철근콘크리트의 성립 원리와 철근의 종류(부착·선팽창·이형철근)
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무량판 구조의 분류
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2 쉬운 설명
철근콘크리트 = 콘크리트는 누르는 힘, 철근은 당기는 힘을 맡아 한 몸처럼 움직이는 구조
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콘크리트는 누르는 힘(압축)에 강하고, 철근은 당기는 힘(인장)에 강합니다. 이 둘이 한 몸으로 일하려면 세 가지가 맞아야 합니다.
철근콘크리트가 성립하는 조건
| 조건 | 왜 필요한가 |
|---|---|
| 부착이 좋다 | 철근이 콘크리트에서 미끄러져 빠지지 않고 함께 힘을 받는다 |
| 선팽창계수가 비슷하다 | 온도가 변해도 둘이 같이 늘고 줄어든다 |
| 콘크리트가 알칼리성이다 | 철근 표면에 보호막이 생겨 녹슬지 않는다 (산성이 아니다) |
철근은 불에 약해도, 콘크리트가 두껍게 감싸 열이 철근에 곧바로 닿지 못합니다. 그래서 철근콘크리트는 불에 강한 편입니다. 다만 아주 치밀한 고강도 콘크리트는 화재 때 속의 수증기가 빠져나가지 못해 표면이 터져 떨어지는 폭렬이 생기기 쉬워, 내화성은 오히려 불리합니다.
붙는 힘(부착력)을 키우는 것
콘크리트가 단단할수록, 철근을 덮은 콘크리트(피복)가 두꺼울수록, 철근 표면이 울퉁불퉁할수록 잘 붙습니다. 이형철근의 마디와 리브가 그 울퉁불퉁함입니다. 같은 양의 철근이라면 가늘게 여러 가닥이 겉넓이가 커서 더 잘 붙습니다. 철근이 얼마나 센지(항복강도)는 붙는 힘과 관계가 없습니다.
피복두께는 철근 한가운데가 아니라 가장 바깥 철근의 겉면부터 잽니다. 가장 바깥 철근은 대개 주근이 아니라 띠철근·스터럽입니다.
철근 몸에 새긴 기호 읽기
어디서 (원산지)→누가 (제조사)→얼마나 굵게 (호칭·지름)→얼마나 세게 (강종)
이형철근 표면의 기호는 이 네 가지를 알려 줍니다. 기출에 나온 기호 「K · HS · 35 · 4」에서 35는 굵기(호칭·지름)이고, 마지막 4는 강종, 즉 철근강도(항복강도 등급)입니다.
보 없이 기둥이 받치는 슬래브
| 구조 | 보 | 지판·주두 |
|---|---|---|
| 플랫 플레이트 | 없음 | 없음 (슬래브가 기둥에 직접 지지됨) |
| 플랫 슬래브 | 없음 | 있음 |
이것만은 헷갈리지 말자
- 「보 없이 지판과 주두를 두어 기둥에 하중을 전달」하는 것은 플랫 슬래브입니다. 플랫 플레이트라 하면 틀립니다.
- 피복두께는 「주근 중심」에서 재는 것이 아닙니다. 가장 바깥 철근의 표면에서 잽니다.
- 콘크리트가 산성이라 철근이 안 녹는다는 말은 틀립니다. 알칼리성이라 안 녹습니다.
- 굵은 철근이 부착에 유리하다는 말도 틀립니다. 가는 철근 여러 개가 유리합니다.
3 이 개념이 나온 기출문제
- 제29회 45번
- 제29회 47번
- 제28회 45번
- 제28회 46번
- 제28회 49번
- 제27회 50번
- 제26회 44번
- 제26회 46번
- 제25회 43번
- 제23회 46번
- 제22회 45번
- 제21회 85번
- 제20회 86번
- 제18회 82번
- 제18회 94번
- 제17회 85번
- 제13회 88번
- 제12회 91번
- 제11회 87번
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4 체크리스트 + 암기팁
암기팁 철근콘크리트가 성립하는 두 축은 「부착」과 「열팽창률이 비슷함」이고, 철근을 지키는 것은 콘크리트의 알칼리성이다.
암기팁 부착력 = 콘크리트 강도 · 피복 · 표면(이형·녹). 철근 자체의 세기(항복강도)는 무관.
함정 주의 플레이트 = 판만, 슬래브 = 판 + 지판·주두.
- 성립 조건 — 부착이 좋을 것, 선팽창계수가 거의 같을 것, 콘크리트의 알칼리성(부동태 피막)이 철근 부식을 막을 것. 산성이므로 부식을 막는다는 설명은 틀리고 알칼리성이라서 막는다. 철근을 적절히 배치하면 건조수축 균열을 분산·억제할 수 있다.
- 부착 — 콘크리트 강도, 피복두께, 철근 표면 상태(이형·녹), 지름·위치의 영향을 받고 항복강도는 무관. 같은 철근량이면 가는 철근 여러 개가 표면적이 커서 유리하다. 이형철근은 표면의 마디·리브가 걸려 원형철근보다 부착강도가 크다.
