철근콘크리트의 구조. 원리

철근콘크리트 구조

1. 철근콘크리트구조의 원리

 1). 철근콘크리트의 구조 원리:

     ▷단순보에서 순수한 콘크리트만을 가지고 보를 만들었을 때 상부에서

P라는 힘으로 하중이 가해지면 콘크리트 구조물이 아래로 휘어진다. 이때 가운데 중심선을 따라

받는 힘의 크기가 다르다. 중심선으로부터 상판부에 받는 힘은 양쪽에서 누르는 힘(압축력)이

작용하고, 구조물이 아래로 휨에 따라 하단부에는 양쪽으로 벌어지려는 인장력이 발생한다.

▷따라서 인장력에 의한 균열(인장균열)이 발생하므로 이를 방지하기 위해 콘크리트에 철근을 구조물

하부(균열이 발생한 곳에 철근을 넣는다)에 넣어 철근콘크리트 구조물을 만든다 à 주근이라 함.

▷철근콘크리트 구조물에 P라는 힘으로 하중을 가하면 구조물이 또 휘어지면서 중앙하단부의 균열은

발생하지 않는다. 그러나 구조물 양단부로 45도 각도로 균열이 생기는데 이를 사인장력 또는

빗인장력에 따른 균열이라 한다.

      ▷사인장력을 없애기 위해 철근을 추가하여 배근하여야 한다.

        철근 배근시 아래쪽에는 많은 철근을 넣고 위쪽은 형식 적은량의 철근만 배근한다.

        아래쪽에 인장력이 발생하면 아래쪽에 많이 배근하고, 위쪽에서 인장력이 발생하면 위쪽에 많이 배근.

        주된 철근을 움직이지 못하게 묵어주는 철근을 늑근이라 한다.

        늑근의 목적은 사인장력에 의해 45도로 균열이 발생하는 것을 막아 준다à 사인장력이 생기는 곳에

많이 넣는다.  따라서 양쪽으로 쫌 쫌이 넣고 중앙에 조금 넣는다.

        주근의 목적은 인장력에 의해 균열이 생기는 것을 방지하기 위해서다.

      ▷압축력은 콘크리트가 잘견디어 준다.

      ▷인장력은 콘크리트가 잘견디지 못하므로 그 하부의 중앙하단부에 균열이 발생한다.

 

 2). 철근과 콘크리트가 합성체가 되는 이유는?

    ①콘크리트는 알칼리성으로 철근을 피복시 철근의 부식을 방지한다 -à 내구력이 좋아진다.

②콘크리트와 철근은 선팽창계수가 거의 비슷하다 -à 외부 온도차가 크게나더라도 떨어지지 않고

  상호 부착력이 좋다.

③부착력이 매우 좋다.

 

  ※ 철근콘크리트의 부착력 결정기준

-         콘크리트 강도: 콘크리트 강도가 큰 것이 부착력이 크다.

-         피복의 두께: 피복이 두꺼울수록 부착력이 크다.

-         철근의 표면상태: 표면이 거칠수록 부착력이 좋다.

-         철근표면적의 대소: 가는 철근을 많이 쓰는 것이 굵은 철근을 사용하는 것보다 부착력이 크다.

                          이유는 표면적이 크기 때문이다.

 

   ※철근과 콘크리트의 부착력

     - 콘크리트의 압축강도가 클수록 부착강도가 크다.

     - 철근의 주장 길이에 비례한다(주장: 둘레길이). 즉, 인장철근의 주장을 증가시킨다.

     - 같은 단면적이라면 가는 철근을 많이 사용하는 것이 부착강도가 커진다.

     - 원형철근보다 이형철근이 부착강도가 커진다.

 

 3). 철근의 재료

   (1) 철근의 정착 위치

      ① 기둥의 철근은  -à 기초에 장착한다.

② 보의 주근은 -à 기둥에 정착한다.

③ 작은보의 철근은 -à 큰보에 정착한다.

④ 지중보의 철근은 -à 기초 또는 기둥에 정착한다.

⑤ 바닥판 철근은 -à 벽체, 기둥 또는 보에 정착한다.

⑥ 직도하는 담부보의 기둥이 없을 경우에는: 상호간에 정착을 한다.

 

2. 철근의 정착과 피복: 철근을 콘크리트가 감싸준다는 것이다.

 1). 철근콘크리트의 피복의 목적: 철근을 콘크리트가 감싸줌으로써 알카리성이므로 부착력이 좋아지고,

수명이 길어지고, 부식이 않된다.  즉, 철근을 내구적 내화적으로 만들고 균열방지 도움을 주기

위해 콘크리트로 감싸주는 것을 피복이라 한다.

 

 2). 철근콘크리트의 피복의 두께: 늑근(대철근)의 표면로부터 그 콘크리트의 겉표면까지의 최단거리를

 피복두께라 한다.

 옥외의 공기나 흙에 직접 접하지 않는 콘크리트의 보나 기둥의 최소피복두께는 40mm 이상.

 건축공사 표준 시방서상의 피복두께는 다르므로 암기할 필요는 없다.

 

3. 구조역학설계

 1). 허용응력 설계법: 하중계수를 적용하지 않은 실제 사용하중을 설계하중으로 하여 철근의 탄성계수

       탄성해석을 근거로 하중을 계산하는 방법.

