제137회 건축구조기술사 3교시 기출문제&참고답안

제137회 건축구조기술사 3교시 참고답안

1. 탄성곡선 지배방정식을 이용한 보 해석

1. 반력 계산

A점 힌지, B점 롤러인 단순보입니다.

ΣM_A = 0 (반시계 +)
(R_B × L) - (P × L/4) = 0
R_B = P/4 (↑)

ΣF_y = 0 (상승 +)
R_A + R_B - P = 0
R_A + P/4 - P = 0
R_A = 3P/4 (↑)

2. 지배방정식 및 적분

탄성곡선 지배방정식 EI·y'' = M(x)를 구간별로 적분합니다.

가. AC 구간 (0 ≤ x < L/4)

M₁(x) = R_A·x = (3P/4)x
EI·y₁'' = (3P/4)x
EI·y₁' = (3P/8)x² + C₁
EI·y₁ = (P/8)x³ + C₁x + C₂

나. CB 구간 (L/4 ≤ x ≤ L)

M₂(x) = R_A·x - P(x - L/4) = (3P/4)x - Px + PL/4 = (-P/4)x + PL/4
EI·y₂'' = (-P/4)x + PL/4
EI·y₂' = (-P/8)x² + (PL/4)x + C₃
EI·y₂ = (-P/24)x³ + (PL/8)x² + C₃x + C₄

3. 경계조건 및 연속조건을 이용한 적분상수 계산

• 경계조건 1 (at A, x=0): y₁(0) = 0
  EI·(0) = (P/8)(0)³ + C₁(0) + C₂ → C₂ = 0
• 경계조건 2 (at B, x=L): y₂(L) = 0
  EI·(0) = (-P/24)L³ + (PL/8)L² + C₃L + C₄
  0 = (2PL³)/24 + C₃L + C₄ → C₃L + C₄ = -PL³/12 (Eq. A)
• 연속조건 1 (at C, x=L/4): y₁'(L/4) = y₂'(L/4) (처짐각 연속)
  (3P/8)(L/4)² + C₁ = (-P/8)(L/4)² + (PL/4)(L/4) + C₃
  3PL²/128 + C₁ = -PL²/128 + PL²/16 + C₃
  3PL²/128 + C₁ = 7PL²/128 + C₃ → C₁ - C₃ = 4PL²/128 = PL²/32 (Eq. B)
• 연속조건 2 (at C, x=L/4): y₁(L/4) = y₂(L/4) (처짐 연속)
  (P/8)(L/4)³ + C₁(L/4) + C₂ = (-P/24)(L/4)³ + (PL/8)(L/4)² + C₃(L/4) + C₄
  (C₂=0 이므로)
  PL³/512 + C₁L/4 = -PL³/1536 + PL³/128 + C₃L/4 + C₄
  PL³/512 + C₁L/4 = 11PL³/1536 + C₃L/4 + C₄
  (양변 1536 곱함) 3PL³ + 384C₁L = 11PL³ + 384C₃L + 1536C₄
  384L(C₁ - C₃) - 1536C₄ = 8PL³
  (양변 384 나눔) L(C₁ - C₃) - 4C₄ = PL³/48 (Eq. C)
• 적분상수 연립 계산:
  (Eq. B)를 (Eq. C)에 대입:
  L(PL²/32) - 4C₄ = PL³/48
  PL³/32 - 4C₄ = PL³/48 → 4C₄ = PL³/32 - PL³/48 = (3-2)PL³/96 = PL³/96
  C₄ = PL³/384
  
  C₄를 (Eq. A)에 대입:
  C₃L + (PL³/384) = -PL³/12 = -32PL³/384
  C₃L = -33PL³/384 = -11PL³/128 → C₃ = -11PL²/128
  
  C₃를 (Eq. B)에 대입:
  C₁ - (-11PL²/128) = PL²/32 = 4PL²/128
  C₁ = (4 - 11)PL²/128 → C₁ = -7PL²/128

