136 ❙ 구조물공

43

구조물공

교대 벽체 설계 합리화를 위한

건조수축 및 온도철근 설계 방안 검토 설계처-936

(2017.03.23)

1 검 토 배 경

□ 최근 제정된 국가건설기준-설계기준(이하 “KDS1)“라 한다)]에서

제시하는 매스콘크리트2) 균열제어를 위한 건조수축 및 온도

철근(이하 “온도철근”이라 한다) 규정이 우리공사 지침과 상이하여,

□ 교대 벽체 설계 시 실무자간의 혼선이 초래하는 바, 이에 대한

합리적인 설계 방안을 검토하고자 함

※ 일반적으로 교대 벽체는 매스콘크리트로 취급되어 온도철근이 배근됨

두께 2.2m 이상

2 검 토 내 용

□ KDS 기준 발췌

<KDS 24 14 21-4.6.15.3. 두께 1,200mm를 초과하는 부재>

단면의 최소치수가 1,200mm를 초과하는 구조용 매스콘크리트는 D19

이상의 철근을 450mm이하의 간격으로 건조수축 및 온도철근을 배치하

여야 하며, 다음 식을 만족하는 철근량을 부재의 양면에 양방향으로 균

등배치 하여야 한다.

ΣAb ≥ s(2dc + db)/100

여기서, Ab=최소철근 단면적(㎟), s=철근간격(㎜), db=철근 또는 철선의 지름(㎜)

dc=부재표면에서 가장 근접한 철근 또는 철근의 중심까지의 콘크리트

피복두께(㎜), (2dc + db)의 값은 75㎜를 초과해서는 안된다.

※ 고속도로 교량 설계에서는 교대 벽체가 해당됨

□ 온도철근 산출 예시 비교

구분 KDS [붙임1] 우리공사 지침(설계처-814, 2012) [붙임2]

기준

요약

D19 이상의 철근을 450mm

이하가 되도록 배치

철근 간격을 조밀하게 하여

단면적의 0.18% 이상으로 배치

1) KDS : “Korean Design Standard”로서 국가 통합 설계기준을 말함

2) - 콘크리트표준시방서 : 두께 0.8m 이상의 넓이가 넓은 평판구조, 두께 0.5m 이상의 하단이 구속된 벽체

- 도로교설계기준 : 두께 1,200mm를 초과하는 부재

구조물공 ❙ 137

구조물공

구분 KDS [붙임1] 우리공사 지침(설계처-814, 2012) [붙임2]

철근

배근

형상

D16

@100

D16

@100

2.200

D19 D19 D16

@100

D16

@100

2.200

철근량

As,req = Ab × (1000/100) × 2

Ab ≧ s × min[(2dc+db), 75]/100

Ab = 100 × 75/100 = 75

- As,req = 75 × (1000/100) × 2 = 1,500㎟

- As,used : D19@100-2ea = 4,536mm2

- As,req = 0.0018hs = 0.0018 × 2,200 × 1,000

= 3,960mm2

- As,used : D16@100-2ea = 3,972mm2

KDS는 큰 지름 철근을 배근하도록 규정하고,

우리공사 지침은 작은 지름 철근을 배근하도록 유도함

□ 설계실무 적용 경향

o KDS에서 산정되는 온도철근은 우리공사 지침으로 산정되는 온도

철근과 비교시 과소하게 산정 [붙임3]

o 따라서, 설계 실무자들은 명확하지 않은 기준에 대해 보수적 설계

지향 ☞ 철근 지름은 KDS, 간격은 우리공사 지침을 적용

구 분 KDS 우리공사 지침

철근 지름 직경 19mm 이상(√) 제한 없음

배근 간격 450mm 이하 100mm 내외(√)

□ 검토내용

o 철근콘크리트의 효과적인 균열제어를 위해서는 동일한 철근량을

사용하는 경우 철근 간격을 조밀하게 하는 것이 유리한 것으로

알려짐 ☞ 균열 제어는 철근의 주장(둘레길이)이 클수록 유리함

138 ❙ 구조물공

o KDS(24 14 21, 4.2.3.4 균열폭 계산)에 따라 균열폭을 계산한 결과도 작은

규격 철근을 조밀하게 배근하는 것이 유리한 것으로 산정됨 [붙임4]

(설계조건)  = 400kN-m  = 35MPa  = 400MPa

b = 1,000mm H = 1,000mm

(case1) H13@100 사용

 = 1,267.0㎟

철근의 주장 = 400mm

균열폭 : 0.644mm

(case2) H25@400 사용

 = 1,266.8㎟

철근의 주장 = 200mm

균열폭 : 0.969mm

o 현 KDS는 AASHTO LRFD(2004) 잠정 기준을 준용함

- 잠정 기준에서 온도철근을 D19 이상으로 배근하도록 명시

※ AASHTO LRFD(2007) 이후 위 규정은 없어짐 [붙임5]

