본문내용
1. 서론
1.1. 철근콘크리트 구조의 발전 과정
철근콘크리트 구조의 발전 과정은 약 2,000년 전 로마 시대로 거슬러 올라간다. 콘크리트의 기원은 약 2,000년 전 로마 시대로 추정되며, 1760년 영국의 Smeton이 Calder강의 수문에 사용하였다는 첫 번째 기록이 있다. 이후 1796년 Parkar가 로마인들이 사용한 자연산 시멘트를 발견하였고, 1811년 Vicat는 진흙과 석회의 혼합물을 가열하여 시멘트를 제조하였다. 1824년 영국의 벽돌공 Joseph Aspdin이 포틀랜드시멘트 제조에 성공하였다. 1854년 Lambot는 철망으로 측벽을 보강한 콘크리트 소형 배를 제작하였고, 1855년 프랑스의 Francois Coignet가 강봉을 콘크리트 바닥에 배치하였다. 1867년 프랑스의 Monier에 의해 철망으로 보강된 콘크리트 화분, 수조와 물통이 발전하였고, 이후 1873년 교량, 1875년 계단에 대한 특허를 취득하였다. 1879년 프랑스의 Francois Hennebique에 의해 획기적으로 발전하였는데, 강재보에 콘크리트를 덮어씌운 내화강재보와 철근콘크리트 슬래브를 개발하였다. 이후 1892년 스터럽과 굽힘 철근을 사용한 효율적이고 경제적인 철근콘크리트 보가 등장하였고, 1898년에는 11m의 단경간보와 3.6m의 캔틸레버보, 철근콘크리트 나선형 계단 설계가 등장하였다. 1900년 프랑스에서 철근콘크리트 시방서 제정 위원회가 구성되었고, 1906년 최초의 시방서가 제정되었다. 이후 1963년 미국 콘크리트학회(ACI)에서 강도설계법을 처음으로 도입하였고, 1971년, 1977년, 1983년 시방서가 개정되었다. 1989년 강도설계법이 본문에 수록되고 허용응력설계법이 부록에 수록되는 변화가 있었다.
1.2. 철근콘크리트 구조의 정의와 특성
철근콘크리트 구조는 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도를 결합한 복합구조이다. 콘크리트는 압축력에는 강하지만 인장력과 전단력에는 약한 반면, 철근은 인장력과 전단력에 강한 특성을 가지고 있다. 이러한 두 재료의 특성을 결합하여 콘크리트 내부에 철근을 배치함으로써 외력에 효과적으로 저항할 수 있게 된다.
철근콘크리트 구조는 콘크리트와 철근이 일체화되어 구조체를 구성하므로, 두 재료의 열팽창 계수가 유사하여 온도변화에 따른 변형이 유사하게 일어나며, 콘크리트와 철근 간 부착력이 강하여 하중 작용시 일체화된 구조 거동을 보인다. 또한 콘크리트 내부의 철근이 부식되지 않아 내구성이 우수하다. 이처럼 철근콘크리트 구조는 기둥, 보, 슬래브 등의 구조부재에 널리 사용되며, 고층 건축물이나 교량 등의 대형 구조물 건설에 적합한 장점을 가지고 있다.
1.3. 연구의 목적 및 필요성
철근콘크리트 구조는 건축물과 토목구조물을 비롯한 여러 분야에서 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 이에 본 연구의 목적은 철근콘크리트 구조의 발전과정과 설계법, 기준, 시공 방식 등을 종합적으로 살펴봄으로써 향후 철근콘크리트 구조의 발전 방향을 모색하는 데 있다.
철근콘크리트 구조는 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도를 효과적으로 결합하여 활용할 수 있는 구조방식으로, 내화성과 내구성이 우수하며 건축물의 크기와 형태를 자유롭게 설계할 수 있다는 장점이 있다. 또한 경제성이 높아 주거, 업무, 교육, 문화 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.
그러나 철근콘크리트 구조는 균열 발생, 철거의 어려움, 단열 성능 저하 등의 단점도 지니고 있다. 이에 최근에는 고성능 콘크리트와 프리스트레스트 기술 등의 발전을 통해 이러한 단점을 보완하고자 하는 노력이 이루어지고 있다.
따라서 본 연구를 통해 철근콘크리트 구조의 역사와 기술 동향을 살펴봄으로써 이 구조방식의 장단점을 종합적으로 이해하고, 향후 발전 방향을 모색할 수 있을 것으로 기대된다.
2. 본론
2.1. 철근콘크리트 구조 설계법
2.1.1. 허용응력 설계법
허용응력 설계법은 선형탄성 거동을 가정한 콘크리트 및 철근의 응력이 사용하중 하에서 미리 정해둔 콘크리트 및 철근의 허용응력을 넘지 않게 설계하는 방법이다. 콘크리트의 설계기준강도 및 철근의 항복강도에 일정 안전율을 고려하여 결정한 것이 허용응력이며, 이 허용응력 이하가 되도록 콘크리트 단면과 철근량 및 배근방법을 정해야 한다. 허용응력설계법에서는 부재의 사용성에 대하여 특별히 고려하지 않아도 된다.
허용응력설계법의 기본가정은 다음과 같다. 첫째, 콘크리트와 철근은 후크의 법칙을 따라 응력과 변형도가 선형비례하며, 제하시 잔류변형이 생기지 않는다. 둘째, 철근의 탄성계수는 정수이다. 셋째, 콘크리트의 휨 인장응력은 무시한다. 넷째, 철근과 콘크리트의 부착은 완전하여 하중작용시 상대적인 미끄러짐이 생기지 않는다. 다섯째, 콘크리트와 철근에 생기는 응력은 규정된 허용응력의 값을 초과하지 않는다.
콘크리트의 허용응력은 설계기준강도 f'c를 기준으로 하여 규정되어 있으며, 별도의 규정이 없을 때는 다음의 값을 초과하지 않아야 한다. 휨 압축연단에서의 허...
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