허용응력설계법 (ASD), 극한강도설계법 (USD), 한계상태설계법 (LSD)의 정의와 차이점

허용응력설계법(Allowable Stress Design, ASD)

허용응력설계법은 구조물의 안전성을 평가하는 가장 전통적인 방법입니다. 이 방법은 재료의 허용응력(또는 허용강도) 내에서 구조물이 작동하도록 설계하는 것을 목표로 합니다. 허용응력은 재료의 항복강도나 파괴강도를 안전계수로 나눈 값입니다. 이 방법은 간단하고 직관적이지만, 구조물의 실제 안전성을 정확하게 반영하지 못할 수 있습니다.

극한강도설계법(Ultimate Strength Design, USD)

극한강도설계법은 구조물이 극한 상태(즉, 구조물이 더 이상 기능을 수행하지 못하는 상태)에 도달하기 전까지의 강도를 고려하여 설계하는 방법입니다. 이 방법은 구조물의 안전성과 사용성을 모두 고려하며, 허용응력설계법보다 더 정확한 결과를 제공할 수 있습니다.

한계상태설계법(Limit State Design, LSD)

한계상태설계법은 극한강도설계법과 비슷하지만, 여기에는 구조물이 특정 서비스 조건 하에서 기능을 유지할 수 있는지를 평가하는 서비스 한계 상태가 포함됩니다. 이 방법은 구조물의 안전성뿐만 아니라 내구성과 신뢰성까지 고려하여 설계합니다.

한국 기준에서 사용하고 있는 구조설계법

한국에서는 한계상태설계법(Limit State Design, LSD)이 주로 사용되고 있습니다. 이 방법은 구조물이 특정 서비스 조건 하에서 기능을 유지할 수 있는지를 평가하는 서비스 한계 상태를 포함하고 있습니다. 이 방법은 구조물의 안전성뿐만 아니라 내구성과 신뢰성까지 고려하여 설계합니다. 이는 세계적으로 널리 사용되는 설계법으로, 미국의 ASSHTO, 유럽의 Eurocode, 일본 등 토목 선진국에서도 사용되고 있습니다.

허용응력설계법과 한계상태설계법의 차이점

허용응력설계법은 재료의 허용응력 내에서 구조물이 작동하도록 설계하는 반면, 한계상태설계법은 더욱 포괄적인 접근 방식을 취하며, 구조물의 내구성과 신뢰성까지 고려합니다.

극한강도설계법과 한계상태설계법의 차이점

극한강도설계법은 구조물의 강도와 안전성에 초점을 맞추는 반면, 한계상태설계법은 더욱 포괄적인 접근 방식을 취하며, 구조물의 내구성과 신뢰성까지 고려합니다.

설계법에 따른 하중조합 예시

1. 허용응력설계법:
- D+F
- D+F+L+T
- D+F+(Lr or S or R)
- D+F+0.75(L+T)+0.75(Lr or S or R)
- D+F+(0.85W or 0.7E)
- D+F+0.75(0.85W or 0.7E)+0.75L+0.75(Lr or S or R)
- 0.6D+0.85W
- 0.6D+0.7E

2. 극한강도설계법:
- 1.4x고정하중+1.7x적재하중 < 내력 φ (fck, fy)

3. 한계상태설계법:
- U=1.4 (D+F)
- U=1.2 (D+F+T)+1.6 (L)+0.5 (Lr or S or R)
- U=1.2D+1.6 (Lr or S or R)+ (1.0L or 0.65W)
- U=1.2D+1.3W+1.0L+0.5 (Lr or S or R)
- U=1.2D+1.0E+1.0L+0.2S
- U=0.9D+1.3W
- U=0.9D+1.0E