재료역학 기반한 설계, 설계 기준식에 근거한 설계 비교

 콘크리트구조기준과 강구조기준 모두 굉장히 내용이 방대하고 많은 경우의 수에 대해 검토할 수 있도록 기준을 갖추고 있지만, 구조설계를 하다보면 기준대로 적용하기 애매한 특수한 구조물이나 단면설계를 해야만 할 때가 있다. 이럴 때 진행할 수 있다면 실물크기의 실험체를 만들어 실험(mock-up test)을 진행하는게 가장 적합하고, 그게 현실적으로 불가능하다면 FEM해석이나 구조역학(재료역학, 탄성론, 소성론, 안정론도 포함)에 근거한 수학적 계산을 통해 설계를 진행해야 한다. 신축설계라면 콘크리트 구조의 경우 처음 계획부터 특수한 구조물을 고려하여 해석 계획을 잡는게 아니라면 그런 특수한 경우가 나오는 경우가 자주 없으나, 철골구조 설계에 있어서는 설계변경에 따른 접합부 위치 변경 문제로 은근히 수계산을 해야하는 경우가 잦다.  

 문제는 이런 경우에 안전율을 어떻게 설정해야 할 지 항상 의문이 든다는 것이다. 기준이나 지침에 기반한 경우 설계에 반영되는 여러 계수들에 이미 통계적인 안전율이 반영이 되어있으나, 기준을 벗어난 해석의 경우 실험을 통한 적절한 안전율이 검증이 부족하다. 이것은 mock-up test를 통한 실험을 진행한 경우에도 case study가 충분하지 않으므로 자주 지적이 나오는 내용이다. 

 결국 이런 경우는 비슷한 설계 case를 비교하여 엔지니어의 판단에 근거하여 설정할 수 밖에 없다. 실무자의 경험적 역량이 많이 요구되는 부분이다. 다만 이론적 공부와 설계기준 공부를 동시에 병행하면서 깊게하는 사람이라면 실무경험이 부족한 부분을 기준식과 이론식의 차이를 계산하여 비교하는 것으로 보완하는 것 역시 가능하다고 생각한다. 즉, 평소에 설계기준에 기반한 설계내력을 구조역학에 기반한 강도와 비교해서 어느정도 안전율이 반영되는지 계산을 스스로 많이 해보면 경험이 부족한 부분을 어느정도 극복할 수 있다고 생각한다. 기준의 참고 논문을 보면 이러한 내용들이 다루어진 경우가 꽤나 많으니 여유가 될 때 기준에서 참고한 논문을 간단히 훑는것도 도움이 된다고 생각한다. 최근에 게시글로 올린 2축 전단응력 검토에 대해 안전율을 유추해 본 것도 비슷한 예시이다.

https://gkjeong.tistory.com/231 

2축 전단응력 검토 방법 + 기준 수식 유도

 

 

 

오늘은 2009년도 건축구조기술사 기출문제 중 하나를 보면서 재료역학에 기반해서 푼 풀이와 기준에 기반한 풀이를 남겨둔다. (혹시 풀이에서 이상한 점이 있다면 제가 부족해서 놓친 부분이 있을 수 있으니 댓글 남겨주시길 바랍니다.)

 

 

사진이 잘렸는데 마지막 단위는 mm이다.