허용응력설계법, 극한강도설계법, 한계상태설계법

1. 구조설계 단계

① 골조부재크기의 가정

② 골조해석

③ 부재설계

 

2. 부재설계방법

구 분	설 명		비 고
허용응력 설계법 (working stress design method, WSD)	예상되는 실제의 하중이 적용되었을 경우에 부재가 탄성 범위 이내에 있도록 하기 위하여 재료에 안전율을 적용하는 탄성 설계법이다. 사용하고 있는 재료가 탄성한도 이내에만 있다면 파괴되지 않고 안전하다는 개념이다.	외력(고정하중+적재하중) < 내력(0.4Fc, Fy/1.5) Fc : 콘크리트 압축강도 0.4 : 콘크리트 안전계수 Fy : 철근 항복강도 1.5 : 철근 안전계수
극한강도 설계법 (ultimate strength design method, USD)	① 확률의 개념이 도입 ② 재료가 파괴될때까지의 최대 능력을 설계에 반영 ③ 하중에 하중계수를 곱하여 확률적으로 하중을 크게 보고, 부재의 강도는 최대 강도를 그대로 계산하여 적용하는 대신에 강도저감계수를 적용	외력(1.4x고정하중+1.7x적재하중) < 내력 φ(fck, fy) 1.4(하중계수) : 고정하중이 1.4배 이상 커지지 않는다. 1.7(하중계수) : 적재하중이 1.7배 이상 커지지 않는다. φ(부재의 강도저감계수) : 설계계산의 불확실성, 재료강도 및 치수의오차, 제작 시공기술의 오차등으로 인해 발생할 수 있는 강도저감 요인을 보정하기 위한 것으로 휨은 0.9, 압축은 0.7 적용 fck(콘크리트 압축강도) , fy(철근 항복강도)	fck, fy : 어떤 보정계수도 적용하지 않는다.
한계상태 설계법 (limit state design method, LSD)	극한강도설계법에서 일부 도입되었던 확률개념을 전적으로 도입한 일종의 확률설계법. 하중에 대해서는 극한강도설계법과 마찬가지로 하중안전계수를 적용하여 특성 하중이라 하고 실제 하중이 특성 하중 이상이 될 확률이 5%이내가 되는 수치를 구하였고 재료에 대해서도 재료안전계수를 곱하여 특성 강도라 하고 실제 강도가 특성 강도 이하가 될 확률이 5% 이내가 되는 수치를 확률적으로 구하여 구조설계를 하는 설계법	외력(1.4x고정하중+1.6x적재하중) < 내력 (Fc/1.5, Fy/1.15) 1.4(하중계수) : 고정하중이 1.4배 이상될 확률이 5%이내인 수치 1.6(하중계수) : 적재하중이 1.6배 이상될 확률이 5%이내인 수치 1.5, 1.15(안전계수) : 콘크리트와 철근의 강도가 그 이하가 될 확률이 5%이내인 계수	0.07

3. 극한강도설계법의 특징

① 정착과 이음이 논리적인 근거에 의해 대단히 복잡하게 정착․이음길이를 정하고 있다.

② 균열, 처짐, 수축 및 온도 철근 등 사용성과 내구성에 대한 기준을 명백히 하고 있다.

③ 내진 규정을 적용한다.

④ 콘크리트의 소성범위를 계산하여 반영한다.

⑤ 경량 콘크리트, 고강도 콘크리트, 프리케스트 콘크리트, 용접철망 등 다양한 재료에 대한 규정을 하고 있다.

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허용응력도설계법(WSD)

 

 

허용응력도 설계법은 하중계수를 적용하지 않은 사용하중을 설계하중으로 사용하며, 탄성해석에 근거를 두고 있다.

 

탄성해석에서 작용하중에 의한 부재의 거동은 중첩원리(각 하중을 개별적으로 작용시켜, 그 효과를 합친 것과 같다)가 성립되므로, 구조체에 따라 예상되는 설계하중들을 여러 경우별로 적용시키고 그 결과들을 조합하여 그 중 가장 불리한 응력상태가 정하여진 허용응력을 넘지 않게 부재단면을 선정하는 방법이다.

