균열 관련 기준 정리(콘크리트 설계기준 해설 2012)

균열 관련 기준 정리(콘크리트 설계기준 해설 2012)

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4.2 균열 <KDS 14 20 30 4.1 과 유사함>

(1) 4.2의 (2) 및 (3)의 경우를 제외하고는 6.3.3을 포함하여 이 구조기준의 다른 모든 규정을 만족하는 경우 균열에 대한 검토가 이루어진 것으로 간주할 수 있다.

    

[해설]

(1) 균열에 따른 사용성 검토를 위해 균열폭을 직접 산정하여 허용 균열폭과 비교하는 대신에 철근의 수량 및 간격，콘크리트 구성 재료, 그리고 철근의 최소 피복 두께 등을 검토함으로써 구조물에 발생하는 균열을 제어하는 것으로 개정

(2)이 구조기준의 모든 규정을 만족하는 경우 예상되는 최대 균열폭은 0.3 mm 이하이다.

      수조와 같이 특히 수밀성이 요구되는 구조물로서 수밀성을 갖기 위해서 0.3mm보다 작은 허용균열폭을 설정하여 균열폭을 제어할 필요가 있을 때에는 부록 III의 방법을 따를 수 있다

5.3.2 간격 제한 <KDS 4.2.2 간격제한과 유사>

• 동일 평면 철근 순간격 25mm 이상, 철근 공칭지름 이상
• 2단 배치시 동일 연직면내 배치, 상하 순간격 25mm 이상
• 압축부재 축방향 철근 순간격 40mm 이상,  철근 공칭 지름 1.5배 이상
• 철근 순간격 규정은 이음철근 사이의 순간격도 만족 해야함.

[해설] 철근이 한 위치에 집중됨으로써 전단 또는 수축균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 정해진 것이다.

 

(6) 다발철근 규정

④ 보에서 D35를 초과하는 철근은 다발로 사용할 수 없다.

[해설] 6.3.3의 균열 억제에 관한 요구 조건에 부합되도록 설계할 경우 인장철근으로서  D35 보다 큰 철근을 다발로 사용하는 것을 제외하는 것이 효과적이다

    

6.3.3 보 및 1방향 슬래브의 휩철근 배치 <KDS 14 20 20 4.2.3과 유사>

(1) 보 또는 한 방향으로만 휩응력을 저항하도록 철근이 배치된 1방향 슬래브는 휩균열을 제어하기 위하여 휩철근의 배치에 대한 이 6.3.3의 규정을 따라야 한다

    

(4) 콘크리트 인장연단에 가장 가까이에 배치되는 철근의 중심 간격 s는 식 (6.3.3)과 식 (6.3.4)에 의해 계산된 값 중에서 작은 값 이하로 하여야 한다.

부록 III 에 따라 균열을 검증하는 경우에는 이 규정을 따르지 않을 수 있다.

 

 

 

 

 

[해설]

이 조항은 종전 기준의 사용성 규정에서 균열폭을 계산하여 허용균열폭을 초과하지 않게 철근을 배치하도록 한 규정을 삭제하고， 인장철근의 간격 제한으로 균열을 제어하도록 개정한 것이다. 철근 부식에 대한 균열의 영향은 논란의 여지가 많다.

이전에는 균열폭이 크면 철근의 부식이 더 빨리 진행되는 것으로 생각하였으나， 근래의 연구결과는 철근의 부식이 일반적인 사용하중 수준의 철근응력에서 발생하는 표면 균열폭과 직접적인 관계가 없는 것으로 나타나고 있다.

또 노출실험에서 부식을 방지하는 데는 콘크리트의 품질， 적절한 다짐， 충분한 콘크리트 피복 등이 콘크리트 표면의 균열폭보다 더 큰 중요성을 가진 것으로 지적되고 있다.

 

그림에 나타난 바와 같이， 식 (6.3.3)과 식 (6.3.4)의、.Kcr이 210인 철근 간격 한계는 피복 두께에 따라 0.3,  0.4 mm의 표면 균열폭과 동등한 결과를 제공한다.

이 규정을 대신하여 좀 더 정밀하게 균열을 검토 하려면， 부록 III에 따라 노출환경에 대한 허용균열폭을 선정하고 균열폭을 계산할 수 있다. 이때 철근 간격으로 검토하는 이 규정은 사용하중 상태를 균열검증의 하중수준으로 하지만， 부록 III은 지속하중 상태를 균열검증의 하중수준으로 한다는 것을 유의하여야 한다

 

 

 

(6)보나 장선의 깊이가 900 mm를 초과하면， 종방향 표피철근을 인장연단부터 h/2 지점까지 부재 양쪽 측면을 따라 균일하게 배치하여야 한다. 이때 표피철근의 간격 s는 6.3.3(4)에 따라 결정하며， 여기서 다는 표피철근의 표면에서 부재 측면까지 최단 거리이다. 개개의 철근이나 철망의 응력을 결정하기 위하여 변형률 적합조건에 따라 해석을 하는 경우， 이러한 철근은 강도계산에 포함될 수 있다

[해설]

깊은 휩부재에서 복부의 균열을 제어하기 위하여 해설 그림 6.3.3.2와 같이 인장영역의 수직 표면 가까이에 철근을 배치하여야 한다.

