제5장 단철근 직사각형 보의 휨설계

5.1 개요 및 부재 구분

단철근 보는 인장측에만 철근이 배근된 구조부재이며, 휨에 저항한다. 보, 슬래브 등은 휨을 주로 받으며, 기둥은 압축과 휨을 함께 받는다.

5.1.2 용어와 명칭

• 유효단면적 = 유효폭 × 유효깊이
• 균형철근비(ρb): 콘크리트와 철근이 동시에 극한상태에 도달하는 조건
• 압축/인장철근비: 단면적 대비 철근 비율
• 피복두께: 콘크리트 외표면과 철근 간 거리

5.1.3 설계과정

1. 단면과 재료강도 가정
2. 하중조합에 따라 부재력(𝑀u) 계산
3. 소요강도에 따라 철근량 계산
4. 보유강도(𝑀d = 𝜙𝑀n)와 비교
5. 인장지배 여부와 최소철근비 확인

5.2 해석 및 설계 가정

• 휨 후에도 단면은 평면 유지
• 철근 및 콘크리트 변형률은 선형 분포
• 콘크리트 인장강도는 무시
• 철근 응력은 항복 시 일정 (𝑓𝑦)

5.3 보의 거동

보의 하중 증가에 따라 선형(비균열), 균열, 비선형 상태로 전이된다. 비균열 상태에서는 콘크리트가 인장 응력도 일부 부담하며, 균열 발생 후에는 철근이 전부 담당하게 된다.

5.4 철근비와 파괴형태

철근비가 적절하면 연성파괴, 과소하면 인장파괴, 과대하면 압축파괴가 발생한다. 설계 시에는 최소철근비와 최소허용변형률 기준을 충족해야 한다.

5.5 설계휨모멘트 계산

설계 모멘트 𝑀𝑑 = 𝜙𝑀𝑛이며, 공칭모멘트 𝑀𝑛은 𝑇 × (𝑑 - 𝑎/2) 형태로 철근 응력과 거리로 산정된다. 포물선-직선, 등가 직사각형 응력블록을 사용할 수 있다.