강성벽체, 연성벽체는 다릅니다. 그런데 벽체를 설계할때 이 벽체의 구분을 먼저할 수 있어야 합니다. 벽체 설계의 방향을 먼저 잡는다는 것이죠. 이유는 어떤 벽체로 볼건지에 따라 종류, 토압, 변위를 구하는 방법이 다르기 때문입니다. 또 벽체에 따라서 토압 분포가 어떻게 다른지, 적용하는 토압는 무엇인지, 변위는 왜 다른지, 어떻게 다른지에 대해 정리해봤습니다. 강성벽체, 연성벽체에 관련 정보에 도움이 되시길 바랍니다.
목차
강성벽체란
벽체가 배면토사를 충분히 지지할만큼 강성이 큰 벽체를 말합니다. 강성 벽체 종류는 아래와 같습니다.
강성벽체 종류
콘크리트 옹벽을 주로 강성 벽체라고 부릅니다. 강성 벽체는 배면 토사 등의 하중을 충분히 지지할 만큼 강성이 큰 부재가 특징입니다. 옹벽으로 콘크리트 부재를 사용했다면 두께에 크게 상관없이 강성 벽체라고 볼 수 있습니다. 물론, 허용 변위를 만족하는 콘크리트 벽체가 되어야겠습니다.
- 콘크리트 벽체 – 철근 콘크리트 벽체, 프리캐스트 콘크리트 벽체
- 조적 벽체 – 벽돌조/블록조/석재조 벽체
연성벽체란
벽체가 배면토사를 직접 지지하지 못하는 벽체가 일반적입니다. 구조체 벽체라기 보다 비구조재로 외벽에 사용되는 경우가 많습니다. 하지만, 흙막이공도 연성 벽체에 포함되는데, 이는 연성 벽체에 추가적인 구조체를 추가함으로써 구조적 보강을 한 경우입니다.
연성벽체 종류
흙막이 가시설(흙막이공)와 같은 강재 벽체라고 볼 수 있습니다. 강재 벽체보다
- 철재 벽체 – sheet pile
- 목재 벽체 – 목구조 벽체, CLT(Cross Laminated Timber) 벽체
- 경량 금속 벽체 – 알루미늄 패널 벽체 등 경량 강재 패널
강성벽체, 연성 벽체 기초
두 벽체에 기초에서도 큰 차이가 있습니다. 배면토사를 전체적으로 지지하는 강성벽체는 기초도 그만한 강성이 있어야 됩니다. 강성 벽체와 기초 접합부를 먼저 봐야겠죠. 강성 벽체의 경우, 기초와 접합조건은 고정조건으로 변위는 없고, 모멘트를 전달하는 조건입니다. 그리고 기초의 강성은 최소 벽체와 비슷하거나 큰 상태가 되는 것이 일반적입니다.
연성 벽체의 기초는 있을 수도 있고, 없을 수도 있습니다. 위의 마감을 위한 경량 벽체의 경우, 기초가 있겠죠. 단, 연성 벽체의 하중을 전달받는 기초는 아닐겁니다. 그리고 흙막이벽체의 경우, 별도의 기초는 없을 것입니다.
강성, 연성 벽체 변위
강성 벽체와 연성 벽체의 변위를 산정하는 방법은 조금 다릅니다. 강성 벽체의 경우, 배면의 토압을 산정하여 벽체에 발생하는 벽체 변위만 고려하면 되죠. 하지만, 연성 벽체의 경우 다릅니다. 배면 토사를 모두 지지할 수 없으니, 벽체 변위와 배면 토사의 변위를 모두 고려해야 합니다.
그럼 강성 벽체와 연성 벽체의 토압 분포도 다르겠죠? 특히, 연성 벽체에 작용하는 토압 분포는 직선적으로 발생하지 않습니다. 복잡하겠죠. 토압 분포를 이해하면 강성 벽체와 연성 벽체의 차이를 좀 더 이해하기 쉬울거 같습니다. 아래에 같이 보시죠.
강성, 연성 벽체 토압 차이
배면토사 주동파괴면
강성 벽체의 경우, 배면 토사의 파괴는 직선으로 발생하는 특징이 있습니다. 즉, 주동파괴면이 직선으로 발생하는 것이죠. 그리고 주동파괴면이 발생하는 각도는 (45+φ/2)를 이루는 것이 일반적입니다.
연성 벽체는 주동파괴면이 직선적으로 발생하지 않습니다. 즉, 배면토사의 파괴는 포물선을 이루며 발생하는 특징이 있습니다. 또 배면토사의 파괴가 진행성 파괴를 이루는 것도 특징이라고 볼 수 있겠습니다.
벽체 토압분포도
강성벽체에 작용하는 토압은 주동토압 또는 정지토압 중 한가지만 적용하는게 일반적입니다. 즉, 강성 벽체의 구조체에 특징, 목적에 맞게 주동 또는 정지토압 중 한가지 토압을 적용하면 됩니다.
연성벽체에 작용하는 토압은 한 가지로 정의되지 않습니다. 정지 토압과 주동 토압을 모두 적용해야 합니다. 그 이유는 연성 벽체는 변위가 발생하기 때문이며, 연성 벽체는 일정변위를 허용하기 때문입니다. 다시 말해서, 연성 벽체는 일정 변위를 허용하고 이 변위에 따라 토압이 작용하기 때문에 정지토압과 주동토압을 모두 고려해주는 것이 맞다는 겁니다.
벽체 토압 종류
강성 벽체와 연성 벽체에 적용하는 토압이 다르다고 설명드렸습니다. 실제 실무에 어떤 토압을 적용하는지 구분하여 설명드리겠습니다.
강성 벽체는 위에 설명드렸듯이, 배면토사 파괴면이 직선적으로 발생하는데, 토압은 Coulomb 토압 또는 Rankine 토압을 적용하여 설계합니다. 이 두 가지 토압 중 어떤 토압을 적용하는지는 다음에 상세히 설명드리겠습니다.
연성 벽체는 변위에 따라 작용하는 토압이 다르니, 경험토압을 추가로 적용하는게 일반적입니다. 경험토압? 토질 종류에 따라 적용할 수 있는 경험 토압식이 있습니다. 다음에 같이 다뤄보도록 하겠습니다.
이상으로 강성 벽체, 연성 벽체에 작용하는 토압, 변위, 파괴면, 특징을 다뤄봤습니다. 도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.