스크랩 철근콘크리트 구조

[덩쿨손(tendril)]

(가) 철근콘크리트구조

1) 철근콘크리트구조의 정의

기둥, 보, 내력벽, 바닥 슬라브 등의 주요 구조부가 철근 콘크리트로 시공되는 일체식구조를 말한다. 철근은 인장력에 강하고 콘크리트는 압축력에 강하다. 또한 이들의 팽창계수가 유사하여 하나의 일체화 된 구조를 이룰 때 우수한 구조 성능을 발현하게 된다. 이러한 재료적 특징을 이용한 구조법이 철근콘크리트구조이다. 철근 콘크리트구조는 구조 강성이 크고 내구성, 내화성, 내진성, 차음성능이 좋으며 각종 중, 소규모 건물, 아파트, 빌라, 단독주택 등에 매우 보편화되어 가장 많이 적용되는 공법이다.

(사진 1, 2 : 철근 콘크리트구조로 완성된 주택)

2) 철근콘크리트구조의 특장점

가) 가장 보편화된 공법이며 구조 강성이 우수하다.

소비자들이 가장 많이 보았고 친숙한 공법이며 매우 단단한 물성으로 소비자에게 구조적인 안정감을 준다. 구조 전체가 일체화되어 구조적인 성능이 우수하며 풍압, 지진에 강하다. 그러나 어떤 공법도 마찬가지겠지만 잘못된 시공 관리는 균열이 발생하거나 심한 경우 붕괴되는 모습도 보았다. 이는 아무리 훌륭한 공법을 채택하더라도 정확한 시방에 의한 시공을 하지 않으면 아니 되는 가장 근본적인 이유이다.

나) 내구성, 내화성, 차음성능이 우수하다.

다른 공법의 소재에 비하여 가장 내구성이 좋다. 노출된 콘크리트는 산성비에 부식되는 경향이 있으나 내외장재로 매입되는 것이 대부분의 형식이므로 비, 바람 등의 풍화에 잘 견디고 오래 간다(노출 콘크리트공법을 적용 구조재료 자체를 의장적인 요소로 활용하기도 한다). 또한 내화성이 좋고 면밀도가 높아 차음성능이 우수하여 세대간 경계벽 적용에 유리하다. 그러나 층간 소음은 충격음에 의한 영향으로 발생하므로 방진의 역할을 위해서는 별도의 시공 방법을 적용하여야 한다. 참고로 소리의 전달 속도는 공기보다 고체에서 더 빠르다.

다) 재료의 구입 및 시공업체 선정이 쉽다.

앞서 말한바와 같이 가장 보편화된 공법이므로 시중에서 재료의 구입이 쉽고 시공업체(자)가 많아 가까이에서 시공사(자)를 선정하기가 좋다. 그러나 보편화된 만큼 경쟁이 치열하여 가격 졍쟁력을 위한 견적을 내는 경우가 많아 조금 더 비용을 지불하더라도 제대로된 품질관리를 수행할 수 있는 업체를 선정하여야 할 것이다. 부분 공정의 현장 경험만으로 전체 범위의 시공을 수행하는 경우를 많이 보게 되는데 이는 환자가 무면허 의사에게 진료를 받는 것과 다름 아니기 때문이다. 주택건축은 터파기와 구조체 시공에서부터 최종 마감과 하자예방을 생각하고 적절한 디테일(상세도)을 제시할 수 있는, 종합 관리 능력이 있는 지휘자를 시공사로 선정하여야 한다.

3) 철근콘크리트구조의 단점

가) 복잡한 디자인의 주택을 시공하기 어렵고 비용이 많이 든다.

요즈음 많이 요구되는 서구식 디자인의 주택을 소화하기에는 거푸집 조립, 철근 배근이 까다롭고, 경사가 심한 지붕의 형상을 만드는데 재료비와 목수 인건비가 많이 들어 오히려 비경제적이다. 형태가 비교적 단순하고 장중한 이미지를 낼 경우는 적합하나 시멘트 독이 장기간 발생한다는 이유로 친환경, 웰빙 중심의 전원주택 분야에서는 많이 사용하지 않는 편이다.

