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압축부재 축방향 철근량 설계기준 개선
한국도로공사
1. 일반현황

압축부재(기둥) 최소철근량 산정에 관한 국내 설계기준이 불명확하여 설계시 혼란이 발생되고 있어, 외국의 설계기준 벤치마킹을 통한 국내실정에 맞는 설계기준을 정립하여 설계품질 향상, 시공성 향상 및 예산절감을 도모코자 함.
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기타
건설일반
시설물분류>운송 교통시설>도로운송시설>자동차 도로;공종분류>공통공종>총칙>현장관리

2. 현황 및 문제점



2.1
추진경위


(1) 2004. 3.~11. 유효단면적 적정성 검토 (기술심사실)


(1.1) 내외 관련자료, 문헌 및 설계기준 추적 조사


(2) 2004. 11. 25 압축부재 유효단면적 적용기준 질의 (도공한국콘크리트학회)


(2.1) 유효단면적 기준의 설계적용성 여부 및 이와 관련된 도로교설계기준 개정 요청


(3) 2005. 1. 11 질의에 대한 회신 (한국콘크리트학회도공)


(3.1) 유효단면적 기준의 적용은 타당하며, 도로교설계기준 개정시 반영할 계획임


(4) 2005. 2. 도로교설계기준 개정 (한국콘크리트학회)


(4.1) 유효단면적 산출시 적용되는 하중을 축하중으로 한정


 


2.2 현 설계기준 


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2.2.1
유효단면적
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(1) 총단면적 : 유효단면적+추가단면적


(2) 유효단면적 : 기둥에 작용하는 하중에 의해 계산상 필요한 콘크리트 단면적


(3) 추가단면적 : 시공성 및 미관 등을 고려한 하중지지의 역할이 없는 콘크리트 단면적(부재의 강성 증가로 인한 영향은 고려)


 


2.2.2 최소철근비 및 유효단면적 규정 제정 사유


(1) 최소철근비


(1.1) 축력이 지배적인 기둥에 대하여 압축철근의 응력이 크리프에 의하여 과도하게 증가되지 않도록 축방향 철근의 최소철근비(현행기준 1%이상)를 규정


(2) 유효단면적


(2.1) 기둥의 단면이 매우 커서 축력이 지배적이지 않은 기둥에 대하여도 축방향 최소철근비를 적용하는 경우에는 철근요구량에 비하여 과도한 철근이 사용되는 비논리적인 설계가 될 수 있으므로, 설계자의 판단에 따라 축방향 철근량을 하향 조정할 수 있는 예외규정을 두었음


(2.2) 유사사례 : 휨부재의 최소철근비 예외규정


(2.2.1) 응력계산 등에 의한 소요철근량의 4/3 이상을 배근하는 경우


3. 개선내용



3.1
국내외 설계기준 검토


3.1.1 국내 설계기준 


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3.1.2
국외 설계기준



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3.1.3 지진하중에 대한 유효단면적 적용 검토


(1) 국외 설계기준의 지진시 유효단면적 제한규정
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(2)
검토의견


(2.1) AASHTO LRFD Standard 설계기준은 최소철근비 및 유효 콘크리트단면적의 내진제한 규정이 명확하고, 현재의 우리나라 내진설계기준이 미국의 기준을 참조하여 작성된 점을 감안하면, AASHTO LRFD Standard 설계기준을 참조하는 것이 바람직할 것으로 판단됨.


(2.2) 또한, AASHTO Standard 설계기준은 2002년도를 끝으로 더 이상 개정하지 않을 예정으로 향후에는 AASHTO-LRFD 설계기준에 따라 설계하도록 유도하고 있므로 국외 설계기준중 AASHTO-LRFD 규정을 참고하는 것이 타당할 것으로 판단됨


 


3.1.4 우리나라와 미국의 지진구역 적용 검토


(1) 가속도계수에 의한 지진구역 비교(AASHTO 기준)img022201.gif 



(1.1) 가속도계수(Acceleration Coefficient)=지진구역계수×위험도계수


내진설계에 있어서 설계지진력을 산정하기 위한 계수로서 위험도계수와 지진구역계수의 곱으로 계산됨.


(2) 검토의견


(2.1) 우리나라와 미국의 지진구역을 비교한 결과 우리나라는 저위험 지진지역(Regions of low seismic risk)에 속함.


(2.2) 따라서, 미국 AASHTO 규정에 의하면 우리나라 전지역에 대하여 유효단면적 규정의 적용이 가능하고, 설계하중은 축하중 적용.


 


3.2 압축부재 축방향 철근량 설계기준()



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3.3 설계 적용 기준


3.3.1 도로교설계기준 개정


(1) 한국콘크리트학회 콘크리트구조설계기준위원회 심의 완료


(1.1) 심의일자 : ‘05. 1. 11.


(1.2) 심의위원 : 위원장 정영수외 5


(1.3) 심의안건 : 압축부재 최소철근량 및 유효단면적 적용방법


(2) 도로교설계기준 개정(‘05.2) 


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4. 결론



4.1
기대효과


(1) 철근량 감소로 인한 공사비 절감 : 256억원


(1.1) 공사중인 노선 : 90억원


(1.2) 현재 실시설계중인 노선 : 166억원


(2) 산출근거


(2.1) 공사중 : (938+267×2)×6,117천원/= 90억원


(2.2) 설계중 : (1,743+488×2)×6,117천원/= 166억원


(2.3) 적용 교각수


(2.3.1) 공사중 : T938, π267(‘06년 이후 시공물량)


(2.3.2) 설계중 : T1,743, π488


(2.4) 교각 1기당 절감액 : 7백만원


(2.4.1) 목포~광양 제7공구 신월교 시범적용 결과


(3) 기둥부 철근량 감소로 인한 시공성 및 품질향상(26%)


(3.1) 콘크리트 타설시 철근의 간섭효과 감소로 시공성 및 품질향상


(3.2) 철근조립 시공성 향상


(3.3) 개정된 설계기준에 의한 철근량 감소



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4.2 적용방안


(1) 설계중 노선 : 설계 적용


(2) 공사중인 노선 : 현장여건을 감안하여 설계변경

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