위험단면 이란(Critical Section of Concrete)
위험단면 Critical Section 이란. 철근 콘크리트 부재 설계시, 부재 단면 중 부재력이 가장 크게 발생하여 파괴에 취약한 단면을 위험단면이라고 합니다.
콘크리트 부재설계는 주로 전단과 휨을 설계합니다. 이때, 1방향과 2방향 슬래브로 구분하여 위험단면을 산정합니다.
1방향 전단 위험단면 Critical Section for Shear
1방향작용의 위험단면 Critical Section 은 기둥 또는 벽체의 전면에서 d거리에 위치하는 전체폭을 가로지르는 평면으로 한다.
2방향 전단 위험단면 Critical Section for Shear
2방향작용의 위험단면은 집중이나 반력을 받는 구역에서 d/2 거리에 위치하는 둘레에 수직하는 평면으로 한다.
휨에 대한 위험단면 Critical Section
- 직사각형단면의 기둥 또는 벽체를 지지하는 확대기초의 위험단면은 기둥 또는 벽체의 전면으로 한다.
- 강철저판을 갖는 기둥을 지지하는 확대기초의 위험단면은 강철저판연단과 기퉁전면의 중간으로한다.
- 원형이나 정다각형 기둥을 지지하는 확대기초는 기둥 단면적과 같은 면적의 정사각형 기둥단면으로 취급하여 위험단면을 결정해도 좋다.
FEM 해석에서의 위험단면 Critical Section 적용
이를 이해하기 위해 모델링 부분으로 들어가 봅시다. 대부분의 경우, 우리는 건물 부재를 Beam이나 Plate로 모델링합니다. 여기서 Beam이란 보, 빔인 경우 그 길이가 모델링되며 깊이와 폭이 할당됩니다. 이것은 실제적으로 모델링되는 것이 아닙니다. FEM 프로그램 특성상 엘레먼트(요소)는 node와 node로 이어져 물리적 특성을 공유해야 하기 때문에 우리는 항상 부재의 중심선을 기반으로 모델을 만듭니다.
여기서 문제가 생깁니다. 실제로
기둥 내부에서 빔은 구부리지 않습니다. 접합부는 매우 강합니다. 이 부분에 대해 (도로교설계기준에는 강역설정이 있습니다.) 하지만 3D Modelling 같은 경우는 엔지니어의 판단으로 이런 부분에 대해 유의하여 고려해야 합니다.
아래 그림에서 더 큰 모멘트 x에 대해 설계하더라도, 실제 물리적인 검토 위치가 아닙니다. 기둥의 깊이여야 합니다. 그렇게 하면 모멘트 x에 필요한 배근한 철근(Reinforced Bar)이 이 더 작은 깊이인 ”y”에 필요한 것보다 적을 것입니다.
이 모멘트를 기둥의 표면까지 정밀화하는 옵션을 제공하는 FEM프로그램에서는 고려해야 하며, 지원하지 않는 프로그램에서는 모멘트를 수동으로 표면까지 줄여야 합니다.
단순히 구조 공학 소프트웨어를 알고 있는 것보다는 구조 행동의 기본적인 이해력이 필요합니다.
아래 그림으로 이해를 높일 수 있습니다.
참고자료
CIVIL ERA Critical Section for Moment in Beams
아래 링크에서 단면속성을 편리하게 계산하세요