 

부재응력(사용하중에서 가장 불리한 상태) ≤ 허용응력(안전율×재료강도)

 

부재응력이 재료강도에 안전율을 적용하여 정하여지는 허용응력도 이하가 되도록 콘크리트 단면과 철근량 및 배근방법을 정하여야 한다. 부재의 사용성에 대하여 특별히 고려하지 않아도 된다.

 

(1) 허용응력도 설계법에서는 다음과 같은 가정이 통용된다.

① 콘크리트와 철근은 훅크의 법칙을 따라, 응력과 변형도가 선형비례하며, 제하시 잔류변형이 생기지 않는다.

② 철근의 탄성계수는 정수이다.

③ 콘크리트의 휨인장응력은 무시한다.

④ 철근과 콘크리트의 부착은 완전하여 하중작용시 상대적인 미끄러짐이 생기지 않는다.

⑤ 콘크리트와 철근에 생기는 응력은 규정된 허용응력의 값을 초과하지 않는다.

 

 

(2) 허용응력도 설계법의 장·단점

① 장점

- 설계시 응력계산이 간단하다.

② 단점

- 부재의 강도를 알기 어렵다.

- 파괴에 대한 두 재료의 안전도를 일정하게 하기 곤란하다.

- 동일한 재료에서도 하중의 종류에 관계없이 동일한 안전계수를 사용하므로 성질이 다른 하중의 특성을 설계에 반영하지 못한다.

 

(3) 허용응력도 설계법이 실용적인 방법이 되지 못한다는 것이 인식되었다.

① 콘크리트는 균질하지 못하며, 크리이프와 건조수축의 영향을 받는다.

② 응력이 생기기 전에도 미세균열이 콘크리트 내에 존재하며, 하중작용시 응력-변형도 곡선은 실제로 선형이 아니다.

③ 콘크리트와 철근의 부착은 완전하지 않으며, 부분적인 미끄러짐이 일어난다.

④ 전체 구조재의 콘크리트를 동일하게 유지할 수 없다.

 

 

강도설계법

 

강도설계법은 하중계수와 강도저감계수를 사용하여 적절한 설계단면 강도를 갖게 설계하도록 규정하고 있다.

 

강도설계법에서 설계하중(계수하중)은 사용하중에 하중계수를 적용한 값을 사용한다. 주어진 단면과 보강상태에서 부재가 발휘할 수 있는 공칭부재강도에 강도저감계수를 적용하여 얻어지는 설계강도가 소요강도 이상이 되도록 하여야 한다. 부재단면의 선정에서 부재의 사용성이 아울러 고려되어야 한다.

 

설계강도 ≥ 소요강도

 

강도저감계수×공칭부재강도 ≥ 하중계수×사용하중

 

 

(1) 강도저감계수 및 하중계수를 사용하는 이유 --- 안전성

① 재료 및 부재의 강도는 예상값보다도 작을 수 있다.

② 과재하가 일어날 수 있다.

③ 파괴의 결과가 심각할 수 있다.

 

강도저감계수에서 휨재에 대하여 의 값이 0.9로 비교적 크게 규정된 것은 휨재는 불의 파괴가 생기더라도 철근 보강된 인장측에서 파괴가 생기도록 설계되며 철근보강의 인장측은 큰 연성을 발휘하여 취성에 의한 갑작스런 파괴를 피할 수 있기 때문이다. 그러나 압축력을 지지하는 기둥에서는 압축력에 의한 파괴가 취성이고 구조해석이나 설계에서 가장 불리한 상태의 축압력과 휨모멘트의 조합을 고려하지 못할 우려가 있기 때문에 강도저감계수가 낮은 값으로 규정되어 있다.

 

(2) 강도설계법의 장·단점

① 장점

- 파괴에 대한 안정도의 확보가 확실하다.