       사용하중이 허용응력을 넘지 않는 내용에서 구조물의 응력을 계산한다. 즉, 부재 응력이 재료강도의

       안전율을 곱하여 정해진 허용응력 이하의 하중만을 계산하여 철근량이나 배근량 및 콘크리트량을

       결정하는 것이다.

       부재응력 ≤ 허용응력 되도록 설계하여야 한다. à 지금은 거의 사용하지 않는다.

 

 2). 극한강도 설계법: 허용응력 설계법에 하중계수와 강도저감계수를 사용하여 적절한 설계단면 하중을

       설계하고자 하는 것이다.

       설계하중 ≥ 소요강도 이상이 나오게 설계한다.

 

4. 콘크리트의 재료 및 배합.

 1). 시멘트

   (1) 보통포틀랜드 시멘트: 압축강도가 28일 후에 발휘된다. à 가장 일반적인 것이다.

   (2) 조강 포틀랜드 시멘트: 석회나 알루미나 성분이 많이 포함된 시멘트로서 강도가 7일만에 발휘된다.

        빨리 경화될수록 조기 강도는 크나, 수화발열량이 크다. 주로 긴급공사, 한중공사 등에 이용된다.

   (3) 중용열 포틀랜드 시멘트: 조기 강도는 낮은데 장기강도는 크다. à 천천히 경화된다는 뜻이다.

        수화발열량은 적고, 균열발생도 거의 없다. 따라서 수축 균열발생이 적다.

        방사선 차폐용. 댐공사용 등에 사용된다.

   (4) 내황산염 포틀랜드 시멘트: 건조수축은 적다. 화학저항성이 커서 온천공사 또는 황산염을 많이

        함유한 공사. 해수염이 많이 포함된 항만공사, 해수처리장 공사 등에 쓰인다.

 

 2). 혼화재료: 콘크리트의 질이나 양의 변화를 도모할 때 첨가하는 재료

    ①AE재: 목적은 시공연도을 좋게하는 콘크리트다 à. 분산재이다.

            공기연행재라 하며, 미세한 기포를 발생시킴으로서 오일볼 역할을 하여 시공연도를 좋게하고

            단위수량을 감소시키며, 동결융해에 대한 저항성을 향상시킴으로써 궁극적으로 내구성, 수밀성 을 좋게 한다.  많이 첨가하면 부착력을 떨어뜨린다.

            단점: 콘크리트에 미세한 공기기포가 콘크리트와 철근사이에 끼어들어 부착력을 감소시킨다.

②염화칼슘: 방독료로 쓰인다 à 식이염.

 

 3). 콘크리트의 배합설계

   (1) 콘크리트의 배합설계 순서

      ①설계기준강도 결정.                ②배합강도 결정

③시멘트 강도 결정

④물 시멘트 비 결정: 보통 60%을 원칙으로 한다. 단, 중성화저항성을 고려시는 55% 이하가 좋다.

                     수밀성을 고려할 때는 50% 이하가 좋다.

⑤중량배합 결정.                     ⑥AE재와 같은 표면수율 결정

⑦믹서 하면서 배합량 결정

 

 ※물 시멘트 비 결정: 물/시멘트= 슬럼프값(스럼프 테스트 결정: 무너짐 높이 )

         즉 슬럼프 값이 크다는 것은 è 반죽이 질다는 것이다.

         물 시멘트 값이 크면 è 시공연도가 좋으면 작업이 쉽다. 그러나 강도가 떨어진다.

        반죽이 질다는 것은 물 시멘트 비가 크다는 것이다

 

 4). 시공연도: 반죽의 물끼 정도를 말하낟.

      시공연도의 조정은 물의 량, 배합비율, 모래의 크기, 자갈의 크기 정도 등을 종합적으로 판단하여 결정

      시멘트 분말도가 미세할수록 시공연도가 좋아진다.

  

  ※ 골재

-    5mm 채를 85% 통과한 골재 è 세골재.  자류한 골재 è 조골재.

-    5~25mm 골재 è 철근콘크리트.  25~40mm 골재 è 무근 콘크리트

-    골재의 요건 및 성질

가.  골재의 모양은 둥글고 규형에 가까운 것이 좋음. 표면은 거친 것이 부착력이 좋음.

나.  자연골재는 부착력이 많이 떨어짐 è 깬 자갈은 부착력이 굉장히 좋음.

                      크고 작은 자갈이 석인 것이 부착력이 좋음.  유기질이 석이면 안됨.

 

   ※ 거프짚: 나무거프짚. 메탈거프짚. 터널폼. 분양품, 슬라이팅폼 등.

-    슬라이딩 거프짚: 굴뚝. 사이로 탑 등을 만들 때 사용한다.

바닥에서 일정속도로 끌어 올리며 작업하는 방법. è Yoke(요크)가 사용된다.

 Yoke: 거프집을 끌어 올리는 것.

-    거프짚에 사용하는 부속품

가.  긴장재: 기프짚이 벌어지는 것 방지.

나.  간격재: 철근과 철근콘크리트의 피복두께 유지.

다.  격리재: 거프짚이 우그러 짐을 방지, 상호간격 유지.

라.  박리재: 거프짚이 잘 분리되도록 오일을 발라주는 것.

마.  템버: 밑에서 받쳐주는 것

※콘크리트: 콘크리트의 강도. 배합설계 순서(암기).

       콘크리트의 배합 순서: 소요강도결정 è 배합강도결정 è 시멘트강도 결정 è 물 시멘트 비 결정