나) 습식구조로 일체화되어 난방비가 많이 든다.

소재의 단열성이 떨어지고 습식 일체형 구조로 건식 구조체 보다 난방부하가 커 난방비가 많이 든다. 또한 단열성능이 떨어지는 부분이 발생하기 쉬워 부분적으로 결로가 발생 할 수 있다. 또한 일정량의 수분을 포함하는 구조로 매우 차가운 소재이기도 하며 여름철에는 태양 복사열을 발산하는 축열기능도 하게 되므로 냉난방부하가 크게 된다.

다) 습식 구조물로 장마기간에는 쾌적한 실내환경을 만들기 어렵다.

철근 콘크리트도 어느 정도의 습도 조절능력이 있으나 목재에 비해 현저히 떨어지므로 여름 철 장마기간의 경우에는 실내가 눅눅하고 통풍이 잘 안되는 부위에는 곰팡이가 피기 쉽다. 지하 구조물은 통풍을 위한 Dry Area나 선큰 가든 등을 이용하여 쾌적한 실내 환경이 조성되도록 하여야 한다.

라) 주택 개조 또는 멸실시 분쇄 및 폐기물 처리가 어렵고 비용이 많이 든다.

다른 공법의 자재에 비해 강도가 커 분쇄가 어렵고 재활용되거나 소각처리가 되지 않아 폐기물량이 많고 위탁 처리시 비용이 많이 든다. 또한 소음, 비산 먼지의 발생과 이로 인한 민원의 발생 등 다른 공법보다 환경면에서 불리한 공법이다.

4) 철근콘크리트구조의 시공과 주의점

가) 철근공사

철근콘크리트구조는 철근과 콘크리트가 일체로 결합한 하나의 복합구조체로서 철근은 주로 인장강도, 콘크리트는 주로 압축강도에 유효하게 작용시켜 양자의 장점을 발휘하게 하는 구조체이다. 철근과 콘크리트의 복합체인 철근콘크리트구조는 콘크리트가 경화함으로써 철근과 견고히 부착, 피복되어 철근의 내화성 및 내구성을 높여주고 철근과 콘크리트는 열 팽창 수축률이 거의 일치하므로 온도변화에 대해서도 유리하다.

철근은 철근콘크리트구조의 골격에 해당하는 것으로 콘크리트와 복합체로 되어 구조체를 견고하게 하는 것으로 인장력이 약한 콘크리트를 보완하여 구조 내력상 또는 역학상 구조체를 보강할 필요에 의한 것이다. 철근이 구조 내력상 유효하게 작용하기 위해서는 그 치수, 위치가 정확하지 않으면 안되므로 배근의 적합성 여부는 매우 중요하다.

일반적으로 건축구조용 철근은 고장력 철근으로 철근과 콘크리트와의 부착력을 높이기 위해 이형철근을 사용하여야 한다. 또한 철근가공을 위해 산소를 이용한 절단을 금지하여 철근의 기계적 물성저하가 없도록 한다.

철근의 이음위치는 보통 응력이 큰 곳에서의 이음은 피하고 같은 곳에 이음이 집중되지 않도록 하여야 한다. 압축측에서는 철근 지름의 25배, 인장측에서는 철근 지름의 40배로 하며 철근의 말단 갈고리(Hook)의 길이는 포함되지 않는다. 이형철근은 부착력이 크므로 말단의 훅을 생략할 수 있다.

철근은 내화성, 내구성, 콘크리트 타설시의 유동성을 확보하기 위하여 다음 표와 같이 피복두께를 확보하도록 하고 주근의 공칭 지름의 1.5배의 값과 표의 값 중 큰 것으로 한다.