이러한 보조 철근을 사용하지 않으면 복부의 균열폭은 휩인장철근이 배치된 위치의 균열폭보다 더 클 수 있다. 2003년도 기준에서는 이 보조 철근을 표면철근으로 정의하였으나， 이 구조기준에서는 표피철근으로 용어를 개정하였다. 표피철근을 배치하여야 할 조건에 대하여 2003년도 기준에서 유효깊이 d 를 기준으로 하던 것을 전체 두께를 기준으로 하도록 개정하였다. 또 종전 기준에서는 철근의 양과 간격을 규정하였으나， 이 구조기준에서는 철근의 간격을 기준으로 설계하도록 개정하였다. 이는 표피철근의 크기보다는 간격이 균열제어에 주된 영향을 준다는 연구결과를 반영한 것이다. 일반적으로 지름이 10mm에서 16mm 사이인 철근이나 1m당 280㎟ 이상의 단면적을 갖는 철선을 표피철근으로 사용하면 충분하다. 깊은보, 벽체 및 프리캐스트 콘크리트 패널에서 많은 철근이 요구되는 곳에는 해당 기준에 따른 철근 간격 규정과 함께 이 규정이 적용되어야 한다.

부록III 균열의 검증 <KDS 14 20 30 부록 균열 검증과 동일>

III.1.1 적용 범위

(1) 이 부록 III은 철근콘크리트 구조물의 내구성， 사용성 및 미관 등에 대한 균열폭 검증이 필요한 경우에 적용한다

(2) 수밀성이 요구되는 구조물은 이 부록의 규정에 따라 검토하여야 한다

    

[해설](1) 6.3.3(4)의 규정은 철근의 간격을 검토함으로써 휩모멘트를 받는 부재의 균열을 간략히 검토하는 규정이다. 보다 정밀하게 균열을 검토하고자 할 때에는 이 부록의 규정을 적용한다. 이 부록은 역학적 균열검증모델을 채택하고 있는 유럽의 균열폭해석 모델에 근거하여 수정 작성된 기준으로， 다양한 경우에 대하여 균열폭 계산이 가능하다.

(2) 6.3.3(4)의 규정은 콘크리트 인장표면의 허용균열폭 0.3, 0.4mm를 근거로 규정된 것이다. 따라서 허용균열폭에 대해 엄격한 수밀성이 요구되는 구조물은 이 부록에 따라 검토하여야 한다

    

III.2 노출환경

<표 III.2.1 강재의 부식에 대한 환경조건의 구분>

건조 환경	일반 옥내 부재, 부식의 우려가 없을 정도로 보호한 경우의 보통 주거 및 사무실 건물 내부
습윤 환경	일반 옥외의 경우, 흙 속의 경우, 옥내의 경우에 있어서 습기가 찬 곳
부식성 환경	1.습윤 환경과 비교하여 건습의 반복작용이 많은 경우, 특히 유해한 물질을 함유한 지하수위 이하의 흙 속에 있어서 강재의 부식에 해로운 영향을 주는 경우, 동결작용이 있는 경우, 동상방지제를 사용하는 경우 2.해양콘크리트 구조물 중 해수 중에 있거나 극심하지 않은 해양 환경에 있는 경우(가스, 액체, 고체)
고부식성 환경	1.강재의 부식에 현저하게 해로운 영향을 주는 경우 2.해양콘크리트 구조물 중 간만조위의 영향을 받거나 비말대에 있는 경우, 극심한 해풍의 영향을 받는 경우

III.3.2 허용균열폭

<III.3.1 철근콘크리트 구조물의 허용균열폭 wa(mm)>

강재의 종류	강재의 부식에 대한 환경 조건
	건조 환경	습윤 환경	부식성 환경	고부식성 환경
철근	0.4mm 와 0.006Cc중 큰값	0.3mm 와 0.005Cc중 큰값	0.3mm 와 0.004Cc중 큰값	0.3mm 와 0.0035Cc중 큰값
긴장재	0.2mm 와 0.005Cc중 큰값	0.2mm 와 0.004Cc중 큰값	-	-

• 여기서, Cc는 최외단 주철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트 최소 피복 두께(mm)

<III.3.2 수처리 구조물의 허용균열폭 wa(mm)>

	휨인장 균열	전 단면 인장균열
오염되지 않은 물 1)	0.25	0.20
오염된 액체 2)	0.20	0.15

• 1) 음용수(상수도) 시설물
• 2) 오염이 매우 심한 경우 발주자와 협의하여 결정

III.3.3 균열폭의 계산

⑴ 설계 균열폭은 식 (III.3.2)에 따라 계산한다.