.4 f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}} - 52) d_{b} \leq 0.072 f_{y} d_{b}$

$f_{y} > 400 M P a :$

$l_{s} = (\frac{1.4 f_{y}}{λ \sqrt{f_{c k}}} - 52) d_{b} \leq (0.13 f_{y} - 24) d_{b}$

부호 모두 - 임.

철근 절단

♣♣♣

다음 중 적어도 한 조건 만족 시 인장부 철근 절단 가능.(한 단면에서 전체 철근량의 50% 초과하여 절단은 불가)

끊는 점의 전단력이 복부 철근의 전단강도를 포함하여 허용강도의 2/3이하인 경우 $(V_{u} \leq \frac{2}{3} ϕ V_{n})$ 일 때
전단과 비틀림에 필요한 양 이상의 스터럽이 끊는 점에서 부재 유효 깊이 d의 3/4구간에 촘촘히 배치된 경우
- $A_{v} \geq 0.42 \frac{b_{w} s}{f_{y}}$
- 보강된 스터럽 간격 $s \leq \frac{d}{8 β_{b}}$ 이어야 함.
- β_b : 전체 인장철근량에 대한 절단된 철근량의 비
D35 이하 철근에 대해서 연장된 철근량이 끊는 점에서의 휨에 필요한 철근 단면적의 2배가 되고 전단력이 허용강도의 3/4 이하 $(V_{u} \leq \frac{3}{4} ϕ V_{n})$ 인 경우.

각주

↑ KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.1 이음 일반
↑ KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.3 압축 이형철근의 이음
↑ KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.2 인장 이형철근 및 이형철선의 이음
↑ 윤영수. 《철근콘크리트 역학 및 설계》 3판. 씨아이알. 323쪽.
↑ 이학민 (2017). 《토목설계 이론편》. 탑스팟. 172쪽.

[1] KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.1 이음 일반

[2] KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.3 압축 이형철근의 이음

[3] KDS 14 20 52 :2016 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준 4.5.2 인장 이형철근 및 이형철선의 이음

[4] 윤영수. 《철근콘크리트 역학 및 설계》 3판. 씨아이알. 323쪽.

[5] 이학민 (2017). 《토목설계 이론편》. 탑스팟. 172쪽.

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