건축에서 PHC Pile의 설계

1. 개요

 

1-1. PHC Pile의 허용응력도
 콘크리트의 설계기준강도가 800kg/㎠ 이상인 PHC Pile은 원칙적으로 표-1과 같이 A~F종의 6종류로 구분한다.(우리나라에서는 A,B,C종에 대하여서만 적용)

표-1. PHC Pile의 종류와 설계기준강도

PHC Pile의 종류	콘크리트의 설계기준강도 (kgf/㎠)	유효프리스트레스량  (kgf/㎠)
A  (95% 사용)	800이상	40
B	850이상	80
C	850이상	100
D	850이상	120
E	850이상	140
F	850이상	160
(비고) 1. 콘크리트의 설계기준강도는 다음식에 적합한 것으로 한다.          F ≤   - 3σ    이 식에 있어서 F, , σ는 각각 다음의 수치를 적용한다.    F : 콘크리트의 설계기준강도(kgf/㎠)      : 콘크리트의 평균압축강도 (kgf/㎠)    σ: 콘크리트 압축강도의 표준편차(kgf/㎠) 2. 유효프리스트레스의 양은 상기수치의 ±5% 또는 ±5kgf/㎠의 범위로 한다. 3. 초기긴장시에 있어서 인장응력도는 0.7Fu 또는 0.8Fy 중 작은쪽의 수치를 초과하지 않도록 한다.  여기서 Fu 및 Fy는 PC강재의 인장강도 및 항복강도를 말한다.

 

1) 콘크리트의 허용응력도

    허용응력도는 원칙적으로 파일의 종류에 따라 표-2에 나타낸 수치로 한다.

표-2. 콘크리트의 허용응력도

종류	장기응력에 대한 허용응력도 (kgf/㎠)			단기응력에 대한 허용응력도 (kgf/㎠)
	압축	휨인장	사인장	압축	휨인장	사인장
A	200	10	12	400	20	18
B	240	20	12	425	40	18
C	240	25	12	425	50	18
D	240	25	12	425	50	18
E	240	25	12	425	50	18
F	240	25	12	425	50	18

 

2) 세장비(길이경비)에 따른 장기응력에 대한 압축응력도의 저감율은 (L/D-85)% 까지 되는 것으로 본다.  이 경우에 있어서 L 및 D는 각각 파일길이 및 파일지름을 나타낸다.

3) 이음부(용접이음에 한함)에서의 장기응력에 대한 압축허용응력도의 저감율은 5 n %로 한다.   이 경우에 있어서 n은 이음부의 개소를 나타낸다.

 

 

1-2. 지진시 설계용 외력     생략

 

 

1.3 설계계산의 정도(精度)

 항기초의 설계를 행하는 경우 주어지는 조건으로서는 재료, 예를 들면 강재, 콘크리트와 같은 깅도 특성이 비교적 자세하게 주어지는 것과 흙과 같이 재료특성이 복잡하여 강도특성을 단순화 하여 정하지 않으면 안되는 것이 있고 설계상에서는 정도가 다른 조건으로 각종의 설계가 이루어 지는 경우가 많다.

 

   따라서 설계의 정도를 무조건 높이는 것이 반드시 적절하다고만 할 수 없으며 가정한 설계조건의 정도를 충분히 파악한 후에 그 정도를 정하는 것이 바람직하다.

표-1은 일반적인 계산치의 최소단위을 표시하였다.

