[Gen/Design]보의 해석결과 부재력과 설계부재력이 다른 이유

질문

Beam Diagram의 값과 설계부재력이 차이가 나는 이유는 무엇인가요?

[그림] Result기능에서의 해석결과 부재력

[그림]Design기능을 통하여 계산된 설계 부재력

답변

해석/설계를 수행한 후에 Result 기능에서 확인할 수 있는 해석결과 부재력과 Design 기능을 통하여 계산된 설계 부재력이
상이한 경우가 발생할 수 있습니다.

설계부재력은 구조물의 안정성을 확보하기 위하여 해석결과 부재력에 기준에서 제시하는 Factor가 고려되기 때문입니다.
따라서, 본 자료에서는 해석부재력과 설계부재력의 차이가 발생할 수 있는 경우에 대하여 항목별로 살펴보겠습니다.

1. 활하중감소계수 적용

활하중 감소 계수는 동일 용도의 실이 만재될 가능성을 확률적으로 고려하여 그 영향을 반영하는 계수로서, 해당 부재의
영향 면적이나 지지하는 바닥의 층수에 의해 결정됩니다.

midas Gen의 경우 층저감 방법을사용하고 있습니다. 이 계수를 적용하여 계산한 설계부재력은 해석부재력과 차이가
발생할 수 있습니다. 적용 부재는 철골 기둥/보, RC 기둥/보/벽체,SRC 기둥입니다.

Design > General Design Parameter > Live Load Reduction Factor

Design > General Design Parameter > Modify Live Load Reduction Factor

[그림] Live Load Reduction Factor                           [그림] Modify Live Load Reduction Factor

2. 모멘트 재분배계수 적용

근사해법에 의해 휨모멘트를 계산하는 경우를 제외하고, 연속 휨부재 받침부의 부휨모멘트는 모멘트 재분배계수를
적용하여 증가 또는 감소시킬 수 있습니다. 이를 적용하여 구한 설계부재력은 해석부재력과 차이가 발생할 수 있습니다.

단, 재분배계수를 적용하기 위해서는 해당부재가 다음 조건들을 만족해야 합니다.

1) RC보 부재

2) 양단 모멘트 중 최소 한 단의 모멘트는 부모멘트

3) 부재 양단이 고정단이거나 기둥 또는 대각부재(brace), 벽체에 의하여 하부를 지지하는 형태

Design > General Design Parameter > Design Code

Design > General Design Parameter > Modify Live Load Reduction Factor

                               [그림] Design Code                               [그림] Modify Live Load Reduction Factor

3. 내진설계 특별기준 적용

내진설계 특별기준(콘크리트 구조설계기준 2007 21.3.1(3))을 적용한 보와 기둥에서 양단부 모멘트를 이용하여 설계용 전단력을
계산하는 경우에 계산된 설계부재력은 해석부재력과 차이가 발생할 수 있습니다.

위 기준의 내용을 midas Gen에서는 각각 다음과 같이 나타내고 있습니다.

(가) Ve1 = Vg + α1 (ΣMn/ln)

(나) Ve2 = Vg + α2 Veq

여기서 설계시 적용할 전단력 V는 max(Ve1,Ve2), min(Ve1,Ve2), Ve1, Ve2 4가지 중 선택하여 사용할 수 있습니다.

Design > General Design Parameter > Modify Live Load Reduction Factor

[그림] Apply Special Provisions for Seismic Design

4. 지진하중에 대한 Scale Up Factor 적용

지진하중에 대한 Scale Up Factor는 지진하중에 의해 발생한 해석부재력을 증대시켜 설계부재력으로 사용합니다. 이 계수에는
하중조합별 해석부재력을 증가시키는 계수와 하중조건별 해석부재력을 증가시키는 계수가 있습니다. 적용부재는 철골
보/기둥, RC 보/기둥/벽체, SRC 기둥입니다.

Design > General Design Parameter > Scale up Factor for Earthquake

[그림] Scale up Factor for Earthquake

5. 최소편심모멘트 또는 모멘트 확대계수 적용

위의 4가지 경우는 사용자가 직접 값을 입력하는 경우이며, 직접 입력하지 않아도 값의 차이가 발생하는 경우가 있습니다.

장주이거나 면외방향을 고려한 세장한 벽체인 경우에 최소편심모멘트 또는 모멘트 확대계수를 적용한 설계부재력을 사용합니다.
모멘트 확대계수는 횡지지골조와 비횡지지골조로 구분하여 적용합니다. 이에 대한 내용은
‘콘크리트 구조설계기준 2007, 6.5 압축부재의 장주설계’ 부분을 참조하시기 바랍니다.

1) 모멘트 확대계수

midas Gen에서는 횡지지골조에 대한 모멘트 확대계수(δns)만 계산합니다.

비횡지지골조에 대한 모멘트 확대계수(δs)는 사용자가 직접 입력할 수 있으며, Default는 1.0입니다. 모멘트 확대계수는 콘크리트의
경우를 예로 들면 다음과 같습니다.

Mc=δns M2

여기서, δns=Cm / (1-Pu / (0.75Pc ))

Pu=(π2 EI) / (Klu)2

EI=((0.2Ec Ig+Es Ise)) / (1+βd ) 혹은 EI=(0.4EcIg) / (1+βd )

※ midas Gen에서는 EI를 구할 때, 보다 정확한 값을 위해 전자의 식을 사용합니다.

βd=(Maximum Factored Axial Load) / (Total Factored Axial Load) = (1.4PD) / (1.4PD+1.7PL )

Cm=0.6 + 0.4(M1 / M2) ≥ 0.4

등가균일휨모멘트 보정계수(Cm)는 설계변수 입력창을 이용하여 직접 입력 가능하며, 입력하지 않은 경우 0.85를 적용합니다.

Design > General Design Parameter > Equivalent Moment Correction Factor

[그림] Equivalent Moment Correction Factor

위와 같이 모멘트 확대계수를 프로그램에서 자동으로 계산한 값을 사용하지 않고 직접 입력할 수도 있습니다. 입력하는
위치는 다음과 같습니다.

Design > General Design Parameter > Moment Magnifier (B1/Delta_b, B2/Delta_s)

[그림] Moment Magnifier (B1/Delta_b, B2/Delta_s)

2) 최소편심모멘트

모멘트는 시공상의 오차를 고려한 최소편심모멘트보다 커야 합니다. 즉, 외력에 의해 계 산한 휨모멘트나 확대모멘트
계수가 적용된 휨모멘트의 값이 최소편심모멘트보다 작을 경우 최소편심모멘트를 설계모멘트로 사용합니다.

최소편심모멘트는 다음과 같이 구합니다.

M2,min = Pu • emin

여기서, emin = 15 + 0.03h(mm)