□ 기술자문 결과 [붙임6]

o 자문위원 : 서울시립대학교 임성순 교수 등 6명

o 자문내용 : 교대 벽체 온도철근에 대한 KDS 또는 우리공사 지침

적용 관련 검토의견

o 주요 자문의견

① KDS의 “매스콘크리트의 온도철근은 D19이상 배근” 기준은 삭제

되는 것이 바람직하며, AASHTO LRFD2007의 온도철근 기준으로

변경 필요

② 도로공사의 온도철근 기준은 축적된 시공경험을 바탕으로 국내

건설현장에서 충분히 검증된 식으므로, 가장 합리적인 설계개념임

③ 도로공사 지침 및 ACI 318에서 제시하는 온도철근 기준은 매스

콘크리트 부재에서 과도한 철근배근 우려가 있음

④ ACI 318과 AASHTO LRFD 2007에서 제시하는 온도철근 배치

기준이 서로 상이하므로 이에 대한 검토가 필요함

구조물공 ❙ 139

구조물공

3 검토결론 및 적용방안

□ 검토결론

o KDS의 “매스콘크리트의 온도철근 D19이상 배근” 기준은 명확한

근거가 없으며, 일정 지름 이상의 철근 배근 규정은 적절하지 않음

o 또한 구조물 균열 평가는 기존 실적에 의해 좌우되는 것이므로,

현행 우리공사 지침을 적용하는 것이 합리적임

철근 간격을 조밀하게 하여 철근비 0.18% 이상 배근(설계처-814, 2012.3.16)

※ 건조수축 및 온도철근 설계시

- 두께 1,200mm 이하인 부재 : KDS 24.14.21 적용

As ≥ 0.75Ag/fy * Ag : 부재의 총 단면적(㎟), fy : 철근의 기준 항복강도(MPa)

- 두께 1,200mm 초과하는 부재 : 우리공사 지침 적용

o 국가건설기준센터에 KDS 규정을 개정토록 건의('17. 4월)

① D19 이상 철근 규정 삭제

② 철근량은 우리공사 지침(철근 간격은 조밀하게, 철근비 0.18%이상) 적용

□ 적용방안

o 실시설계 중 노선 : 새만금~전주 고속도로부터 적용

o 공사 중 노선 : 공사 주관부서 판단 후 적용

붙임 #1 KDS 24 14 21(2016)

#2 매스콘크리트 설계 방안 검토(2012)

#3 설계기준별 철근량 산출 예시

#4 균열폭 계산 결과

#5 AASHTO LRFD (2004, 2007, 2014) 관련기준

#6 기술자문 결과

140 ❙ 구조물공

붙 임 #3

설계기준별 철근량 산출 예시

※ 산출 예시 교량(○○교 교대벽체) : fy=400MPa, fck=35MPa, h=2,200mm

관련기준 산출기준 산출결과

KDS (2016)

24 14 21,

AASHTO LRFD

(2004) 5.10.8.1

for    ,  ≥  

Σ  ≥       

Σ  ≥  × mi n       

s ≦ 450 mm

부재의 양면에 양방향으로 균등배치

min(2×80+19, 75) = 75mm

ΣAb≥100(75)/100=75mm2/ea

ΣAb≥75×(1000/100) = 750mm2

As,req = 750×2 = 1,500mm2

매스콘크리트

설계방안 검토

(우리공사, 2012)

  ≥          

 : 100mm 내외

As,req = 0.0018Ac

= 0.0018×1,000×2,200

= 3,960mm2

콘크리트 구조

기준(2012) 5.7.2

 ≤  ,

  ≥        mi n     

 ≤ mi n     

As,req = min(0.0020Ac, 1,800)

= min(0.002×1,000×2,200, 1,800)

= min(4,400, 1,800)

= 1,800mm2

ACI 318-08 7.12.2

Slab where Grade 40 or 50 deformed bar:

  ≥          

 ≤ mi n     

As,req = 0.0020Ac

= 0.0020×1,000×2,200

= 4,400mm2

AASHTO LRFD

(2007, 2014)

5.10.8

  ≥    

 (on each faces)

 ≤   ≤ 

 : 300mm

As,req = 0.75bh/(2(b+h)fy)

= 0.75×1,000×2,200/(2(1,000+2,200)400)

= 0.645 mm2/mm = 645 mm2/m

As,req,2faces = 645 ×2 = 1,290mm2

EUROCODE 2

(EN 1992-1-1:

2004 (E)) 9.6.3

       max  ×            

 ≤ 

0.25 As,vertical ≤ 0.001 Ac

As,req = max(0.25As,vertical, 0.001Ac)

= 0.001×1,000×2,200

= 2,200mm2