(1) C점 (x=L/4)에서의 처짐과 처짐각

• C점 처짐각 (θ_c):
  EI·y₁'(L/4) = (3P/8)(L/4)² + C₁ = (3P/8)(L²/16) - 7PL²/128
  EI·y₁'(L/4) = 3PL²/128 - 7PL²/128 = -4PL²/128 = -PL²/32
  θ_c = -PL² / (32EI) (시계방향)
• C점 처짐 (y_c):
  EI·y₁(L/4) = (P/8)(L/4)³ + C₁(L/4) + C₂
  EI·y₁(L/4) = (P/8)(L³/64) + (-7PL²/128)(L/4) + 0
  EI·y₁(L/4) = PL³/512 - 7PL³/512 = -6PL³/512 = -3PL³/256
  y_c = -3PL³ / (256EI) (아래방향)

(2) A, B점에서의 처짐각

• A점 처짐각 (θ_A) (x=0):
  EI·y₁'(0) = (3P/8)(0)² + C₁ = C₁
  θ_A = -7PL² / (128EI) (시계방향)
• B점 처짐각 (θ_B) (x=L):
  EI·y₂'(L) = (-P/8)L² + (PL/4)L + C₃ = (-P/8)L² + (2PL²/8) + C₃
  EI·y₂'(L) = PL²/8 + (-11PL²/128) = (16PL² - 11PL²)/128 = 5PL²/128
  θ_B = 5PL² / (128EI) (반시계방향)

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2. 1방향 계단슬래브 설계 및 배근도 (A-A 단면)

양단 고정 지지된 1방향 계단 슬래브를 설계합니다.

1. 하중 산정 (폭 1m 기준)

가. 계단참 하중 (Landing, L=2.2m + 1.75m = 3.95m)

- 고정하중 (DL):
(1) 화강석 (t=25): 0.025m × 26 kN/m³ = 0.65 kN/m²
(2) 모르타르 (t=20): 0.020m × 21 kN/m³ = 0.42 kN/m²
(3) 슬래브 (t=150): 0.150m × 24 kN/m³ = 3.60 kN/m²
DL_Landing = 0.65 + 0.42 + 3.60 = 4.67 kN/m²

- 활하중 (LL): 5.0 kN/m²

- 계수하중 (w_u,L): 1.2(DL) + 1.6(LL)
w_u,L = 1.2(4.67) + 1.6(5.0) = 5.604 + 8.0 = 13.604 kN/m²

나. 계단 경사부 하중 (Stair, L=2.75m)

계단참 간 높이 = (SL+27m - SL+25m) = 2.0m (10단 × 200mm). 수평길이 = 2.75m (10단 × 275mm)

- 경사길이 (L_slope) = sqrt(2.75² + 2.0²) = sqrt(7.5625 + 4) = 3.40 m
- 경사 보정계수 = 3.40 / 2.75 = 1.236
- 스텝 단면적 (평균t=211, 구조t=135) → 스텝 삼각형 평균두께 = 76mm

- 고정하중 (DL): (수평 투영 면적당 하중으로 환산)
(1) 테라죠 (t=41): 0.041m × 20 kN/m³ × (L_slope/L_horiz) = 0.82 × 1.236 = 1.014 kN/m²
(2) 모르타르 (t=33): 0.033m × 21 kN/m³ × (L_slope/L_horiz) = 0.693 × 1.236 = 0.857 kN/m²
(3) 구조 슬래브 (t=135): 0.135m × 24 kN/m³ × (L_slope/L_horiz) = 3.24 × 1.236 = 4.005 kN/m²
(4) 스텝 삼각형 (t_avg=76): 0.076m × 24 kN/m³ = 1.824 kN/m² (이미 수평면적당)
DL_Stair = 1.014 + 0.857 + 4.005 + 1.824 = 7.70 kN/m²

- 활하중 (LL): 5.0 kN/m² (활하중은 수평 투영 면적에 작용)

- 계수하중 (w_u,S): 1.2(DL) + 1.6(LL)
w_u,S = 1.2(7.70) + 1.6(5.0) = 9.24 + 8.0 = 17.24 kN/m²

다. 평균 계수하중 (w_u,avg)

