강도와 사용성은 같은 계산의 여유율이 아니다
강도검토는 계수하중에 대한 소요강도와 설계강도를 비교해 휨, 전단, 축력과 비틀림에 대한 저항을 확인한다. 사용성검토는 사용 중 하중에서 균열, 처짐과 피로가 구조물의 기능·내구성·외관을 해치지 않는지 판단한다. KDS 14 20 30 1.2는 사용성 검토에서 균열, 처짐과 피로의 영향을 고려하도록 정한다. 따라서 강도비가 1.0 이하라는 결과만으로 수밀성, 배수경사, 부착된 비구조 요소의 손상과 장기처짐까지 적합하다고 판단하지 않는다.
계산서 첫 단계에서 한계상태별 하중과 결과를 나눈다. 강도검토에는 해당 구조물의 계수하중조합을 적용하고, 사용성검토에는 실제 지속하중·활하중과 노출환경을 적용한다. 도면에는 콘크리트와 철근의 설계기준강도뿐 아니라 피복, 철근 간격, 이음과 시공이음, 배수·방수 조건을 표시한다. 이 정보가 빠지면 구조해석 결과가 같더라도 현장에서 균열 제어 성능은 달라질 수 있다.
균열은 발생 여부보다 허용 목적과 환경을 먼저 정한다
일반 부재는 KDS 14 20 30의 철근 배치와 상세 규정을 만족하면 균열검토를 수행한 것으로 볼 수 있지만, 수밀성이 필요하거나 외관이 중요한 구조물은 허용균열폭을 별도로 정해 검토할 수 있다. 균열폭은 하나의 보편값으로 고정하지 않는다. 같은 폭도 건조한 실내, 습윤부, 염해 등 부식성 환경과 수처리 구조물에서 의미가 다르기 때문이다. 온도변화와 건조수축에 필요한 추가 철근도 주철근과 별도로 확인한다.
KDS 14 20 30 부록 표 4.1-1은 철근콘크리트의 내구성 허용균열폭을 환경별로 제시한다. 철근을 사용한 경우 건조 환경은 0.4 mm와 0.006c 중 큰 값, 습윤 환경은 0.3 mm와 0.005c 중 큰 값이다. 부식성 환경은 0.3 mm와 0.004c 중 큰 값, 고부식성 환경은 0.3 mm와 0.0035c 중 큰 값을 적용한다. 여기서 c는 최외단 주철근 표면에서 콘크리트 표면까지의 최소 피복두께(mm)다. 이 값은 해당 표의 적용조건에 한정하고, 누수 방지가 핵심인 수처리 구조물은 부록 표 4.1-2의 별도 기준과 발주조건을 확인한다.
처짐은 균열강성과 장기효과를 같은 시간축에 놓는다
처짐 검토는 탄성계수와 전단면 단면2차모멘트만 넣은 즉시처짐으로 끝내지 않는다. KDS 14 20 30 4.2.1은 순간처짐을 계산할 때 균열과 철근이 부재강성에 미치는 영향을 고려하고, 지속하중에 대해서는 크리프와 건조수축에 의한 추가 장기처짐을 더하도록 정한다. 비구조 요소가 부착된 뒤 발생한 처짐을 따로 보는 항목도 있으므로, 마감·관로·방수층의 설치시점을 공정표와 맞춰야 한다.
차량과 보행자 등 동하중을 주로 받는 단순 또는 연속경간 부재는 활하중과 충격에 의한 처짐을 경간의 1/800 이하로 제한하며, 보행자가 이용하는 도시 지역 교량은 1/1,000 이하로 제한한다. 캔틸레버는 같은 하중에 대해 길이의 1/300 이하, 보행자 이용을 고려하면 1/375 이하를 적용한다. 이는 KDS 14 20 30 4.2.1(7)의 대상 부재에 적용하는 값이다. 일반 지붕·바닥과 부착 비구조 요소는 표 4.2-2에서 별도 조건을 확인하며, 교량 값을 모든 콘크리트 구조물에 옮겨 쓰지 않는다.
부재 치수나 사용조건이 바뀌면 두 검토를 함께 갱신한다
검토 순서는 구조형식과 지지조건 확인, 하중의 크기·지속시간 구분, 강도검토, 노출환경과 수밀성 판단, 균열·처짐 계산, 상세도 대조 순으로 잡는다. 흔한 오류는 철근량을 늘리면 균열과 처짐이 모두 자동으로 해결된다고 보는 것이다. 철근량과 배치는 균열간격과 강성에 영향을 주지만, 피복·철근 직경, 지속하중, 경간, 부재 깊이, 시공단계와 온도·수축 조건도 결과를 바꾼다. 계산서에는 각 입력값의 출처와 적용 한계상태를 표시한다.
슬래브·보 두께, 개구부, 지지조건, 상재하중, 배수경사, 방수등급 또는 비구조 요소의 설치시점이 바뀌면 강도비만 다시 계산하지 않는다. 변경 전후의 즉시처짐과 장기처짐, 균열폭, 철근 간격과 피복, 배수·방수 상세를 함께 갱신한다. 현장 균열을 확인할 때에는 폭만 재지 말고 위치·방향·길이·누수, 온도와 하중상태, 시간별 변화를 기록한다. 계산 가정과 다른 균열 양상이나 처짐 증가가 보이면 하중, 경계조건, 재료강성과 시공이력을 다시 확인한 뒤 보수 여부와 구조 재검토 범위를 정한다.