보의 최대 및 최소 철근비에 대하여...

[concreteman]

 

최소 및 최대 철근비

- 단근보에서 균형철근비보다 인장철근비가 크게 되면 보의 파괴형태는 콘크리트의 압축파괴가 일어나며, 반대로 인장철근비가 균형철근비보다 작은 경우에는 철근의 인장파괴가 일어난다.

- 콘크리트가 압축파괴가 되는 경우에는 취성상태의 파괴이기 때문에 파괴의 위험성을 감지할 시간적인 여유를 갖지못하나, 철근이 인장파괴되는 경우에는 철근의 연성으로 인하여 파괴가 서서히 진행되어 균열이나 처짐등 파괴를 감지하고 이에 대처할 수 있는 시간적인 여유를 얻을수 있다.

- 따라서 부득이한 조건으로 보에 파괴가 생긴다면, 콘크리트의 압축파괴보다 철근의 인장파괴가 안전성의 관점에서 바람직하다고 볼 수 있다.

* 최대 철근비

- 위와 같이 이러한 점들을 고려하여 설계기준에서는 보나 슬래브 등 휨재의 철근비가 균형철근비의 0.75배를 초과하지 않도록 규정하고 있다.

- 보의 설계에서 보의 철근비를 작게하고 단면을 크게 하는 것이 경제성이나 처짐제한에 유리하다.

* 최소철근비

- 보의 철근비를 너무 작게 설계된 보에서는 균열단면의 휨강도가 보에 균열을 일으키는 모멘트보다 작을 경우 보가 취성 균열 파괴가 될 수 있으며, 사용하중상태에서도 균열이 생기는 것은 바람직하지 않으므로 균열을 방지하기 위하여 최소한의 보강이 필요하다.

예를 들어, 폭 b, 깊이 h인 직사각형보를에서 콘크리트의 파괴계수는 이므로 균열모멘트는 

 

이다.

사용하중상태에서의 철근의 응력을 로 하고, 응력중심거리 jd를 (7/8)d로 하면, 보의 저항모멘트는

 

이 된다.

여기서 d=0.9h 로 가정하면 저항모멘트가 균열모멘트 이상 되는 조건

 에 위의 식들을 대입하면 다음과 같이 식이 유도된다.

설계기준에서는 이런 점들이 고려되어 최소철근비를 다음과 같이 규정하고 있다.

또는 설계압축강도 300㎏/㎠이하의 콘크리트는 300㎏/㎠로 하여

의 두 식으로 계산되는 값 중 큰 값 이상으로 하도록 하고, 정정구조물로서 플랜지가 인장상태인 T형 단면의 최소 철근비는

  와     중 작은 값 이상이 되도록 규정하고 있다.

- 최소 철근비에 의한 철근량 계산에서 기초나 큰 보 등 단면적이 큰 부재에는 많은 철근이 소요되므로, 이런 경우에는 해석상 필요한 철근량보다 1/3을 더 늘리면 최소철근비의 적용을 받지 않는다.