- 내화·고강도 — 피복 콘크리트가 열을 막아 철근콘크리트는 내화성이 좋다(철근만 고온에 약하다는 이유로 내화에 취약하다고 하면 틀림). 압축강도 50MPa 이상 고강도 콘크리트는 내구성은 좋으나 폭렬로 내화성은 불리하다.
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- 철근 표시 — 이형철근 표면에 원산지·제조사·호칭(지름)·강종 기호를 새긴다. 기호 「K · HS · 35 · 4」에서 35는 호칭(지름), 4는 강종(철근강도)이다. 설계기준항복강도는 SD400이면 400MPa. 철근이 아닌 구조용 강재(강판)는 따로 본다 — 같은 강종이라도 판 두께가 두꺼울수록 항복강도 기준값이 낮아진다(국가건설기준에서 SM275는 16 mm 이하 275 MPa, 16 mm 초과 40 mm 이하 265 MPa).
- 슬래브·보 용어 — 플랫 플레이트는 보·지판·주두 없이 슬래브가 기둥에 직접 지지되고, 플랫 슬래브는 보 없이 지판·주두를 둔다. 2방향 슬래브는 주열대와 중간대로 나누어 설계. 브래킷은 기둥에서 돌출해 보 등의 하중을 받는 짧은 캔틸레버 부재. 원주형 공시체 압축시험으로 압축강도와 탄성계수를 구한다. 기둥의 띠철근은 주철근을 제자리에 묶어 좌굴을 막고 콘크리트가 옆으로 부풀어 벌어지는 것을 구속한다.
- 수치 — 철근배근에서 벽체(내력벽)의 수직·수평철근 간격은 벽두께의 3배 이하, 또한 450 mm 이하. 피복두께는 최외측 철근 표면에서 잰다. 주철근의 표준갈고리는 180°·90°, 스터럽·띠철근은 90°·135°. 철근은 상온 가공이 원칙이며, 가열 가공한다는 설명은 틀리다.
5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다
제29회 공동주택시설개론 45번철근콘크리트구조에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →제28회 공동주택시설개론 45번철근콘크리트구조의 특징에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →제28회 공동주택시설개론 46번그림은 철근 표면에 새겨지는 기호의 예를 표시한 것이다. (가)의 ‘4’가 의미하는 것으로 옳은 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 3개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기
철근콘크리트가 성립하는 원리
압축은 콘크리트가, 인장은 철근이 부담한다. 두 재료가 일체로 작용하려면 철근과 콘크리트의 부착이 좋아야 하고, 선팽창계수(온도가 1 ℃ 변할 때 재료 길이가 늘거나 줄어드는 비율)가 거의 같아 온도가 바뀌어도 함께 움직여야 한다. 콘크리트는 시멘트가 물과 반응해 내부가 강한 알칼리성이 되고, 그 알칼리 환경이 철근 표면에 얇은 부동태 피막을 만들어 부식을 막는다. 피복 콘크리트가 철근을 감싸 열이 곧바로 철근에 닿지 않게 하므로 철근콘크리트는 내화성이 좋은 구조다. 압축강도 50MPa 이상의 고강도 콘크리트는 조직이 치밀해 내구성은 좋지만 화재 때 내부 수증기압이 높아져 폭렬이 생기기 쉽다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 18문항 중 17문항의 근거부착과 이형철근
부착력은 철근과 콘크리트 경계면에서 둘이 서로 미끄러지지 않도록 붙잡는 힘으로, 콘크리트 강도, 피복두께, 철근 표면 형상과 상태(이형·녹 등), 철근 지름·위치의 영향을 받는다. 항복강도는 철근이 탄성을 잃고 힘을 더 주지 않아도 늘어나기 시작하는 응력이며 부착력을 좌우하지 않는다. 이형철근은 표면에 마디와 리브 등 돌기를 붙여 부착력을 높인 봉강이고 돌기가 없는 봉강은 원형철근이다(KDS 14 20 01). 이형철근은 표면에 원산지·제조사·호칭(지름)·강종을 나타내는 기호를 표시하며, 설계기준항복강도는 SD400이면 400MPa이다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 18문항 중 17문항의 근거구조 형식 용어
보가 없는 슬래브 구조 가운데 지판·주두가 없는 것을 플랫 플레이트, 있는 것을 플랫 슬래브라 한다. 2방향 슬래브는 기둥선 주변의 주열대와 그 사이의 중간대로 나누어 모멘트를 분배해 설계한다. 4변 지지 슬래브 중 장변이 단변의 2배를 넘으면 1방향 슬래브로 보고 단변방향 경간으로 설계한다(KDS 14 20 70). 스터럽은 보의 주철근을 둘러싸고 직각 또는 경사로 배치해 전단력과 비틀림모멘트에 저항하는 복부보강근이다(KDS 14 20 01). 피복두께는 최외측 철근 표면과 콘크리트 부재 표면까지의 최단거리다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 18문항 중 17문항의 근거