(문제 조건식을 따름)
w_u,avg = [ (3.95m × w_u,L) + (2.75m × w_u,S) ] / 6.7m
w_u,avg = [ (3.95 × 13.604) + (2.75 × 17.24) ] / 6.7
w_u,avg = [ 53.74 + 47.41 ] / 6.7 = 101.15 / 6.7 = 15.097 kN/m

2. 휨모멘트 계산 (L = 6.7m, 양단 고정)

- 단부 계수모멘트 (M_u⁻) = w_u,avg × L² / 12
M_u⁻ = 15.097 × (6.7)² / 12 = 56.5 kNm/m

- 중앙부 계수모멘트 (M_u⁺) = w_u,avg × L² / 24
M_u⁺ = 15.097 × (6.7)² / 24 = 28.25 kNm/m

3. 철근 배근 설계 (b=1000mm)

유효깊이 d = t_avg - cover - d_bar/2 = 211 - 20 - (D16/2) = 183 mm (단부 기준)

d (중앙부) = 211 - 20 - (D13/2) = 184.5 mm

강도감소계수 Φ = 0.9 (최외단 인장철근 변형률 0.005 가정 후 확인)

가. 단부 상부근 (D16)

M_u = 56.5 kNm/m
d = 183 mm
K = M_u / (Φbd²) = (56.5 × 10⁶) / (0.9 × 1000 × 183²) = 1.879 MPa
ρ = (0.85·f_ck/f_y) × [ 1 - sqrt(1 - 2·K / (0.85·f_ck)) ]
ρ = (0.85×27/400) × [ 1 - sqrt(1 - 2×1.879 / (0.85×27)) ]
ρ = 0.057375 × [ 1 - sqrt(1 - 0.1637) ] = 0.057375 × 0.0855 = 0.00490

A_s,req = ρbd = 0.00490 × 1000 × 183 = 897.6 mm²/m

A_s,min (KDS 14 20 52, 4.1.2(2)) = 0.0018 × b × h = 0.0018 × 1000 × 211 = 379.8 mm²/m (f_y=400)
(A_s,req > A_s,min)

D16 철근 (A_s_bar = 201 mm²) 간격 S = 1000 × 201 / 897.6 = 223.9 mm
S_max = 3h 또는 450 mm = min(3×211, 450) = 450 mm (OK)
조건(25mm 단위) 적용 → S = 225 mm
단부 상부근: D16 @ 225

나. 중앙부 하부근 (D13)

M_u = 28.25 kNm/m
d = 184.5 mm
K = M_u / (Φbd²) = (28.25 × 10⁶) / (0.9 × 1000 × 184.5²) = 0.922 MPa
ρ = 0.057375 × [ 1 - sqrt(1 - 2×0.922 / (0.85×27)) ]
ρ = 0.057375 × [ 1 - sqrt(1 - 0.0804) ] = 0.057375 × 0.0410 = 0.00235

A_s,req = ρbd = 0.00235 × 1000 × 184.5 = 433.8 mm²/m

A_s,min (온도수축) = 379.8 mm²/m
(A_s,req > A_s,min)

D13 철근 (A_s_bar = 129 mm²) 간격 S = 1000 × 129 / 433.8 = 297.4 mm
S_max = 450 mm (OK)
조건(25mm 단위) 적용 → S = 275 mm
중앙부 하부근: D13 @ 275

다. 배력근 (D10, 온도수축철근)

(주철근과 직각 방향 배근)
A_s,temp = A_s,min = 379.8 mm²/m
D10 철근 (A_s_bar = 71 mm²) 간격 S = 1000 × 71 / 379.8 = 186.9 mm
S_max = 5h 또는 450 mm = 450 mm (OK)
조건(25mm 단위) 적용 → S = 175 mm
배력근: D10 @ 175

4. A-A 단면도 및 배근도

[A-A 단면도 (계단 경사 방향)]

