[건축] #허용처짐 및 수평변위, 기울기(각변위)에 대해 알아보자. #KDS기준 및 안전점검 변위량, 각변위란? #변위제한, #풍하중변위제한
#허용처짐 및 수평변위, 기울기(각변위)에 대해 알아보자.
#KDS기준 및 안전점검 기준 변위량, 각변위란?
#지진하중 변위제한, #풍하중 변위제한 기준
[목차]
(1) 콘크리트 구조물의 최대 허용처짐
1) KDS 14 20 30 콘크리트구조 사용성 설계기준 : 4.2 처짐. 최대 허용처짐 (L/480)
2) 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침에 따른 변위·변형 기준 (안전점검기준) (a등급: L/480)
#변위량 및 기울기 확인방법
3) 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침 해설서에 따른 변위·변형 정의 (안전점검기준)
#안전점검의 변위,변형 조사방법(기준수량)
(2) 강구조의 처짐 및 수평변위 (H/400)
(3) 건축물 설계하중(KDS 41 12 00)에서의 풍하중에 따른 사용성 검토 기준 (1/500)
(4) 건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에서의 허용층간변위 Δα 제한 (내진등급 특: 0.01hsx)
(5) 기존시설물[건축물] 내진성능 평가요령(국토교통부/국토안전관리원)에서의 허용 층간변형각(%) 제한 (1/571)
(1) 콘크리트 구조물의 최대 허용처짐
1) KDS 14 20 30 콘크리트구조 사용성 설계기준 : 4.2 처짐. 최대 허용처짐
- 4.2.1 1방향 구조( 4변에 의해 지지되는 2방향 슬래브 중에서 단변에 대한 장변의 비가 2배를 넘으면 1방향 슬래브로 해석하며, 이 경우 일반적으로 슬래브의 단변방향의 경간을 사용하여 KDS 14 20 20의 규정에 따라 설계하여야 한다. 그리고 이때 사용하는 경간은 KDS 14 20 10(4.7) 의 규정에 따라야 한다.)
2) 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침에 따른 변위·변형 기준 (안전점검기준)
#변위량 및 기울기 확인방법
예시)
(부재의 형태 1 적용 시) 길이 4M의 평지붕 = 4/180 = 0.022M (변위량)
여기서 180을 X라 두면,
Δ = L / X,
이를 다시 기울기(=각변위)로 표현하면,
L / Δ = X,
X를 분모에 두고 1 / X로 표기한다.
즉시 값을 비교하려면,
Δ / L = 1 / X
0.005 = 0.005 로 확인된다.
※ 내진설계에서 허용층간변위,
Δ = L × 1 / X
여기서 L = hsc.
변위는 상대적인 값이므로 H 또는 L에 따라 기준이 달라진다.
그러므로, 변위 측정 시 반드시 '변위량'과 'H 또는 L'을 함께 기록한다.
- 층간변위: Δ2- Δ1 : 인접층 사이의 상대수평변위(내진설계에서의 정의)
- 층간변형각: ( Δ2- Δ1)/H : 층간변위를 층 높이로 나눈 값 (내진설계에서의 정의)
3) 시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침 해설서에 따른 변위·변형 정의 (안전점검기준)
- 수직변위: 구조물이 상하방향으로 융기 또는 침하되었을 경우
(슬래브, 보 등 단일부재에 처짐이 발생하였을 경우, 각 부재의 양단부와 중앙부 레벨을 각각 측정하여 처짐량을 확인한다.)
- 수평변위: 구조물이 부등침하나 슬라이딩에 의해 기울거나 수평이동 되었을 경우
변위·변형
(1) 변위
① 건축물 기울기 = 수평변위 / 건축물 높이
② 부동침하에 의한 부재의 기울기 = 수직변위 / 순 경간
(2) 변형(deformation)
① 물체는 외력을 받으면 형상과 치수에 조금이라도 변화가 일어난다. 이 변화를 변형이라 하고, 종 변형(longitudinal deformation), 횡 변형(lateral deformation), 전단변형(shear deformation)이 있다.
② 변형을 변형도(strain)라고도 하며, 단위길이에 대한 변형량의 값을 나타내는 것으로 단위는 무명수(無名數)이다.
#안전점검의 변위,변형 조사방법(기준수량)
| 6.3.3 재료시험 기준수량 차. 변위ㆍ변형 1) 대상구조 철근콘크리트라멘구조, 강구조, 철골ㆍ철근콘크리트구조, 철근콘크리트 벽식구조, 프리캐스트콘크리트구조, 무량판구조, 조적조 2) 재료시험 항목 및 기준수량 ① 부재변형 : 건축물의 전체에 대한 외관조사를 실시한 결과, 균열 및 손상(처짐 등)이 발생되었거나, 발생가능성이 있는 주요 부위로 한다. ② 건물기울기 : 측정이 가능한 건축물 4면의 외벽모서리 전체로 한다. ③ 부동침하기울기 : 최저층 바닥 또는 천장슬래브에서 건물의 장변방향과 단변 방향으로 각각 2개소 이상으로 한다. ④ 건물기울기와 부동침하기울기 조사는 동일 목적으로 실시하는 조사항목으로 책임기술자의 판단에 의해 2개 항목 중 1개만 실시할 수 있으며, 그 사유를 명기하여야 한다. 재료시험 단위 : 신축이음이 있는 경우에는 신축이음부로 구획된 구조물을 기본 단위로 한다. 3) 검사방법 외관조사 및 트랜싯 또는 이와 유사한 측정기구를 이용한다. 【해설】 1. 변위․변형 (1) 외벽모서리에서 건축물의 횡방향 및 종방향으로 기울기를 측정함 (2) 부동침하 기울기와 1경간에서의 슬래브 처짐은 상이함 |
(2) 강구조의 처짐 및 수평변위
1) KDS 14 30 50 강구조 사용성 설계 (허용응력설계법) : 4.4 처짐, 진동 및 수평변위
4.4.12 처짐
(1) 구조물 또는 부재의 처짐 검토는 다음 식에 의한다.