 

표-1. 계산치의 최소단위의 예 

항     목	단 위	계산치의 최소치
수평방향 지반반력계수	kgf/㎠	0.1
N 치	-	1.0
파일의 축방향 스프링정수	tf/m	10
파일의 축방향력	tf/본	1.0
지반반력도	kgf/㎠	1.0
변위량	cm	0.1
콘크리트 축방향 압축응력도	kgf/㎠	1.0
콘크리트 휨압축응력도	kgf/㎠	1.0
콘크리트 지압응력도	kgf/㎠	1.0
콘크리트 전단응력도	kgf/㎠	0.1
콘크리트 부착응력도	kgf/㎠	0.1
철근 응력도	kgf/㎠	10
강재 응력도	kgf/㎠	10
PC강재 응력도	kgf/㎠	10

 

 

 

2. 파일의  지지력

2.1 허용 연직지지력

 파일의  장기허용 연직지지력은  파일 본체의 장기허용 압축응력 이하 또는 다음에 기술한 수치 이하로 한다.

 

1. 재하시험을 행한 경우는 원칙적으로 극한지지력 이하 또는 기준지지력 이하의 1/3
2. 재하시험을 행하지 않는 경우는  지지력 계산식에 의하여 구한 극한지지력 또는 기준지지력의 1/3

    일반적으로는 재하시험을 행하지 않는 경우가 많으며 이때는  지지력 계산식에 의하여 산정하는 것으로 한다.  지지력  산정공식은 파일의 시공법에 의한  파일의 선단지지력계수 α치가 30, 25 또는 20의 3종류로 되어 있고 이것에 의하여 선단극한지지력을 구하여 여기에 극한주면마찰력을 더한 합계치의 1/3으로 산정한다.

            1
 Ra = ---- (Rp + Rf)
            3

여기서  Ra = 장기허용 연직지지력(tf)
            Rp = 선단극한지지력(tf)
            Rf =  극한마찰력(tf)

   여기서 Rp 및 Rf의 산출방법은 각종 시공법에 따라서 상이하며  그 계산 공식은 아래와 같다.

 

(1) 타격공법 

선단지지력 산정식	Rp = 30 Ap
파일 선단부의 조건	는 파일 선단부근의 평균 N치로≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (1/5 s Ls + 1/2  .Lc ) ψ   s ≤50   ≤20

 

(2) 프리보링 하부고정 공법 

선단지지력 산정식	Rp = 20 Ap
파일 선단부의 조건	는 파일 선단부근의 평균 N치로 ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (1/5 s Ls + 1/2 Lc ) ψ    s ≤25    ≤10

 

(3) 프리보링 최종타격공법 

선단지지력 산정식	Rp = 30 Ap
파일 선단부의 조건	는 1D ~ 4D의 평균 N치로  ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (1/5 s Ls + 1/2  Lc ) ψ   s ≤25   ≤10

 

(4) 프리보링 최종 경타공법 

선단지지력 산정식	Rp = 25 Ap
파일 선단부의 조건	는 1D ~ 4D의 평균 N치로 ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (0.9 Lc + 2.4 Ls ) ψ

 

(5) 프리보링 확대하부 공정공법

선단지지력 산정식	Rp = 25 Ap
파일 선단부의 조건	는 1D ~ 4D의 평균 N치로 ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (1/5 s Ls + 1/2 Lc ) ψ   s ≤25    ≤10   항주고정액을 사용하지 않는 경우 1.5L ψ

 

(6) 중굴 확대하부 고정공법 

선단지지력 산정식	Rp = 25 Ap
파일 선단부의 조건	는 1D ~ 4D의 평균 N치로 ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = 1.5 L ψ

 

(7) 회전 하부 고정공법 

선단지지력 산정식	Rp = 25 Ap
파일 선단부의 조건	는 1D ~ 4D의 평균 N치로 ≤60
주면마찰력 산정식	Rf = (1/5 s Ls + 1/2 Lc ) ψ   또는   Rf = 1.5 L ψ

 

    파일의 단기허용 연직지지력은 파일 본체의 단기허용 압축응력 이하 또는 장기허용 연직지지력의 2배 이하로 한다.

 

 

2.2 허용 인발력        생략

 

 

 

2.3. 부 마찰력           생략

 

 

출처 : 파일사랑 블로그(http://www.pile.pe.kr/)