- 각 내력에 따른 하중계수를 적용하여 하중의 특성을 반영하고 있다.

② 단점

- 재료의 불균질, 잔류응력, 크기의 부정확 등 재료의 특성을 반영하지 못한다.

- 처짐이나 균열 등 사용성의 확보를 별도로 검토해야 한다.

한계상태 설계법

 

 

구조체가 제 기능을 발휘 못하는 상태, 즉 한계상태에 이르는 것은 하중지지능력을 상실하는 극한한계상태와 구조기능 저하로 사용상 부적합한 상태(균열, 처짐, 진동 등)가 되는 사용한계상태로 대별된다.

 

 

(1) 극한한계상태(ultimate limit state) : 구조체의 전체 또는 부분이 붕괴되어 하중지지능력을 잃은 상태 구조체를 극한한계상태에 도달하게 하는 주요 요인은

① 구조체가 전도, 미끄러짐 등으로 인한 평형상태의 상실

② 휨인장파괴, 시공하중 등에 의한 연속파괴

③ 소성힌지의 과다발생으로 인한 소성기구의 형성

④ 구조체의 불안정성 등으로 붕괴되는 경우에 극한한계상태에 도달하게 된다.

 

 

(2) 사용한계상태(serviceability limit state) : 구조체가 붕괴되지는 않았으나 구조기능의 저하로 사용에 매우 부적합하게 되는 상태 구조체를 사용한계상태에 도달하게 하는 주요 요인은 과다한 처짐과 과다한 균열이다.

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기본적으로 구조물에 가해지는 하중에 충분히 견디도록 단면을 설계하게 된다. 이러한 개념을 강도설계법(strength design)이라고 한다. 강도설계법은 사용재료가 받을 수 있는 최대강도 즉, 콘크리트와 철근이 받을 수 있는 최대강도를 기준으로 하므로 변형률-응력은 비선형 범위에까지 들어가게 된다. 강도설계법에 의해서 설계된 부재는 처짐, 균열, 그리고 피로거동 등 사용성(serviceability)에 관한 검토를 반드시 하도록 규정하고 있다.

 

허용응력설계법(allowable stress design, service load design)은 사용하중 하에서 재료가 허용응력이라고 불리우는 응력범위 내에 들도록 설계하는 것이다. 이 범위 안에서는 재료가 탄성거동을 하는 것으로 볼 수 있기 때문에 탄성거동에 기초하여 부재를 설계한다. 허용응력설계법은 부재가 파괴가 일어날 때까지의 안전에 대한 여유치를 제대로 평가하는 것이 어렵다.

 

강도설계법은 하중계수를 통하여 여러 하중의 불확실성을 각각 다르게 반영할 수 있고, 강도감소계수를 통하여 모멘트, 전단, 비틀림, 축력 등 다양한 강도에 대한 계산의 정확성을 달리 반영할 수 있다. 지금의 '콘크리트구조설계기준'에서 주로 사용하는 설계법은 강도설계법을 기준으로 하고 있으며, 사용성검토에서 허용응력설계법의 개념이 간접적으로 반영되고 있다.

 

 

강도설계법과 허용응력설계법에 대한 자세한 내용은 뒤에 해당 절에서 자세히 다룬다.

 

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1) 허용응력 설계법

 

부재의 강도를 알 수 없다.

파괴에 대한 두 재료의 안전도를 일정하게 하기가 곤란하다.

각 하중이 미치는 서로 다른 영향을 구별해서 반영하기 어렵다.

 

2) 강도 설계법

파괴에 대한 안전도의 확보가 확실하다.

하중계수를 이용해서 각 하중의 특징을 반영할 수 있다.

서로 다른 재료의 특성을 반영하기 어렵다.

사용성에 대해선 별도의 검토가 필요하다.

 

3) 한계상태 설계법

부분안전계수를 사용하여 하중 및 각 재료에 대한 특성을 합리적으로 반영한다.

안정성은 극한 한계상태를 검토하고, 사용성은 사용 한계상태를 검토하여 확보한다.