1. 형상: 6.7m 경간의 Z자형 슬래브(계단참-경사부-계단참), 평균두께 211mm.
2. 지지: 양단이 보 WG1(400x600)에 고정 지지됨.
3. 단부 배근 (상부근): D16@225 (상부)
   • 지지단(WG1)에서 순경간(L_n = 6.7m)의 1/3 지점 (약 2.2m)까지 연장.
4. 중앙부 배근 (하부근): D13@275 (하부)
   • 슬래브 전 경간에 걸쳐 배근 (단부에서 정착).
5. 배력근 (단면도에서 점으로 보임): D10@175 (상/하부 주근의 안쪽으로 배근)
6. 피복두께: 20mm (명시됨)

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3. 철골기둥 설계압축강도(Φ_c P_n) 산정

단면: H-600x600x13x20 (SM355), Kx=Ky=1.0, Lx=12m, Ly=6m

1. 재료 및 단면 특성

- 강재 (SM355, t_f=20mm ≤ 40mm) → F_y = 355 MPa
- 탄성계수 (E) = 205,000 MPa
- 단면적 (A_g) = 2 × (600 × 20) + (600 - 2×20) × 13 = 24000 + (560 × 13) = 31,280 mm²
- 단면2차모멘트 (I_x) = (600 × 600³) / 12 - (587 × 560³) / 12
I_x = 1.08 × 10¹⁰ - 8.56 × 10⁹ = 2.24 × 10⁹ mm⁴
- 단면2차모멘트 (I_y) = 2 × (20 × 600³) / 12 + (560 × 13³) / 12
I_y = 7.2 × 10⁸ + 106,327 ≈ 7.201 × 10⁸ mm⁴
- 단면회전반경 (r_x) = sqrt(I_x / A_g) = sqrt(2.24e9 / 31280) = 267.5 mm
- 단면회전반경 (r_y) = sqrt(I_y / A_g) = sqrt(7.201e8 / 31280) = 151.7 mm

2. 국부좌굴 검토 (Q계수 산정)

판폭두께비를 검토하여 세장판(Slender) 여부를 확인합니다.

- 플랜지 (b/t):
λ_f = (b_f / 2t_f) = (600 / 2) / 20 = 15
λ_rf (한계) = 0.56 × sqrt(E / F_y) = 0.56 × sqrt(205000 / 355) = 13.48
(λ_f = 15 > λ_rf = 13.48) → 플랜지 세장판 (Slender)

- 웨브 (h/t_w):
λ_w = h_c / t_w = (600 - 2×20) / 13 = 43.08
λ_rw (한계) = 1.49 × sqrt(E / F_y) = 1.49 × sqrt(205000 / 355) = 35.86
(λ_w = 43.08 > λ_rw = 35.86) → 웨브 세장판 (Slender)

※ 플랜지와 웨브 모두 세장판이므로, 유효단면적(A_e)을 고려한 Q계수(Q=A_e/A_g)를 산정해야 합니다.

- Q_s (플랜지 감소계수): (b_e = 유효폭)
b_e = 1.92t × sqrt(E/F_y) × [1 - (0.38 / (b/t)) × sqrt(E/F_y)] (KDS 14 31 10)
b_e = 1.92×20 × 24.06 × [1 - (0.38 / 15) × 24.06] = 924 × (1 - 0.609) = 361 mm
A_e,f = 2 × (b_e × t_f) = 2 × (361 × 20) = 14440 mm²
(A_f = 2 * 600 * 20 = 24000 mm²)
※ (문제 제시 공식 Qs 사용) `Qs = 1.415 - 0.65(b/t)sqrt(F_y/Ek_c)` (k_c가 없음. 표준식 사용)
- Q_a (웨브 감소계수): (b_e = 유효폭)
b_e = 1.92t_w × sqrt(E/F_y) × [1 - (0.34 / (h/t_w)) × sqrt(E/F_y)] (문제 공식 사용)
b_e = 1.92×13 × 24.06 × [1 - (0.34 / 43.08) × 24.06] = 600.8 × (1 - 0.189) = 487.25 mm
(h_c = 560 mm 이므로 b_e > h_c. 따라서 b_e = h_c = 560 mm. 웨브는 유효폭 감소 없음, Q_a = 1.0)
(문제 제시 공식 Q_a = (2Af + b_e·t_w) / A) → (2×12000 + 487.25×13) / 31280 = 30334 / 31280 = 0.97
(문제 제시 공식을 따르는 것이 타당해 보임. Q_a = 0.97. 단, Qs 공식은 k_c가 없어 풀 수 없으므로 KDS 표준식으로 Qs=0.71 사용)
Q = Qs × Qa = 0.71 × 0.97 = 0.689

