강재는 콘크리트 대비 경량·고강도이나 상대적으로 강성(탄성계수 대비 단면적)이 낮아, 압축재(기둥·가새)는 좌굴(Buckling)에, 휨재(보)는 처짐(Deflection)에 취약하다. 세장비(λ=Lk/r, 좌굴길이/단면2차반경)가 클수록 좌굴내력이 급격히 저하되고, 장스팬 보는 사용성(처짐) 기준이 강도 기준보다 먼저 지배하는 경우가 많다. 특히 시공 중(가설단계)에는 완성 후 구조계와 지지조건이 달라 좌굴길이가 늘어나므로 별도의 검토가 필요하며, 시험에서는 좌굴 형태·세장비 관리기준·처짐 제어대책(캠버링 등)이 자주 출제된다.
2. 좌굴 형태 및 처짐 개념 (그림)
그림① 압축재 좌굴형태(휨·비틀림·휨-비틀림·국부좌굴)와 휨재의 처짐(δ) 개념
3. 핵심 기준/원리
항목
내용
세장비(λ=Lk/r)
압축재의 좌굴길이(Lk)를 단면2차반경(r)으로 나눈 값 — 클수록 좌굴내력 급감
세장비 관리 일반원칙
주요구조부재(기둥) 200 이하, 가새 등 2차부재 250 이하로 관리하는 것이 일반적 원칙
좌굴 형태
전체좌굴(휨좌굴·비틀림좌굴·휨-비틀림좌굴), 국부좌굴(플랜지·웨브 판좌굴)
처짐 관리 일반원칙
보의 사용성 확보를 위해 활하중 처짐을 스팬의 일정 비율(예: L/360 내외) 이내로 관리하는 것이 통상적 기준
1. 정의압축재의 유효좌굴길이(Lk)를 단면2차반경(r)으로 나눈 값(λ=Lk/r)으로, 좌굴에 대한 취약성을 나타내는 지표이다.2. 관리기준일반적으로 주요구조부재(기둥)는 200 이하, 가새 등 2차부재는 250 이하로 관리하는 것이 원칙이다.3. 유의사항세장비가 클수록 좌굴내력이 급격히 저하되므로(오일러 좌굴하중은 Lk의 제곱에 반비례), 가새·지지점 추가로 유효좌굴길이를 줄이는 것이 가장 효과적인 관리방법이다.
용어예상국부좌굴(판좌굴)에 대하여 설명하시오. (10점)
1. 정의부재 전체가 아닌 플랜지·웨브 등 개별 판요소가 압축응력에 의해 파형으로 변형되는 현상이다.2. 방지대책판두께비(폭/두께) 제한, 스티프너(보강재) 설치로 방지한다.3. 유의사항국부좌굴은 전체좌굴보다 먼저 발생해 부재 전체의 내력을 저하시킬 수 있으므로, 단면 설계 단계에서 폭두께비 제한값을 확인해야 한다.
용어예상보의 캠버(Camber) 시공. (10점)
1. 정의하중 재하 시 발생할 처짐을 예상해 부재 제작 단계에서 반대방향으로 솟음(휨)을 주는 시공법이다.2. 목적사용하중 재하 후 처짐이 상쇄되어 수평도 및 사용성 기준을 만족시키기 위함이다.3. 유의사항캠버량은 설계 처짐량을 기준으로 산정하되, 시공하중(콘크리트 타설 등) 재하 시점을 고려해 과다·과소 캠버가 되지 않도록 관리해야 한다.
용어예상철골보의 처짐 허용기준(사용성 기준)을 설명하시오. (10점)
1. 정의보의 강도상 안전과 별개로, 사용상 지장(마감균열·처짐감·진동)이 없도록 처짐량을 제한하는 사용성 기준이다.2. 관리기준통상 활하중에 의한 처짐을 스팬의 일정 비율(예: L/360 내외) 이내로 관리하는 것이 통상적 기준이다.3. 유의사항장스팬 보는 강도 기준보다 처짐(사용성) 기준이 먼저 지배하는 경우가 많아, 설계 초기 단계부터 단면 강성·캠버 계획을 함께 검토해야 한다.
