한국에서 살아가는 사람

건축시공에서 가장 중요한 부분이라고 한다면 당연히 "철근콘크리트 공사" 이다. 이 부분에서 양도 제일 많고, 시공에서 가장 중요하기 때문이다. 크게, 철근공사, 거푸집 공사, 콘크리트 재료, 콘크리트 타설과정, 그리고 그 외에 종류 등 기타사항으로 구분된다.

철근콘크리트 공사는 당연히 토공사와 거푸집 공사 이후에 시공하며 철근을 배근하고 콘크리트를 부어넣어 철근은 인장력을 그리고 콘크리트는 압축력을 부담하며 21세기에 인간이 발명한 혁신적인 재료 중에 하나라고 할 수 있다.

그러면 공사의 순서에 따라 내용을 정리하면

■ 철근 콘크리트 일반사항

왜 철근콘크리트 구조가 위대한 재료냐 하면, 우선 철근과 콘크리트는 열팽창 계수가 같다. 그래서 부착하여 하나의 재료로 쓸 수 있다. 게다가, 콘크리트는 알칼리성이여서 철근(철은 산성이여서 녹이 슨다)을 보호해준다. 그리고 콘크리트는 뛰어난 압축력으로 철근은 뛰어난 인장력으로 건물의 안정성을 확보한다. 

이때, 철근은 이형철근을 주로 사용하는데, 우리가 일상생활에서 가끔 보는 볼록한 마디가 나와있는 긴 철 막대이다. 이러한 볼록한 마디들은 콘크리트와의 부착력을 높여주는데 당연히 표면적이 늘어나니까 그만큼 부착력도 높아진다.

■ 철근공사

철근 공사는 상식적으로 생각해도, 기초에 먼저 배근하고 이후 기둥, 벽, 보, 바닥판 그리고 계단 순으로 배근한다. 그리고 이러한 철근은 일반적으로 8m로 생산된다.

1. 철근 가공 : 철근을 반입하고 나면 이후 현장에서 공사에 맞는 규격으로 가공해야 한다.

철근은 상온에서 가공하는 것을 원칙으로 하지만, 때로는 열간가공을 하는 경우도 있다. 그리고 절단을 하고 구부려서 갈고리를 만든다. 이 때의 갈고리는 HOOK로 원형철근의 말단부, 이형철근 중에서는 늑근, 대근, 돌출부, 굴뚝의 철근 등에 설치해야한다. 그런데 지중보의 경우에는 직접 지면에 닿아 하중을 전달하기 때문에 갈고리를 설치하지 않아도 된다.

갈고리를 설치하는 이유는 인장력에 의해서 철근이 뽑히거나 풀리는 것을 방지하기 위함이다. 우리가 나무를 단순히 손을 잡고 있는 것보다 감싸고 있는 것으로 생각하면 쉽다.

2. 철근 이음 : 철근을 운반하고 관리하기 위해서 일정한 규격으로 나오는데, 구조체에서 이보다 길 경우에는 이어야한다 

철근을 이을 때는 철근배근도에 따라 이으면 되는데, 이때 이은 곳은 아무래도 약하기 때문에 큰 응력이 받는 곳은 피해야한다. 그리고 한 곳에서 모든 철근을 잇는 것이 아니라 1/2 이상을 한 곳에서 집중하지 않고 엇갈려서 이어야 한다.

철근은 인장력(휨력)을 받기 때문에 일반 라멘구조에서 기둥, 보의 BMD를 참고하여 기둥과 벽은 층 높이의 2/3 하부에서 엇갈려 이음하고 보는 중앙에서는 하부근을 단부에서는 상부근을 이음하면 안된다.

그리고 슬래브의 경우에는 단변 방향과 장변방향 그리고 주열대와 주간대로 나뉘는데, 슬라브의 하중은 대부분 단변으로 전달되기 때문에 단변에 철근이 많이 배근되며 주간대보다는 주열대에서 휨모멘트가 더 크기 때문에 주열대에 더 많은 철근이 배근된다. 

철근을 이을 때는 주로 겹쳐서 철선(#18~#20)으로 잇는 방법을 사용하지만 용접(플러시 버트, 아크), 가스압접, 기계적 이음을 사용하기도 한다. 여기서 가스압접의 경우 일체성이 확보되어 강도가 보장되고 철을 적게 사용해 경제적이며 시공이 용이한 장점이 있다.  양쪽으로 30MPa으로 압력을 주면서 1000도 이상으로 가열하여 부착시키면 지름의 1.4배 크기의 구 형태의 돌출부가 생긴다. 다만 주의해야될 사항으로 이으려고 하는 철근의 지름이 6mm를 넘거나 재질이 다르거나 강도가 다를 때는 사용이 금지된다.

3. 철근 정착 : HOOK와 비슷한 느낌으로 배근된 주 철근을 하중이 전달되는 방향으로 정착시켜 안정성을 확보한다

기둥의 주근은 기초 또는 바닥판에, 보의 주근은 기둥 또는 큰보에 정착한다. 보에 기둥이 없는 작은 보의 경우에는 보 상호간에 정착하거나 벽에 정착한다.

4. 철근 간격 : 철근을 배근할 때 철근과의 간격, 피복두께를 고려해서 강도를 확보하고 내화성을 갖추어야한다.

피복두께는 콘크리트 표면에서 가장 바깥에 있는 철근의 표면까지의 거리이다. 이렇게 피복을 하는 이유는 녹스는 것을 방지하고 열에 약한 철을 콘크리트가 보호해주기 위해서이다. 그래서 상황에 따라 피복두께가 다른데 수중의 콘크리트에서는 100mm의 피복두께를 흙에 영구히 묻히는 경우 75mm 부터 옥외의 공기나 흙에 직접 안접하는 콘크리트에서는 20~40mm이다. 물과 흙으로 부터 철을 더 잘 보호해야된다는 것을 알 수 있다. 다만 콘크리트도 350도 이상의 열에서는 강도가 저하되기 때문에 화재는 항상 주의해야한다.

철근간격도 중요한데 당연히 일정한 간격으로 철근을 배근해야 강도를 일정하게 확보할 수 있기 때문이다. 보 철근의 간격은 철근의 지름 이상 또는 25mm 이상 또는 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상 중 가장 큰 값으로 결정한다. 기둥의 경우에는 철근 지름의 1.5배 이상 또는 40mm 이상 또는 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상 중 큰 값으로 보에 비해서 완화된 기준을 알 수 있다.