세계적인 설계법의 발전 방향이라 할 수 있다.

 

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7 허용응력설계법과 극한강도설계법

 

 

7.1 허용응력설계법

 

허용응력설계는 탄성해석에서 작용하중에 의한 부재의 거동은 각 하중을 개별적으로 작용시켜 그 효과를 합친 것과 같은 중첩원리가 성립되므로 그 중 가장 불리한 응력상태가 정하여진 허용응력을 넘지 않게 부재단면을 선정하는 방법

 

가정

 

1. 콘크리트와 철근은 후크의 법칙에 따라 응력과 변형률이 선형비례하며 제하시 잔류변형이 생기지 않는다.

2. 철근과 콘크리트의 부착은 완전하여 하중작용시 상대적인 미끄러짐이 생기지 않는다.

3. 콘크리트와 철근에 생기는 응력은 규정된 허용응력값을 초과하지 않는다

 

 

허용응력설계법이 실용적인 방법이 되지 못한 이유

1. 콘크리트는 복합체로 균질하지 못하며 크리프와 건조수축의 영향을 받는다

2. 응력이 생기기 전에도 미세균열이 콘크리트 내에 존재하며 하중작용시 응력-변형률 곡선은 실제로 선형이 아니다.

3. 콘크리트와 철근의 부착은 완전하지 않으며 부분적인 미끄러짐이 일어난다.

 

 

허용응력설계법을 사용하는 경우

철근콘크리트 구조체의 거동을 매우 이상적인 상태에서 평가하게 되고 수축, 크리프, 균열등에 의한 재료의 비선형성과 하중의 특성을 설계에 반영할 수 없어 구조체의 안전성과 경제성에 의문점을 남기고 있다.

그러나, 구조체의 사용성은 탄성역에서의 구조거동에 관련되어 있어 검토에는 허용응력설계법이 사용되고 있다.

 

 

7.2 극한강도설계법

 

사용하중에 하중율을 곱한 하중을 부재에 작용시켰을 때 그 부재가 파괴되지 않고 또 하중을 제거하면 원형으로 복귀한가의 여부로 부재의 극한 강도를 결정하는 방법이다. 일반적인 사용상태에서 구조물이 어떠한 상태에 놓여 있는지 정확한 판단을 할 수 없으므로 변형이나 균열등에 대하여는 별도의 검토가 필요하다.

탄성이론으로 설계된 부재가 파괴에 가까운 하중을 받으면 이론과 실제가 맞지않게 된다.

하중으로서 예상할 수 있는 최대의 것을 채용하여 이 하중일 때 부재가 적당한 안전율을 갖고 파괴에 이르도록 설계하는 것이 합리적이다.

 

기본개념은

부재의 강도가 계수하중에 지지할 수 있는 강도이상이 되도록 설계하는 방법이다.

여기서 부재의 강도란 그 재료의 실제 응력도-변형도 관계로 부터 계산된 값이며, 계수하중이란 사용하중을 구조체이 파괴가 일어나는 점까지 계수에 의하여 증대시킨 하중으로 구조부재는 이러한 계수하중을 지지할 수 있는 강도를 지닐 수 있도록 설계되어야 한다.

부재의 강도계산은 콘크리트의 비선형응력도-변형도 관계를 고려하므로 허용응력설계법과 비교하여 부재의 실제거동에 가깝다고 할 수 있다.

 

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이에 대한 문의를 하는 자체만으로도 공학도임이 분명하므로 심도 있는 설명보다는 개념에 대한 간단한 설명을 하겠습니다.

 

1) 국내의 도로교설계기준에는 강도설계법과 허용응력 설계법을 모두 수록하고 있으며, 1983년부터 강도설계법을 채택하여 현재의 설계는 콘크리트 구조물의 경우 강도 설계법을 적용하고 있으며 강구조물의 경우는 허용응력 설계법을 적용하고 있다.