구 조	부 분 의 종 류			최소값(cm)
흙에 접하지 않는 부분	바닥 슬라브, 지붕 슬라브, 내력벽 이외의 벽	마감이 있을 때		2
		마감이 없을 때		3
	기둥, 보, 내력벽	실 내	마감이 있을 때	3
			마감이 없을 때	3
		실 외	마감이 있을 때	3
			마감이 없을 때	4
	옹 벽			4
흙에 접하는 부분	기둥, 보, 바닥 슬라브, 내력벽 기초, 옹벽			4(5)
				6(7)

* ( ) 안의 값은 경량콘크리트 1종 및 2종에 적용한다.

(사진 3 : 주택의 1층 바닥 철근 배근 진행 현장)

(사진 4 : 기초 벽부 철근 배근)

(사진 5 : 철근 배근이 완료되면 콘크리트 타설전

각종 배관을 철근을 이용하여 견고하게 고정한다.)

(사진 6 : 콘크리트 타설전 감리자의 현장 검측을 위해구조도 부재표를

 준비하고 부위별, 부재별 배근 간격 등을 확인받도록 한다.)

나) 거푸집(형틀) 공사

거푸집(형틀)은 콘크리트를 부어 넣어 콘크리트 구조체를 형성하는 거푸집과 이것을 정확한 위치로 유지하는 동바리를 지칭하는 것으로 콘크리트를 일정한 형상과 지수로 유지시켜 주며 그 경화에 필요한 수분의 누출을 방지하고 외기의 영향을 방지하는 콘크리트의 적절한 양생의 목적으로 쓰이는 가설물이다. 거푸집은 구조 단면의 치수(기둥과 보의 치수, 내력벽의 벽 두께, 다운 슬라브의 위치와 깊이 등 각종 주요 단면상의 치수)가 확보되도록 정확히 시공되어야 하며 콘크리트 타설시 터짐이나 비틀림, 부분 부풀음 등을 발생시키는 측압을 견딜 수 있도록 적절한 간격의 동바리 설치, 긴결재, 격리재 등으로 보강되어야 한다. 또한 스페이스 등의 부속물을 이용하여 콘크리트의 내화 피복을 확보할 수 있도록 한다. 거푸집의 존치기간은 건축공사 표준 시방을 따르고 주요 보의 경우는 후속 작업상의 충격하중을 고려하여 존치기간의 여유를 두도록 한다. 철근배근이 완료되면 구조체에 매입되는 각종 설비 배관의 정확한 수량과 위치 확보, 고정상태를 점검한 후 나머지면의 거푸집을 조립하도록 하여 착오로 인한 구조부의 훼손이 최소화되도록 한다.

(사진 7 : 각 부의 단면높이 확인과 실 띄우기 작업으로 수평과 직각상태를

확보하면서 거푸집을 설치하기 위한 하단 목틀을 설치한다.)

(사진 8 : 외부 거푸집을 설치하기 전 철근 배근부의 이물질들을 제거한다.)

(사진 9 : 외벽부 거푸집 조립 진행 모습) 

(사진 10 : 내벽부와 계단 거푸집 조립 진행 모습)

다) 콘크리트 공사

콘크리트 공사는 철근콘크리트 구조에 있어 가장 중요한 공사이다. 철근, 거푸집공사와 합하면 전체 공사비중 가장 많은 비중을 차지하는 공정으로 철근공사와 함께 철근콘크리트 구조의 품질관리에 매우 큰 영향을 미친다.

콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈의 혼합물에 물을 첨가하여 성형, 응결, 결화시킨 구조재료이다. 콘크리트는 타설 후 경화를 계속하여 4주(28일)가 지나면 거의 최종 압축강도에 도달하며 이때까지는 시멘트의 화학작용이 계속되도록 습윤과 온도를 유지하여야 하는데 이를 양생 또는 보양이라고 한다.

콘크리트 강도에 영향을 끼치는 요소는 각 재료의 품질과 배합비, 물의 양, 시공법 등을 들 수 있다.