3. 세장비 및 임계응력 계산

- X축 방향 세장비: K_x·L_x / r_x = (1.0 × 12000) / 267.5 = 44.86 (Governs)
- Y축 방향 세장비: K_y·L_y / r_y = (1.0 × 6000) / 151.7 = 39.55

- 탄성좌굴계수 (λ_c) = (KL/r) / π × sqrt(Q·F_y / E)
λ_c = (44.86 / 3.1416) × sqrt(0.689 × 355 / 205000)
λ_c = 14.279 × sqrt(0.00119) = 14.279 × 0.0345 = 0.493

- (λ_c = 0.493 ≤ 1.5 이므로)
- 임계응력 (F_cr) = Q × [ 0.658^(λ_c²) ] × F_y
F_cr = 0.689 × [ 0.658^(0.493²) ] × 355
F_cr = 0.689 × [ 0.658^(0.243) ] × 355
F_cr = 0.689 × 0.903 × 355 = 220.8 MPa

4. 설계압축강도 (Φ_c P_n) 산정

- 공칭압축강도 (P_n) = F_cr × A_g
P_n = 220.8 N/mm² × 31,280 mm² = 6,907,264 N = 6907.3 kN

- 설계압축강도 (Φ_c P_n) = 0.9 × P_n
Φ_c P_n = 0.9 × 6907.3 kN = 6216.6 kN

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4. 성능기반 내진설계를 위한 비선형 섬유요소 모델

성능기반 내진설계는 구조물이 목표한 지진 수준(예: 붕괴방지)에서 요구되는 성능(변형)을 확보했는지 비선형 해석(정적/동적)을 통해 검증하는 방식입니다. 이때 부재(기둥, 보)의 비선형 거동(항복, 균열)을 모사하기 위해 섬유요소 모델(Fiber Element Model)이 널리 사용됩니다.

1. 섬유요소 모델의 일반사항

• 개념: 보나 기둥과 같은 선(Line) 요소를 해석할 때, 그 단면(Section)을 격자 형태의 미소한 "섬유(Fiber)"로 분할하는 모델링 기법입니다.
• 특징:
  • 각 섬유는 1축 응력-변형률(σ-ε) 관계(재료의 비선형성)만을 가집니다. (예: 콘크리트 섬유, 철근 섬유)
  • "평면 유지 가정(Plane sections remain plane)"을 따릅니다. 즉, 단면의 변형률(ε)은 중립축으로부터의 거리에 선형적으로 비례한다고 가정합니다.
  • 단면의 휨모멘트(M)와 곡률(Φ) 관계는, 각 섬유의 응력(σ)을 단면에 대해 적분하여 자동으로 계산됩니다.
  • 축력(P)과 휨모멘트(M)가 동시에 변하는 P-M-M 상호작용(기둥)을 정확하게 모사할 수 있습니다.
  • 전단 변형이나 부착-슬립(Bond-slip)은 별도로 고려(예: 전단 스프링)하지 않는 한, 휨 거동(Flexural behavior)에 지배되는 부재에 적합합니다.

2. 콘크리트요소 (Concrete Fiber Model)

섬유 모델에서 콘크리트 섬유는 압축력에만 저항하고 인장력은 무시(No Tension)하는 1축 비선형 재료 모델로 정의됩니다. 특히 내진설계에서는 횡철근(띠철근)의 영향을 고려하여 다음과 같이 구분합니다.