 

2) 강도 설계법은 strength design method라고 하며 이전에는 극한강도 설계법(USD:Ultimate Strength Design)이라는 이름으로 불리어 왔다. 이 설계법은 소요강도를 사용하중(service load)에 하중계수를 곱하여 구하기 때문에 하중계수 설계법(load factor design method)이라고도 한다.

 

허용응력 설계법은 ASD(Allowable Stress Design) 또는 WSD(Working Strength Design, 작용응력 설계법)이라고 한다.

 

3) 강도 설계법

한계상태 설계법의 일종으로 주로 극한 하중에 의한 설계단면력을 지지할 수 있는 설계강도를 갖도록 단면을 결정하는 강도 한계상태에 기초한 설계법이다. 강도 설계법은 부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 기초를 두며 이러한 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상태에 있는 부재의 강도를 극한강도(ultimate strength) 또는 공칭강도(nominal strength)라고 한다.

 

구조부재의 중요한 요소는 그부재의 실제 강도로서 구조물의 수명동안 작용할 예측 가능한 모든 하중에 대하여 파괴나 다른 결함을 유발 함이 없이 어느정도의 여유를 가지고 있어야 한다. 하지만 재료강도의 불가피한 변동 등 여러 가지의 이유로 실제 구조부재가 참된 강도를 가지지 못할 수 있고, 작용하중 역시 어떤 범위의 오차를 가지고 예측할 수 있을 뿐이지 참된 크기를 알지 못한다.

 

따라서 구조부재가 안전한 구조물로 설계되기 위해서 콘크리트 구조설계기준에서는 구조물의 안전도를 하중계수와 강도 감소계수를 사용하여 확보하고 있다.

 

즉, 공칭강도(Sn)은 강도의 결함을 고려한 강도감소계수(ø)에 의하여 감소 시켜야 하고, 기준하중(specified load) L은 초과하중을 고려하여 하중계수 γ에 의해 증가시켜야 한다.

 

Rd = ø×Sn ≥ Σγi×Li = U

 

즉, 설계강도 = 강도감소계수×공칭강도 ≥ 하중계수×공용하중 = 소요강도

 

4) 한계상태 설계법/하중저항계수 설계법

구조물에 작용하는 실제의 하중과 재료의 실제의 강도가 어떤 형태의 분포를 가지는 확률량으로서 하중작용 및 재료강도의 변동을 고려하여 확률론적으로 구조물의 안전성 평가가 요구되며, 한계상태 설계법은 구조물이 그 사용목적에 적합하지 않게 되는 어떤 한계상태에 도달되는 확률을 허용한도 이하로 되게 하려는 설계법이다

 

한계상태 설계법(limit state design)은 안전성의 척도를 구조물이 파괴될 파괴확률, 또는 구조물이 파괴되지 않을 신뢰성 확률로 나타내려고 하는 것이다. 하지만 하중작용이나 재료강도 등에 대한 통계자료가 충분하지 못하기 때문에 하중작용과 재료강도에 대한 부분 안전계수(partial safety factor)를 도입함으로써, 이 방법에의 접근을 시도한 설계법이 영국이 채택하고 있는 한계상태 설계법(BS 8810)이다. 한편 이설계법을 영국, 캐나다 등에서는 한계상태 설계법(LSD:limit state design)이라 부르고 있고, 미국에서는 하중-저항계수 설계법(LRFD:load and resistance factor design)이라 부르고 있다.

 

한계상태 설계법(limit state design)은 1970년대 초에 영국의 설계기준에 등장 하였으며, 1986년 미국의 AISC(American Institute of Steel Construction)에서 채택한 설계기법으로서 LRFD나 LSD는 모두 강구조 부재나 상세요소의 극한내력강도 또는 한계내력에 기초를 두고 극한 또는 한계하중에 의한 부재력이 부재의 극한 또는 한계 내력을 초과하지 않도록 하는 설계법이다. LRFD에서는 하중 및 저항관련 안전 모수인 설계안전율의 결정을 종래의 설계법에서와 같이 주로 오랜기간의 경험에만 의존하여 확정적으로 결정하지 않고, 하중과 저항에 관련된 모든 불확실성을 확률 통계적으로 처리하는 구조 신뢰성이론에 기초하여 결정한다. 따라서, 일관성 있는 적정수준의 안전율을 확보할 수 있어 구조물의 신뢰도를 높일 수 있는 보다 합리적이고 새로운 설계법이다.

