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철큰/콘크리트 구조

숙지황 숙지황
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@철근콘크리트구조<reinforced concrete structure>(鐵筋-溝造)

콘크리트의 인장응력의 약점을 철근으로 보관해 준 구조. 즉, 외력에 대해서 콘크리트의 압축력과 철근의 인장력이 일체(一體)로 되어 서로의 결점을 보완하는 구조라고 할 수 있다.

건물의 주체구조부(主體溝造部)에 콘크리트를 사용한 구조로서는 철근콘크리트구조 이외에 철골철근(鐵骨鐵筋) 콘크리트구조가 있다. 철골철근콘크리트구조는 철골뼈대를 철근콘크리트로 피복하고 보강한 형식으로서 외력(外力)은 철골이 부담하고 그 주위를 둘러싼 철근콘크리트는 화재시에 철골의 피복(被覆),보강(補强)을 해 준다.

일반적으로 5,6층 정도의 내화구조물(耐火構造物)은 주로 철근콘크리트구조이며, 그 이상의 층수 건물이 되면 철근콘크리트 구조의 경우는 건물의 자중(自重)이 커지고 그것을 지지하는 만큼 아래층의 기둥이나 보의 단면이 과대하여 건물의 이용면에서 볼 때 경제성 및 기능이 저하된다.
그러므로 중량에 대해서 강도가 높은 철골을 주체구조재로서 사용하고 화재시의 철골의 강도저하를 보완하는 의미에서 그 주위를 철근콘크리트로 감싸는 형식의 구조로 하여 고층건축에서는 철골철근콘크리트 구조로 할 때가 많다.

철근콘크리트 구조는 설계된 형태의 보,벽,기둥 등의 부재 모양으로 거푸집(form)을 나무판자나 철판으로 짜서 만들고, 그 속에 필요한 철근을 미리 조립해 놓고 콘크리트를 부어 넣어 콘크리트가 충분히 굳어서 소요의 강도가 나올 때까지 기다려서 거푸집을 탈형(脫型)하면 거푸집 모양과 같은 철근콘크리트부재가 만들어진다.

구조적 원리는 각 부재에 작용하는 각종 힘 가운데 압축력은 콘크리트가 지지하고, 철근은 콘크리트의 인장변형력[引張應力]의 약점을 부담해서 두 재료가 일체로 되어 다른 전단력(剪斷力) 등의 외력에도 대항하려고 하는 것이다. 콘크리트는 압축응력에 강하면서도 비교적 값싼 재료이고, 인장을 부담시키는 철근도 매우 큰 인장응력을 가지며, 또한 봉상(棒狀) 그대로 사용할 수 있어서 경제적이다.

이 콘크리트와 철근의 일체가 매우 적절한 조건은 양자의 열팽창계수가 거의 일치하고 있는 점, 철근은 공기 중에서 산화해서 녹이 슬지만 콘크리트 중의 알칼리가 철근을 감싸서 그 산화를 방지해 주는 점, 따라서 양자의 부착력이 큰 점 등을 들 수 있다.
이러한 조건으로 성립된 철근콘크리트는 두 재료가 각기 성능이 좋고 강도가 높은 것으로 개량이 되고, 더욱이 내구성이나 내화(耐火),내진(耐震)의 면에서도 만족할 수 있는 것으로 되어가고 있으며, 현재 한국의 철근콘크리트 계산규준에서는 콘크리트의 기준강도는 150∼300 kg/cm2로 되어 있고, 철근의 항복강도는 2.4∼4.0 t/cm2로 되어 있다.

한편, 제조상 현장에서의 거푸집 공사에 의한 자유로운 형태의 구조물이 일체로 되는 점에서 철근콘크리트는 일체식구조라고 하였으나, 부재의 공장생산에 의한 생산의 능률화 및 양산화에 의해 각 부재를 미리 공장에서 만들어 현장에서 조립하려고 하는 프리캐스트콘크리트(precast concrete)나, 콘크리트의 인장시의 균열(龜裂)을 막고 작은 단면의 부재로 큰 강도를 유지하게 하는 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete) 등이 출현하여, 오늘날에는 모든 종류의 구조에도 철근콘크리트가 응용되고 있다.

일반적으로 철근콘크리트구조는 강도에 비해서 자중이 크므로 중,고층의 건물에서는 그 자중을 지지하기 위해 아래층의 보나 기둥의 단면은 매우 큰 것이어야 하며, 또 기둥 사이나 계단 높이가 제한되고 칸막이벽 등도 구조설계가 선행되어 건축계획면에서 자유로운 실내공간을 얻으려고 하는 것은 매우 무리이다.
이와 같은 경우에는 철골철근콘크리트구조가 사용되거나 철근을 대신해서 고장력의 피아노선 등을 사용하여 미리 콘크리트에 압축력을 주고 그 부재에 인장이 걸려도 아직 압축응력이 남도록 계산된 프리스트레스트 콘크리트 등이 사용된다.

【역사】 철근콘크리트의 역사는 그렇게 분명하지는 않으나, 19세기 프랑스의 J.모니에가 화분을 철망으로 보강한 콘크리트로 만든 것이 시초라고 한다. 모니에는 그 후 물탱크에도 이 방법을 응용했다. 그 후에 독일의 G.A.바이스 등이 철근콘크리트의 구조계산방법을 발표해서 응력계산법의 기초가 되었고, 실제로 교량(橋梁)이나 공장을 설계했다.

그 후에 프랑스의 F.엔비크에 의해서 늑철근이나 굽힘 철근 등의 사용이 발표되어 철근콘크리트 구조는 크게 진보했다. 19세기 말 유럽의 여러 나라에서 일어난 아르누보(art nouveau:새로운 예술운동)에 의해 건축가들은 새로운 재료를 즐겨서 받아들였고, 철근콘크리트 구조도 철과 유리와의 조합으로서 새로운 건축양식을 탄생시켰다. 벽돌조나 석조에서는 어려웠던 넓은 개구부(開口部)를 만들 수 있었고, 근대적인 실내공간을 만들 수 있게 되었다.

【분류】 철근콘크리트 구조를 분류하면 우선 생산방식에 따라 현장에서 만들어지는 일체식구조와 공장에서 생산된 부재를 현장에서 조립하는 조립식 구조로 나눌 수 있다. 일체식 구조는 건축현장에서 거푸집을 짜고 철근을 나누어서 콘크리트를 부어 넣어 만드는 것으로서 최근에도 많이 쓰고 있는 방법이다.

이 일체식구조는 그 가구(架構)의 형식에 의해서 라멘식구조, 벽식구조, 라멘식과 벽식을 함께 사용한 구조, 거푸집콘크리트 블록구조, 그 밖에 막(膜)이론의 응용에 의한 셸(shell)구조, 절판(折板)구조 등으로 나눌 수 있다. 절판구조는 평판을 서로 어떤 각도를 유지시켜 평면의 판을 조합하여 연결하고 하나의 구조체로 하는 것으로서, 보통의 지붕슬래브에서는 구조적으로 갖지 않은 큰 스팬의 지붕 등에서 사용된다.

한편, 철근콘크리트의 조립식구조에는 각 부재를 미리 공장에서 만들어서 현장에서 조립하여 접합부의 금속의 용접이나 콘크리트에 의한 충전(充塡) 등으로 현장작업을 마치고 공사의 간이화와 공기(工期)의 단축을 도모하여 건축의 양산화를 목적으로 한 프리캐스트판에 의한 조립식구조와 프리스트레스트 콘크리트구조가 있다.

 

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