강성기초와 연성기초의 차이

개요

기초와 기초지반의 강성에 따라서 강성기초와 연성기초로 구분할 수 있습니다. 기초를 강성기초로 설계해야 할지 아니면 연성기초로 설계해야 할지는 다음의 식을 통해서 결정할 수 있습니다. 

β = {(B₁×k) / (4×E×I)}^(¼)

강성법을 적용하기 위해서는 다음의 조건을 충족해야 합니다.

1. 기둥간격이 규칙적이며,
2. 기둥의 간격이 1.75/β 보다 작아야 하고,
3. 인접 기둥 간격이 20% 이상 차이가 나지 않아야 합니다.

이 조건을 만족하지 못할 경우 연성법으로 기초를 설계해야 합니다.

 

 

강성기초

강성기초(강성법)

강성기초는 지반의 강성보다 기초의 강성이 큰 경우로 기초의 변형을 고려하지 않는 기초입니다. 기초의 변위 및 안정성을 검토 할 때, 기초 자체의 탄성변형을 무시할 수 있습니다. 강성기초는 다음과 같은 조건을 가정합니다.

• 기초는 강체이다.
• 지반은 성형탄성체이다.
• 기초저면 접지압 분포가 선형이다.(균등, 직선적)
• 접지압의 중심과 상부 재하중 합력의 작용선이 일치한다.

 

연성기초

연성기초(연성법)

연성기초는 지반의 강성이 기초보다 상대적으로 큰 경우로 지반반력이 기초저면에 등분포로 작용하는 기초를 말합니다. 연성기초는 다음과 같은 조건으로 가정합니다.

• 지반을 탄성스프링으로 대체한다.
• 기초판이 무한개의 스프링으로 지지되어 있다.

 

차이점

강성기초의 접지압은 균등 또는 직선적으로 분포하여 강성기초의 침하는 토질에 상관없이 균등하게 일어납니다. 반면, 연성기초의 접지압은 불균등 또는 곡선적으로 분포하여 점성토지반과 사질토지반에 따라 침하의 양상이 다르게 나타납니다. 점성토 지반에서는 재하중의 중심이 침하가 크게 발생되고 사질토 지반에서는 기초의 구속효과로 인해 재하중의 가장자리가 침하가 큽니다.

 

설계 시 차이점은 강성법의 경우 접지압 분포 계산이 매우 간편하며, 기초강성이 큰 경우 타당합니다. 하지만, 지반과 기초 사이의 상호작용이 무시되는 경향이 있고, 지반반력을 단순화 시켜 경제적인 설계에 방해가 된다는 단점이 있습니다. 그리고 침하 검토는 별도로 수행해야 합니다.

연성법의 경우는 반대로 지반과 기초 사이의 상호작용이 고려되며, 지반반력을 보다 합리적으로 산출할 수 있어 경제적인 설계에 도움이 됩니다. 단점은 설계 시 지반반력계수가 필요하고, 지반의 지지력이 만족되어야 하며, 스프링을 독립적으로 취급하여 계산이 복잡합니다. 

 

전면기초와 같은 접지면적이 넓은 기초를 설계할 때, 기초의 두께를 경제적으로 설계하기 위해서는 연성법을 적용하는 것이 좋습니다. 강성법은 지반에 비하여 기초가 충분이 강성이 크다는 것을 전제로 하기 때문에 그만큼 기초 두께도 커질 수 있기 때문입니다.