구분	비구속 콘크리트 (Unconfined Concrete)	구속 콘크리트 (Confined Concrete)
대상	- 횡철근(띠철근)의 바깥쪽 (피복, Cover)에 해당하는 섬유.	- 횡철근으로 둘러싸인 안쪽 (심부, Core)에 해당하는 섬유.
응력-변형률 곡선	- 최대강도(f_ck) 도달 후 급격히 강도가 저하(Spalling)되며 파괴됨. - 최대 변형률(ε_cu)이 매우 작음 (예: 0.003~0.004).	- 횡철근의 구속효과(Confinement Effect)로 인해, - 최대 압축강도(f_cc)가 증가함 (f_cc > f_ck). - 최대 변형률(ε_ccu)이 비약적으로 증가함 (ε_ccu >> ε_cu). - 강도 저하가 완만하게 발생 (연성적 거동).
적용 모델	- Kent-Park 모델 (비구속) 등	- Mander 모델 (구속) 등

성능기반 내진설계에서는 이 구속 콘크리트 모델을 정확히 적용하여, 지진 시 기둥과 보가 압축파괴에 이르지 않고 충분한 연성(변형) 능력을 발휘하는지를 검증하는 것이 핵심입니다.

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5. 조적조 공간쌓기벽 벽체연결철물의 설계조건 (KDS 41 60 15)

조적식구조의 공간쌓기벽(Cavity Wall)은 내부벽(내력벽)과 외부벽(치장벽) 사이의 공간(Cavity)을 두는 벽체입니다. 이 두 벽체가 일체로 거동하고 횡력(바람, 지진)을 전달하기 위해 벽체연결철물(Wall Tie)을 사용하며, KDS 41 60 15에 따른 설계조건은 다음과 같습니다.

1. 재료 조건 (내구성)

• 벽체연결철물은 부식에 저항할 수 있는 재료(스테인리스강, 아연도금 강재 등)를 사용해야 합니다.
• 아연도금 강재의 경우, 최소 아연 부착량 기준(예: Z27 (275 g/㎡))을 만족해야 합니다.

2. 강도 및 강성 조건

• 연결철물은 풍하중이나 지진하중 등 수평 횡력(축력 및 전단력)을 내부벽과 외부벽 간에 효과적으로 전달할 수 있는 충분한 강도와 강성을 가져야 합니다.
• 인장 및 압축에 대해 650 N 이상의 내력을 확보하고, 하중-변위 관계가 규정(최대 2mm 변위 등)을 만족해야 합니다.

3. 설치 (배치) 조건

• 최대 수평 및 수직 간격:
  • 연결철물의 수직간격은 600 mm 이하, 수평간격은 800 mm 이하로 합니다.
  • (단, 경험적 설계법(KDS 41 60 40)에서는 수직 450mm, 수평 900mm 기준 적용)
• 1m²당 최대 면적:
  • 연결철물 1개가 부담하는 벽 면적은 0.4 m² (또는 0.25 m²)를 초과하지 않아야 합니다. (기준마다 상이하나 조밀하게 배치)
• 개구부 주변:
  • 창문, 문 등 모든 개구부 주위에는 수직/수평 900 mm 간격 이내로 연결철물을 보강하여 배치해야 합니다.

4. 시공 (정착) 조건

• 연결철물은 줄눈 모르타르 속에 최소 40 mm 이상 묻혀야 하며, 줄눈 모르타르 내 최소 피복두께는 15 mm 이상 확보해야 합니다. (부식 방지)
• 공간(Cavity) 내부에 단열재를 설치하는 경우, 연결철물이 단열재를 관통하거나 단열재의 성능을 저해하지 않도록 시공해야 합니다.
• 수밀성: 연결철물은 빗물이 외부벽에서 내부벽으로 타고 들어오지 않도록 물끊기(Drip) 상세를 갖추어야 합니다.

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6. H형강 기둥 주각부 (Column Base Plate)

주각부는 철골 기둥(H형강)의 축력, 모멘트, 전단력 등 상부 하중을 하부의 콘크리트 기초(기둥 또는 바닥판)로 안전하게 전달(분산)시키기 위한 접합부입니다. 철골 베이스플레이트, 앵커볼트, 무수축 그라우트 등으로 구성됩니다.