δ ≤ δu (4.4-1)
여기서,
δ : 구조물 또는 부재의 처짐으로서 보통 구조체 자중을 제외한 하중작용에 대해서 부재의 총단면적을 적용하여 산출한다.
δu : 구조물 또는 부재의 처짐의 한계치. 단, 설계에 있어서 고려해야 할 처짐의 한계치는 관련구조물의 설계기준에 정한 바가 있는 경우에는 그것을 준용하고, 없는 경우에는 합리적인 자료에 기초하여 판단하고 근거를 제시한다.
4.4.2 진동
(1) 부재의 진동에 대한 안전성 검토는 처짐 제한의 형식으로 검토하는 경우에는 식 (4.4-1)을 준용하고, 그 이외의 경우에는 합리적인 방법을 취한다.
(2) 바닥구조는 바닥판, 바닥보, 천장, 칸막이벽의 상하진동으로 불쾌감이 유발되지 않도록 강성, 고유진동수, 감쇠효과 등을 고려하여 설계한다.
(3) 건축물의 구조는 바람하중 등에 의한 수평방향 가속도로 인하여 불안감이 유발되지 않도록 구조물의 형상, 강성, 질량, 진동모드 등을 고려하여 설계한다.
4.4.3 수평변위
(1) 건축물의 구조는 바람이나 지진 등 수평하중에 의한 수평변위로 인하여 생기는 마감재의 손상, 구조물 피해, 인접건축물과 충돌 등이 생기지 않도록 수평강성을 충분히 확보한다.
결론: 여기서는 명확하게 기술되어 있지 않다.
외국사례의 검토결과,
캐나다 코드: H/300
독일: H/400이라 하였다.
그러므로 철골조의 경우, 불리한 조건인 H/400으로 보고 정리하면 될 듯하다.
또한, 강구조의 변위, 변형 조사방법은 콘크리트와 공통사항으로 동일하다.
(3) 건축물 설계하중(KDS 41 12 00)에서의 풍하중에 따른 사용성 검토 기준
(1) 수평변위
① 설계풍속
사용성에 대한 최대수평변위를 산정할 경우에는 식(5.14-1)의 재현기간 50년 설계풍속을 사용한다.
② 풍방향수평변위
밀폐형 및 일부개방형 건축구조물의 최상층높이에서의 풍방향최대수평변위(D,max) 및 임의높이z에서의 수평변위(D,z)는 각각 식(5.14-2.a), 식(5.14-2.b)에 따라 산정한다.
(m) (5.14-2.a)
(m) (5.14-2.b)
이 식으로 계산된 최대수평변위와 비교하는 국내의 제한기준은 존재하지 않으며,
- 제가 아는 바로는 그러하나 오류가 있다면 답글 주시면 수정하겠습니다 -
미국에서의 UBC, BOCA, ACI-ASCE Committee 442, ASCE 등에서 바람에 대하여 건물높이의 1/500 이하로 제한하고 있다.
(4) 건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에서의 허용층간변위 Δα 제한
| 내진등급 | |||
| 특 | I | II | |
| 허용층간변위 Δα | 0.010hsx | 0.015hsx | 0.020hsc |
| hsx： x층 층고 | |||
(5) 기존시설물[건축물] 내진성능 평가요령(국토교통부/국토안전관리원)에서의 허용 층간변형각(%) 제한
오래된 건물의 경우, 대부분 내진설계되지 않았으므로 표4.6.1의 값의 70%로 평가한다.
내진성능평가에서는 기울기(각변위)를 (%)로 표현한 층간변형각을 사용하고 있다.
예시1) 내진설계된 전단지배형 RC 전단벽 시스템의 경우,
기울기(각변위) = 층간변형각(%) 변환,
1/400 = 0.0025 = 0.25%
1/200 = 0.0050 = 0.50%
1/100 = 0.0100 = 1.00%
예시2) 내진설계되지 않은 전단지배형 RC 전단벽 시스템의 경우,
1/571 = 0.00175 = 0.175% (0.25%*70%)
이상 위와 같다.
각 규정에 따라 표현방식과 기준이 다르며, 풍하중의 경우 국내기준이 없고, 강구조의 처짐 및 변위에 대해 명확한 규정이 없는 등
어려움이 있으나, 이 또한 헤쳐나갈 수 있을 것이다.
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