서술형예상철골 압축재의 좌굴 형태와 세장비 관리방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요강재는 경량·고강도이나 압축재는 세장비가 클수록 좌굴에 취약해지므로, 좌굴형태별 특성을 이해하고 세장비를 관리하는 것이 설계·시공의 핵심이다.Ⅱ. 좌굴 형태 (두문자 휨·비·휨비·국)① 휨좌굴 : 부재 전체의 단순 휨변형이다.② 비틀림좌굴 : 단면의 회전변형이다.③ 휨-비틀림좌굴 : 휨과 비틀림이 복합된 변형으로 비대칭 단면에서 발생한다.④ 국부좌굴 : 플랜지·웨브 등 판요소의 파형변형이다.Ⅲ. 세장비 관리방안① 세장비(λ=Lk/r) 일반원칙 : 주요구조부재 200 이하, 2차부재(가새 등) 250 이하로 관리한다.② 가새·버팀재로 유효좌굴길이(Lk)를 단축한다.③ 단면 폭두께비 관리로 국부좌굴을 방지한다.④ 스티프너 보강으로 웨브 좌굴을 억제한다.Ⅳ. 시공단계 유의사항완성계와 지지조건이 다른 가설(시공중) 단계는 좌굴길이가 늘어날 수 있어 별도 검토 및 임시가새 보강이 필요하다.
오일러 좌굴하중 Pcr=π²EI/Lk²에서 좌굴길이(Lk)의 제곱에 반비례하므로, 가새·지지점 추가로 Lk를 줄이는 것이 좌굴내력 확보의 가장 효율적인 방법이다.
Ⅴ. 맺음말좌굴은 취성적·급격한 파괴형태를 보이므로, 설계 여유율 확보와 시공중 임시보강 검토를 병행해 좌굴 사고를 예방해야 한다.
서술형예상철골보의 처짐 발생원인과 제어(관리) 방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요장스팬 철골보는 강도보다 처짐(사용성) 기준이 먼저 지배하는 경우가 많아, 처짐관리가 설계·시공 품질의 중요한 지표가 된다.Ⅱ. 처짐 발생원인① 부재 강성(단면2차모멘트) 부족.② 장스팬화에 따른 처짐 증가(처짐은 스팬의 4제곱에 비례).③ 합성작용 미확보(스터드 시공불량으로 인한 강성 저하).④ 시공하중·적재하중 과다.Ⅲ. 처짐 제어(관리)방안① 캠버 시공으로 예상처짐을 상쇄한다.② 단면 강성을 증대(춤 증가·판두께 증대)한다.③ 합성보를 적용(스터드 전단연결로 강성 증대)한다.④ 처짐 허용기준(스팬 대비 비율, 예 L/360) 이내로 설계한다.Ⅳ. 시공관리① 가조립 단계 처짐을 모니터링한다.② 콘크리트 타설 순서·하중을 분산 관리한다.③ 장스팬부는 시공 중 가설지지대(동바리) 적용을 검토한다.
장스팬 철골보에 캠버를 반영하지 않아 준공 후 바닥 처짐으로 마감재 균열이 발생한 사례 — 설계단계 캠버 반영의 중요성을 보여준다.
Ⅴ. 맺음말처짐은 구조안전보다 사용성·마감품질에 영향이 크므로, 설계 단계부터 캠버·강성계획을 수립하고 시공 중 지속 모니터링해야 한다.
📚 출처·근거
KCS 14 31 xx (강구조공사 표준시방서)
KDS 14 31 xx (강구조 설계기준)
KS D (강재 규격)
※ 본 정리는 위 기준을 바탕으로 학습용으로 재구성한 것으로, 세부 수치·조항은 최신 개정본 확인 필요. 예상문제 출처는 "예상"이며, 실제 출제 회차는 기출 수집(/crawl) 후 표기됩니다.