허용응력설계법 (allowable stress design)

건축학·도시계획학
한 줄 정의: 부재에 발생하는 응력이 재료의 허용응력을 넘지 않도록 설계하는 전통적인 설계법으로, 안전율을 재료 강도에 적용한다.
허용응력설계법허용응력설계법: 왼쪽 허용응력설계법와 오른쪽 강도·한계상태설계법를 비교한다. 재료 강도에 적용 대 하중·저항에 각각, 단일 안전율 대 계수 분리, 목구조·조적·지반 대 콘크리트·강구조.안전여유를 두는 곳허용응력설계법강도·한계상태설계법vs재료 강도에 적용강도 ÷ 안전율 = 허용응력하중·저항에 각각하중계수·저항계수단일 안전율하중별 불확실성 반영 못함계수 분리하중 종류별 차이 반영목구조·조적·지반일부에서 여전히 사용콘크리트·강구조국내 기준이 전환한계단일 안전율이라 고정하중·활하중 중 무엇이 지배하느냐에따라 실제 안전여유가 달라짐허용응력설계법허용응력설계법: 왼쪽 허용응력설계법와 오른쪽 강도·한계상태설계법를 비교한다. 재료 강도에 적용 대 하중·저항에 각각, 단일 안전율 대 계수 분리, 목구조·조적·지반 대 콘크리트·강구조.안전여유를 두는 곳허용응력설계법강도·한계상태설계법vs재료 강도에 적용강도 ÷ 안전율 =허용응력하중·저항에각각하중계수·저항계수단일 안전율하중별 불확실성반영 못함계수 분리하중 종류별 차이반영목구조·조적·지반일부에서 여전히 사용콘크리트·강구조국내 기준이 전환한계단일 안전율이라 고정하중·활하중 중 무엇이지배하느냐에 따라 실제 안전여유가 달라짐

쉽게 풀면

재료가 견딜 수 있는 힘보다 훨씬 낮은 기준(허용응력)을 넘지 않게 설계하는, 옛날부터 써온 방법이에요. 재료가 버틸 수 있는 최대 힘보다 훨씬 낮은 수준까지만 쓰도록 정해두고, 그 안에서 설계하는 오래된 방법이다.

왜 중요한가

허용응력 설계법은 사용 하중에서의 응력이 재료 강도를 안전율로 나눈 값 이하인지 확인하는 방식이어서 계산이 직관적이고 오랫동안 구조 설계의 표준이었으며, 지금도 목구조나 조적, 지반 설계의 일부에서 쓰입니다. 기존 건물의 구조 안전 진단에서 과거 설계 기준을 이해하려면 반드시 알아야 하는 방법입니다. 허용응력설계법은 목구조나 일부 경량구조에서 여전히 활용되고 있어, 강도설계법이 주류가 된 오늘날에도 완전히 사라진 방법은 아니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"목구조 부재는 허용응력설계법에 따라 재료의 기준강도에 안전율을 나눈 허용응력 이내로 설계응력을 제한하였다."

기준강도에 안전율을 적용해 허용응력을 산정하는 허용응력설계법의 절차를 설명한다.

구조공학 연구에서는 허용응력설계법으로 설계된 부재가 한계상태설계법과는 다른 방식으로 안전여유를 확보한다고 설명한다.

허용응력설계법은 단일 안전율로, 한계상태설계법은 하중·저항계수로 안전여유를 반영한다는 차이를 보여주는 서술이다.

조금 더 깊게 보면

허용응력 설계법은 하중의 종류와 불확실성에 관계없이 하나의 안전율을 쓰기 때문에, 고정하중이 지배하는 경우와 활하중이 지배하는 경우의 실제 안전 여유가 다르다는 한계가 있습니다. 극한강도 설계법과 한계상태 설계법은 하중과 저항에 각각 다른 계수를 두어 이 문제를 해결했으며, 국내 콘크리트·강구조 기준도 그 방향으로 전환되었습니다. 허용응력설계법은 재료의 항복강도나 극한강도에 일정한 안전율을 나누어 허용응력을 정하고, 실제 발생 응력이 이를 넘지 않도록 하는 방식으로, 계산이 비교적 단순하지만 하중 종류별 불확실성 차이를 세밀하게 반영하지 못한다는 한계가 있다.

주의할 점

허용응력설계법은 하중의 종류별 불확실성을 개별적으로 반영하기 어려워, 현대 설계 기준에서는 강도설계법이나 한계상태설계법으로 점차 대체되는 추세이다. 허용응력설계법은 재료가 실제 파괴에 이르는 여유를 안전율 하나로 뭉뚱그려 반영하기 때문에, 하중 종류별 불확실성을 세밀히 구분하는 강도설계법보다 보수적이거나 비경제적인 결과를 줄 수 있다.

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