철근콘크리트 fck, fy, 철골 fy에 대하여(재료의 강도)

요약

철근콘크리트 fck는 콘크리트의 압축강도를 의미합니다.

철근콘크리트 fy는 철근의 항복강도를 의미합니다.

철골의 fy는 철골의 항복강도를 의미합니다.

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1. 철근콘크리트

1.1 콘크리트

KDS 14 20 00 구조설계기준에서
- 콘크리트 관련 용어 정리

·구조용 콘크리트(structural concrete): 재령 28일의 설계기준압축강도가 18MPa 이상인 콘크리트
·배합강도(proportioning strength): 콘크리트의 배합을 정하는 경우에 목표로 하는 압축강도
·콘크리트의 설계기준압축강도(specified compressive strength of concrete): 콘크리트 부재를 설계할 때 기준이 되는 콘크리트의 압축강도

- 콘크리트 관련 기호 정리

·$f_{ck}$ : 콘크리트 설계기준압축강도, MPa
·$f_{cr}$ : 콘크리트 배합강도, MPa
·$f_{cm}$ : 콘크리트의 평균 압축강도, MPa
·$f_{cm}(t)$ : 재령 t일에서 콘크리트의 평균 압축강도. MPa

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철근콘크리트에서 콘크리트 설계기준압축강도인 $f_{ck}$에 대해서 전달드리겠습니다.

철근콘크리트 구조에서 보통 콘크리트는 압축, 철근은 인장에 대하여 외력에 저항하는 것으로 알고 있습니다. 구조설계기준에서도 휨설계강도 계산식에 콘크리트 인장변형률 부분에 대해서 인장강도 0으로 계산하게 되어 있습니다. 따라서 콘크리트 인장강도보다는 압축강도가 더 중요하다고 생각이 되고요. KS 기준(KS F 2403, KS F 2405) 에 따라서 콘크리트 압축강도시험이 진행되어야 할 것 같습니다.

KS F 2403  /  KS F 2405

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콘크리트 재료에 대해서 기준에서 확인할 수 있는데 저에게는 문장이 어렵고 식도 어렵고 길기도 하네요....

KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계(강도설계법) 일반 

위 기준사이트에서 확인이 가능합니다.

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콘크리트 압축강도는 21MPa~30MPa를 많이 사용하고 기사, 공기업 필기 시험에도 자주 등장할텐데요.

이 강도는 21MPa = 21 N/$mm^2$, 즉 1$mm^2$ 당 21N의 압축력에 저항할 수 다는 것입니다.

1kN의 크기에 대한 감은 100kg의 사람이 중력하중을 받는 경우 1kN의 힘을 중력방향으로 가한다고 생각하시면 됩니다.

 

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* 압축강도 시험 방법

출처 : https://www.jkta.or.kr/articles/xml/Z5qn/

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1.2 철근

연성강재요소 : 인장시험 결과 연신율이 14% 이상이고 단면적 감소가 30% 이상인 요소
취성강재요소 : 인장시험 결과 연신율이 14% 미만이거나 단면적 감소가 30% 미만인 경우 또는 두 가지에 모두 해당되는 요소
연신율 :  인장시험에서 재료가 파단되지 않고 늘어나는 비율
연성 : 탄성한계보다 큰 하중을 가할 때 파단되지 않고 길이방향으로 늘어나는 물질의 성질
취성 : 탄성한계보다 큰 하중을 가할 때 파단되는 물질의 성질
* 용어 정리를 하면서 알게된 것.  - 모든 철근이 연성재료로 분류되는 줄 알았는데, KS D 3504 표에 연신율이 14% 미만인 철근의 종류가 있다는 것을 알게되었다.

 

 

철근콘크리트 구조에서 철근은 인장력에 저항하기 때문에 철근의 항복강도가 중요합니다.

KS D 3504 : 2021에서  이형 봉강에 종류와 기호, 기계적 성질 등을 나타내주었습니다.

종류		기호 (1)
이형 봉강	일반용	SD300
		SD400
		SD500
		SD600
		SD700
	용접용	SD400 W
		SD500 W
	특수내진용	SD400 S
		SD500 S
		SD600 S
		SD700 S
(1) 표시 방법 : SD(Steel Deformed bar)와 하부 항복점 또는 항복 강도의 최소치로 표기하며, 용접용 및 특수내진용의 경우 W(Weldable) 및 S(Seismic) 표기를 이어서 사용한다.

<표 1 - 종류 및 기호>

 

 