 

우리나라도 1996년 개정된 도로교표준 시방서에 이 설계법을 부록으로 수록하고 있으나, 설계이론이 난해하고 설계절차가 매우 복잡하여 하중저항계수 설계법으로 설계하기에는 많은 어려움이 예상되고 있다.

 

 

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1. 개요

(1) 구조물 설계의 초기에는 허용응력설계법(Allowable Stress Design)이 유일한 설계법이었으나, 1960년대부터 강재에는 소성설계법, 콘크리트에는 강도설계법이 채택되기 시작하였다. 1980년대에는 구조신뢰성 이론에 기초한 하중저항계수설계법(LRFD)과 한계상태설계법(LSD)이 미국과 유럽에서 채택되었다.

(2) 국내에서도 1983년부터 콘크리트 구조물의 경우 강도설계법을 채택하고, 1999년 콘크리트설계기준에서는 허용응력설계법을 부록에서 별도설계법으로 다루고 있다. 강구조물의 경우는 아직 허용응력설계법이 사용되고 있으나 1996년 도로교 표준시방서에서는 부록에 하중저항계수설계법을 도입하였다.

(3) 각 설계법에서는 각기 다른 방법으로 통상 2.0 정도의 안전율을 확보하도록 하고 있고, 안전률을 결정하는 데에는 다음과 같은 사항들을 고려하고 있다.

① 하중값의 정확성. 즉, 구조물이 설계하중을 초과하는 우발적인 과하중을 받을 확률이 높다면 안전률 또한 높여야 한다.

② 구조의 부정확성, 재료의 결함 가능성.

③ 하중이 1회 작용하는가. 반복하여 작용하는가. 즉, 피로파괴의 가능성이 높다면 안전계수를 높여야 한다. 강재의 허용피로응력은 허용응력보다 낮다.

④ 하중의 형태(정하중인가. 동하중인가).

⑤ 부식이나 환경에 영향을 받는 정도.

⑥ 취성파괴를 일으키는가. 연성파괴를 일으키는가. 또, 그 파괴에 따른 피해 정도는 어느 정도인가.

 

2. 허용응력설계법

(1) 허용응력설계법은 기본적으로 뚜렷한 항복응력과 극한응력을 가지는 연성재료에 대한 설계법이다. 콘크리트로 대변되는 취성재료는 특별한 항복점이 없으므로, 허용응력의 개념을 설계에 도입하기가 곤란하다. 따라서, 콘크리트와 같은 취성재료는 파괴에 이르는 극한 상태를 기준으로 설계하게 된다.(강도설계법)

(2) 통상 구조용 강에서의 안전계수는 1.67(5/3) 즉, 허용응력은 항복응력의 3/5 정도로 규정되어 있고, 이 허용응력을 바탕으로 설계가 행해진다. 또, 극한강도에 대한 안전계수는 약 2.8 즉, 허용응력은 극한응력의 36% 정도가 된다. 다시 정리하면, 대략 항복응력 = 극한응력 x 0.6, 허용응력 = 항복응력 x 0.6이 된다.

(3) 허용응력설계법은 애초에 정역학적으로 정정인 강구조물의 설계를 위해 개발되었으나, 강구조부재는 변형경화와 항복점 이후의 연성변형 능력으로 극한응력에 도달할 때까지 항복하중을 훨씬 초과하는 극한하중에도 견딜 수 있음이 밝혀졌다. 이에 따라서 특별한 경우, 구조물내의 주요단면에서 소성힌지의 형성에 의한 붕괴기구 도달시의 극한 내하력에 기초하여 강구조물을 설계하기도 한다.(소성설계법)

 

3. 강도설계법

(1) 취성재료의 극한상태에 기초한 설계법이다.