물시멘트비(water cement ratio, W/C)란 시멘트를 비빌 때 넣는 물과 시멘트의 중량에 대한 비율로 물시멘트비가 클수록 시멘트의 강도는 약해지고 반대로 적을수록 골재 상호간의 부착하는 힘이 강하여져서 콘크리트의 강도는 커지고 내구성이 좋아진다.

콘크리트의 시공연도(worlability)는 콘크리트의 묽기의 정도를 말하는 것으로 콘크리트를 부어 넣는 작업의 난이도에 관한 정도를 나타내며 슬럼프 시험(slump test)법을 기준으로 정한다. 슬럼프 시험은 반죽의 질기를 측정하고 시공연도를 판단하며 성형성, 마무리의 용이성을 가름하는 중요한 수단이다.

콘크리트는 대부분 공장에서 생산된 레디 믹스드 콘크리트(ready mixed concrete: 약자로 remicon)를 사용하고 있으며 구조적으로 중요하지 않고 소량일 때는 현장에서 생산하기도 한다.

레미콘은 골재의 최대치수(mm)-콘크리트의 압축강도(kg/㎠)-시공연도(slump)의 형식으로 시공부위에 적합한 규격으로 주문한다. 주택 건축시 사용하는 주요 구조부의 콘크리트는 주로 25-210-12 규격의 레미콘을 사용하고 기초 지정공사에 사용하는 버림콘크리트에는 25-180-8 규격의 레미콘을 주로 사용한다. 높은 벽부나 충진이 어려운 부위에는 콘크리트 타설시 충진이 용이하도록 25-210-15 규격의 레미콘을 사용할 수 있다. 현장에서는 레미콘의 출고증을 검수하여 주문규격을 확인하고 출하 후 1시간 이내의 레미콘을 사용하여야 한다.

콘크리트를 타설 하기 전에는 거푸집의 고정상태, 철근의 배근 상태 및 상단 슬라브부 각종 매입 설비의 수량과 위치, 고정상태 점검, 기타 오물을 제거하고 콘크리트의 유동성과 거푸집 제거에 유리하도록 및 물을 뿌리도록 한다. 단 겨울 시공시에는 동결 위험을 예방하기 위하여 물을 뿌려서는 안된다.

콘크리트를 타설할 때는 먼 곳에서부터 시작하여 계획된 작업구획을 끝낼 때까지 계속하여 타설한다. 한 구획에서의 타설은 그 표면이 대략 수평이 되도록 하고 재료의 분리를 막기위해 자유낙하 높이는 1m 이내로 한다. 보와 같은 주요 구조부의 타설은 그 하단에서부터 슬라브 상단까지 연속적으로 진행하여 구조가 일체화되도록, 이어붓기가 발생하지 않도록 한다. 타설 진행중 후속 레미콘의 반입이 지체되어 수시간 이상의 경과시간이 지난 다음 이어치기를 하게되면 콜드 조인트(cold joint)가 발생되는데 강도, 내구성, 수밀성, 기밀성 등 외측면에서 구조물의 약점이 되기 쉽다. 슬럼프 15미만의 된비빔 콘크리트에는 진동다짐기를 이용하여야 하는데 재료의 분리가 발생하지 않도록 콘크리트의 표면에 시멘트풀이 떠오를 정도의 30~40초 정도가 표준이다. 또한 높은 벽부에는 벽부 하단에서 나무 망치를 이용하여 진동을 주는 것이 도움이 된다.

콘크리트의 타설 후에는 표면의 급격한 건조가 진행되지 않도록 보양재를 덮고 살수하여 습윤시키고 무리한 충격을 주어 강도저하가 발생되지 않도록 보양을 한다.

(사진 11 : 콘크리트 타설 전 청소 후 살수를 하는 모습)

(사진 12 : 1층 바닥 슬라브 콘크리트 타설 현장 전경)

(사진 13 : 타설 후 미리 표시한 레벨들을 확인하면서 넓은 면의 면고르기를 한다.)

(사진 14, 15 : 타설이 완료된 현장 전경들)