Composite Beam  적용이론 및 기준

철근콘크리트 슬래브와 이를 지지하는 철골보가 전단연결재(Shear connector)로 연결되어 일체로 휨모멘트를 저항하는 합성보를 설계 합니다. 사용자의 입력에 따라 합성보 각 부분에 작용하는 설계응력 검토는 물론 처짐검토, 전단연결재산정, 보행진동(Heel Drop Vibration) 검토 등의 결과를 자동 산출합니다.

▒ 실행방법

메인 메뉴에서 [SRC]  > [Composite Beam]

▒ 상세설명

1. 설계의 기본 가정

합성후 단계에서 웨브의 폭두계비   인 경우, 소성응력분포로부터 합성보의 강도를 계산합니다. 소성응력분포의 기본가정을 다음과 같습니다.

단면에 작용하는 변형율은 선형적으로 분포하며, 재료는 탄소성적으로 거동하는 것으로 가정합니다.

콘크리트가 0.003의 압축변형도에서 압괴강도에 도달하고 이 때 강재는 항복변형도( )에 도달하였다고 가정합니다.

콘크리트의 응력은 가 유효 압축구간에 균등하게 분포하는 것으로 가정합니다.

콘크리트의 인장강도는 무시합니다.

강재의 항복강도 는 강재단면의 인장과 압축구간을 통해 균등하게 분포합니다.

2. 시공단계에서는 철골 Beam & Column 검토결과를 따릅니다. 다만, 지점을 설치한 경우는 시공시 철골보의 강도 검토는 생략합니다.

3. 합성이후 정모멘트에 대한 설계휨강도 은 항복한계상태로부터 다음과 같이 구해집니다.

인 경우

은 합성단면의 항복한계상태에 대해 소성응력붙포로부터 산정합니다.(소성모멘트)

4. 슬래브의 유효폭은 다음과 같은 합성보 형태별 산정조건 중 각각 작은 값이 적용됩니다.

(1) T형보

① 보스팬의 1/4

② 보중심선에서 인접보 중심선까지 거리의 1/2

(2) 반 T형보

① 보스팬(지지점의 중심간)의 1/8

② 보중심선에서 인접보 중심선까지 거리의 1/2

③ 보중심선에서 슬래브 가장자리까지의 거리

5. 시어커넥터(Shear Connector)

(1) 정모멘트 구간에서의 하중전달

매입형 합성단면을 제외하고는, 강재보와 슬래브면 사이의 전체수평 전단력은 시어커넥터에 의해서만 전달된다고 가정합니다. 휨모멘트를 받는 강재보와 콘크리트가 합성작용을 하기 위해서는, 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 총수평전단력 는 콘크리트의 압괴, 강재단면의 인장항복, 그리고 시어키넥터의 강도 등의 3가지 한계상태로부터 구한 값 중에서 가장 작은 값으로 합니다.

① 콘크리트 압괴

② 강재단면의 인장항복

③ 시어커넥터의 강도

여기서, : 유효폭 내의 콘크리트 단면적,

: 강재 단면적,

: 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 시어커넥터 공칭강도의 합, N

(2) 스터드 시어커넥터의 강도

콘크리트 슬래브 또는 합성 슬래브에 매입된 스터드 시어키넥터 1개의 공칭강도   은 다음과 같이 산정합니다.

용어설명

(3) 시어 커넥터의 소요 개수

정 또는 부모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이에 배열되는 시어 커넥터의 소요 개수는 (1)에서 구한 총수평 전단력을 시어 커넥터의 공칭강도로 나눈 값으로 구해집니다.

6. 불안전 합성보의 설계

(1) 소성응력분포를 사용하는 합성보의 설계휨강도는 슬래브의 폭을 합성률비로 감소시킨 후, 완전합성보와 같은 방법으로 계산합니다.

(2) 탄성응력분포를 사용하는 불안전 합성보의 단면성능은 다음과 같이 계산합니다.

① 유효단면계수

여기서,    : 강재단면의 인장 플랜지에 대한 단면 계수,

: 균열이 없는 완전합성 환산단면의 강재단면의 인장플랜지에 대한 단면계수,

② 유효 단면 2차모멘트

여기서,   : 강재단면의 단면 2차 모멘트,

: 균열이 없는 완전합성 환산단면의 단면 2차 모멘트,

: 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 시어커넥터의 공칭강도의 합, N

: 완전 합성보의 콘크리트 슬래브의 압축력 ;   와   중에서 작은 값, N

: 유효폭 내의 콘크리트 단면적,

③ 다음과 같은 식을 단면 2차모멘트의 하한값으로 사용할 수 있습니다.

여기서,   : 강재의 단면적,

: 콘크리트의 압축력으로부터 강재단면의 상단까지 거리, mm

: 강재의 전체단면이 인장으로 항복할 때 인장력의 합으로부터 강재 하단까지의 거리, mm

: 단면 2차모멘트의 하한값,

: 강재단면의 단면 2차모멘트,

: 정모멘트가 최대가 되는 위치와 모멘트가 0이 되는 위치 사이의 시어 커넥터 공칭강도의 합, N

7. 전단 설계

합성보의 전단강도는 철골보 웨브의 전단 강도만을 사용합니다.

여기서, : 강재 웨브의 단면적,

8. 데크플레이트를 사용한 합성보의 슬래브 유효두께는 슬래브 전두께에서 데크플레이트의 춤을 뺀 슬래브 두께를 유효두께로 합니다.

9. 수직진동에 따른 사용성 평가 방법은 AISC Steel Design Guide Series의 Floor Vibrations Due to Human Activity의 기준에 의해 검토합니다.

10. KS 주요 구조용 강재의 재료강도, MPa

* SCW490-CF의 판두께 구분은 8mm 이상 60mm 이하.

** 두께 80mm 이하에만 적용됨.