종류 기호	항복점 또는 항복 강도	인장 강도 a	인장 시험편	연신율 b  %	굽힘성
					굽힘각도	안쪽 반지름
SD300	300 ~ 420	항복 강도의 1.15배 이상	2호에 준한 것	16 이상	180 º	D 16 미만 : 공칭 지름의 2배 D 16 이상 D22 미만  : 공칭 지름의 2.5배 D 22 이상 D 29 미만 : 공칭 지름의 3배 D 29 이상 D 38 미만  : 공칭 지름의 4배 D 38  이상 : 공칭 지름의 5배
			3호에 준한 것	18 이상
SD400	400 ~ 520	항복 강도의 1.15배 이상	2호에 준한 것	16 이상	180 º
			3호에 준한 것	18 이상
SD500	500 ~ 650	항복 강도의 1.08배 이상	2호에 준한 것	12 이상	135 º
			3호에 준한 것	14 이상
SD600	600 ~ 780	항복 강도의 1.08배 이상	2호에 준한 것	10 이상	90 º
			3호에 준한 것
SD700	700 ~ 910	항복 강도의 1.08배 이상	2호에 준한 것	10 이상	90 º
			3호에 준한 것
SD400 W	400 ~ 520	항복 강도의 1.15배 이상	2호에 준한 것	16 이상	180 º
			3호에 준한 것	18 이상
SD500 W	500 ~ 650	항복 강도의 1.15배 이상	2호에 준한 것	12 이상	180 º
			3호에 준한 것	14 이상
SD400 S	400 ~ 520	항복 강도의 1.25배 이상	2호에 준한 것	16 이상	180 º
			3호에 준한 것	18 이상
SD500 S	500 ~ 620	항복 강도의 1.25배 이상	2호에 준한 것	12 이상	180 º
			3호에 준한 것	14 이상
SD600 S	600 ~ 720	항복 강도의 1.25배 이상	2호에 준한 것	10 이상	90 º
			3호에 준한 것
SD700 S	700 ~ 820	항복 강도의 1.25배 이상	2호에 준한 것	10 이상	90 º
			3호에 준한 것
a 인장 강도는 실측한 항복 강도의 비율로서 규정된 비율 이상이어야 한다. b 이형 봉강에서 치수가 호칭명 D32를 초과하는 것에 대해서는 호칭명 3을 증가할 때마다 표 3의 연신율의 값에서 각각 2를 감한다. 다만, 감하는 한도는 4로 한다.

<표 2 - 기계적 성질>

KS D 3504 : 2021

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일반적으로 철근은 균질한 재료이기 때문에 콘크리트와 달리 응력변형률선도에서 항복강도와 인장강도를 명확하게 확인할 수 있습니다.

 

응력-변형률 선도 (출처 - 위키백과)

 

 

 

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2. 철골

2.1 철골

KDS 구조설계기준에서 철골의 구조용 강재 표준 및 기호에 대해서 정리해주었는데요.

아래의 표에서 확인할 수 있습니다. 여기서 강재기호에 영문과 숫자가 조합되어 있는데, 한국산업표준, KS 홈페이지에서 더 자세하게 확인할 수 있습니다. 

S M 275 A
S : STELL
M : 제품의 형상이나 용도 및 강종
275 : 강종의 최저 항복강도, 재료의 종류, 번호
A : 충격흡수에너지에 대한 강재의 품질

 

	표준		강재기호
주요 구조용 강재	KS D 35031)	일반 구조용 압연 강재	SS235, SS275, SS315, SS410, SS450, SS550
	KS D 3515	용접 구조용 압연 강재	SM275A, B, C, D, - TMC SM355A, B, C, D, - TMC SM420A, B, C, D, - TMC SM460B, C, - TMC
	KS D 3529	용접 구조용 내후성 열간 압연 강재	SMA275AW, AP, BW, BP, CW, CP SMA355AW, AP, BW, BP, CW, CP SMA460W, P
	KS D 3003	항만 및 해양 구조용 내식성 강재	HSM380
	KS D 3861	건축구조용 압연 강재	SN275A, B, C SN355B, C SN460B, C
	KS D 3866	건축구조용 열간 압연 형강	SHN275, SHN355, SHN420, SHN460
	KS D 3868	교량구조용 압연 강재	HSB380, L, W HSB460, L, W HSB690, L, W
	KS D 5994	건축구조용 고성능 압연강재	HSA650
강관	KS D 35662)	일반 구조용 탄소 강관	SGT275, SGT355, SGT410, SGT450, SGT550
	KS D 35682)	일반 구조용 각형 강관	SRT275, SRT355, SRT410, SRT450, SRT550
	KS D 3632	건축 구조용 탄소 강관	SNT275E, SNT355E, SNT460E, SNT275A, SNT355A, SNT460A
	KS D 3777	철탑용 고장력강 강관	SHT410, SHT460
	KS D 3864	용접 구조용 냉간 각형 탄소 강관	SNRT295E, SNRT360E, SNRT275A, SNRT355A
	KS F 4602	기초용 강관 말뚝	STP275, STP355, STP380, STP450, STP550
	KS F 4605	강관 시트 파일	SKY400, SKY490,SKY500
	KS D 3300	항만 및 해양구조용 내식성강관	STKM380
경량 및 기타구조용 강재	KS D 3530	일반 구조용 경량 형강	SSC275
	KS D 3558	일반 구조용 용접 경량 H형강	SWH275, L SWH355, L SWH420, L SWH460, L
	KS D 3602	강제갑판	SDP1, 2, 3
	KS D 3858	냉간 성형 강 널말뚝	SPY345, W SPY450 SPY345M, SPY380M
	KS F 4603	H형강 말뚝	SHP275, W SHP355W, SHP450W
	KS F 4604	열간압연강 널말뚝	SY300, W SY400, W
	KS D 3542	고 내후성 압연 강재	SPA-H, SPA-C
주1) KS D 3503 강재 적용은 비용접부재로 한정한다. 다만, 판 두께 22mm 이하의 가설자재로 사용하는 경우나, 2차부재로서 용접구조용 강재(예 : SM재)의 입수가 곤란한 경우에는 용접 시공시험을 통해 용접성에 문제가 없음을 확인한 후 SS275 강종에 한하여 사용 가능하다. 주2) KS D 3566 및 KS D 3568의 SGT, SRT 강관은 원칙적으로 주요 구조 부재로 사용하는 경우 용접하여 사용하지 않는다. 용접성이 요구되는 강관에는 KS D 3632, KS D 3864를 사용한다.

 

강구조 설계 일반사항 (허용응력설계법) KDS 14 30 05 :2024

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제 나름대로 건축기사와 공기업 문제에 나오는 재료 강도에 대해 정리해봤는데요. 잘못된 정보가 있을 경우 댓글 남겨주시면 감사하겠습니다.