1. 주각부의 종류

주각부는 시공 위치 및 고정 방식에 따라 분류됩니다.

종류	특징	주요 용도
노출형 주각부 (Exposed Type)	- 가장 일반적인 방식. - 콘크리트 기초 상면에 베이스플레이트를 설치하고 앵커볼트로 고정. - 기둥 하부가 바닥 마감 위로 노출됨.	- 일반적인 모든 철골 건축물.
매입형 주각부 (Enclosed Type)	- 베이스플레이트를 기초 상면보다 낮게 설치(N.G.L. 이하)하고, 기둥 하부를 콘크리트로 감싸는(매입) 방식.	- 내화 성능이 요구될 때. - 기둥 하부의 부식 방지가 필요할 때.
묻힘형 주각부 (Embedded Type)	- 베이스플레이트가 없거나, 있어도 철골 기둥 본체를 콘크리트 기초 내부에 깊숙이 묻어 일체화시키는 방식.	- 매우 큰 휨모멘트를 기초로 전달해야 하는 강접(Fixed) 주각부 구현 시.

(또한, 역학적 거동에 따라 핀(Hinge) 접합 주각부와 고정(Fixed) 접합 주각부로 분류됩니다.)

2. 설계 시 주의사항

• 베이스플레이트 면적 (B×N):
  • 플레이트 면적(A₁)은 기둥의 계수축력(P_u) 및 모멘트(M_u)로 인한 최대 지압응력이 콘크리트 기초의 지압강도(Φ_c(0.85f_ck A₁))를 초과하지 않도록 충분히 커야 합니다.
  • (기초 면적(A₂)이 A₁보다 클 경우 지압강도를 (A₂/A₁)비율로 상향 가능)
• 베이스플레이트 두께 (t_p):
  • 플레이트 두께는 지반 반력에 의해 발생하는 플레이트의 휨(Cantilever Bending)에 저항할 수 있도록 충분해야 합니다.
  • 플레이트가 항복(P_p = F_y·t_p²/4)하기 전에 콘크리트가 지압파괴되도록 설계합니다.
• 앵커볼트 (Anchor Bolt):
  • 휨모멘트로 인한 인장력(Uplift)이 발생할 경우, 앵커볼트가 인장 파단이나 콘크리트 뽑힘(Pull-out)에 저항할 수 있도록 직경, 개수, 충분한 묻힘 깊이(L_d)를 확보해야 합니다.
• 전단력 전달 (Shear Transfer):
  • 기둥 하부의 수평 전단력(V_u)은 ①베이스플레이트와 그라우트 간의 마찰력, ②앵커볼트의 전단저항, ③전단키(Shear Key)를 통해 전달되며, 이들의 조합이 V_u 이상이 되도록 설계합니다.
• 용접부:
  • 기둥과 베이스플레이트를 연결하는 용접은 축력, 전단력, 모멘트를 모두 전달할 수 있도록 충분한 용접강도를 확보해야 합니다.

3. 시공 시 주의사항

• 앵커볼트 매설:
  • 기초 콘크리트 타설 시, 앵커볼트가 정확한 위치(수평, 수직)에 고정되도록 견고한 템플릿(Template)을 사용해야 합니다.
• 레벨링 (Leveling):
  • 베이스플레이트를 설치하기 전, 앵커볼트에 레벨링 너트(Levelling Nut)와 와셔를 끼워 플레이트의 수평과 높이를 정밀하게 조절해야 합니다.
• 그라우팅 (Grouting):
  • 플레이트 레벨링 완료 후, 플레이트와 기초 콘크리트 사이의 틈(약 30~50mm)에 무수축(Non-Shrink) 모르타르를 빈틈없이 밀실하게 충전(Grouting)해야 합니다.
  • 공기가 빠져나갈 수 있는 에어 벤트(Air Vent)를 확보하고, 한쪽에서 연속적으로 주입해야 합니다.
• 용접 변형:
  • 기둥과 플레이트를 용접할 때, 용접열로 인한 플레이트의 휨(변형)이 발생하지 않도록 용접 순서와 방법을 관리해야 합니다.