(2) 공칭강도 Sn은 예상되는 강도의 결함을 고려하여 강도감소계수 φ(휨 0.85, 전단 0.8, 압축 0.7)에 의하여 감소시키고, 설계기준에 의한 설계하중 L은 가능한 초과하중을 고려하여 하중계수 γ(고정하중 1.3, 활하중 2.15, 토압 1.7, 풍하중 1.3, 수압 1.3, 지진하중 1.0)에 의하여 증가시켜, φSn ≥ ∑γi Li 의 조건을 만족하도록 한다.

 

4. 한계상태설계법(하중저항계수 설계법)

(1) 현재의 응력중심의 허용응력설계법과 같은 탄성설계법과는 달리 확률론적 수학 모델을 접목하여, 구조부재나 상세요소의 극한내력, 또는 사용성한계, 피로강도와 같은 각종 한계상태에 바탕을 두고 극한 또는 한계하중에 의한 부재력이 부재의 극한 또는 한계상태내력을 초과하지 않도록 하는 설계법이다.

(2) RC 구조물의 강도설계법이나 소성설계법과 설계기준의 형식면에서는 유사하나 이들과는 달리 계수안전률의 결정을 확률에 기초한 구조신뢰성이론에 의거하여 보정함으로써 일관성있는 안전율을 갖도록하는 보다 합리적이고 새로운 설계법이다.

(3) 한계상태라 함은 구조물이나 구조요소가 그 소기의 목적을 달성하기에 부적합하게 되거나 구조적 기능을 상실한 상태이며, 강도한계상태는 구조물의 일부분 또는 전체의 붕괴와 관련되는 한계상태로 매우 낮은 발생확률을 가져야 하며, 사용한계상태는 구조물의 용도상 구조적 기능이 저하, 손상된 한계상태로 강도한계상태보다는 더 큰 발생확률을 허용할 수 있다.

(4) 설계과정은 ①구조물에 발생가능한 모든 한계상태 관련 파괴모드를 확인하고, ②각 한계상태에 적정한 안전수준과 하중저항계수를 설정한 다음, ③설계자에 의해 지배적인 한계상태를 고려한 구조단면의 설계를 행하는 순으로 진행된다.

(5) 한계상태설계법은 ①광범위한 설계조건에서도 일관성있는 신뢰도를 유지할 수 있고(신뢰도), ②파괴모드의 중요도에 따라 목표안전도를 결정하고, 이에 대응하도록 계수를 조정 가능하고(안전률의 조정성), ③발생가능한 모든 한계상태를 고려하므로 구조물의 거동에 대한 깊은 이해가 필요하고(거동), ④토목, 건축 모두에 구조물의 시공형식이나 재료에 무관하게 공통설계기준의 제시가 가능하고(재료무관 시방서), ⑤통계자료에 기초하여 계수를 결정하므로 자료의 보완에 따라 설계기준 개정이 용이하고(설계기준개정), ⑥고정하중이 지배적인 구조에서 보다 경제적이며 일관성 있는 안전수준을 보유할 수 있는 장점이 있으나(경제성),

(6) 반면에 ①기존설계법과 상이하고(변화), ②기존 설계시스템 개정에 노력과 비용이 필요하고(설계시스템 개정), ③설계실무에의 적용에 설명이 불충분하고(이론지향적), ④경제적인 면에서 동기부여가 아직까지는 미흡하다는 단점이 있다(경제성).

 

5. 설계적용현황 및 장래전망

(1) 현재로서는 한계상태설계법이 가장 진보된 설계법이고, 궁극적으로 모든 시방서가 채택하여야 할 방향이다. 이에 따라 우리나라도 수년 내에 시방서에 등장을 추진하고 있다.

(2) 하지만 그 설계이론이 생소하고 난해하여, 초기에는 표준설계법으로서 자리잡기가 쉽지 않을 것이다. 따라서, 정부와 연구기관의 표준지침마련 및 기술자의 적응노력이 필요할 것이다.