철근콘크리트의 정철근과 부철근

 

1. 정의 및 개념

정철근은 구조물에 작용하는 정모멘트에 대한 인장응력을 부담하기 위해 배치하는 철근으로, 주로 단순보의 중앙부 하단이나 연속보의 경간 중앙부 하단에 배치됩니다. 일반적으로 슬래브나 보의 하부에 주로 배치되며, 하중에 의한 인장응력에 직접 저항하는 역할을 합니다.

부철근은 구조물에 작용하는 부모멘트에 대한 인장응력을 부담하기 위해 배치하는 철근으로, 주로 연속보의 지점부 상단이나 캔틸레버의 고정단 상부에 배치됩니다. 연속 구조물의 지점부에서 발생하는 인장응력을 제어하여 상부 균열을 방지하는 역할을 합니다.

2. 배치 위치 및 원리

정철근과 부철근의 배치는 휨모멘트도에 기반하여 결정됩니다. KCS 14 20 11(철근공사)에 따르면, 철근은 설계에 정해진 원칙에 의해 그려진 철근상세도에 따라 정확한 치수 및 형상을 갖도록 가공하고, 소정의 위치에 정확하고 견고하게 조립해야 합니다.

중앙부 정모멘트 구간에서는 상부가 압축, 하부가 인장을 받으므로 하부에 정철근을 배치하며, 지점부 부모멘트 구간에서는 상부가 인장, 하부가 압축을 받으므로 상부에 부철근을 배치합니다.

3. 구조적 역할 및 기능

정철근과 부철근은 구조적으로 다음과 같은 역할을 수행합니다:

• 휨강도 증진: 정철근과 부철근은 각각 정모멘트와 부모멘트에 대한 휨강도를 증진시킵니다.
• 균열 제어: 콘크리트 인장측에 발생하는 균열을 철근이 부담하여 구조물의 안전성을 확보합니다.
• 연성 거동 확보: 철근콘크리트 구조물이 취성 파괴가 아닌 연성 파괴를 일으키도록 하여 안전성을 높입니다.
• 응력 재분배: 연속 구조물에서 정철근과 부철근의 적절한 배치는 응력 재분배를 통해 구조적 효율성을 높입니다.

4. 설계 및 시공 고려사항

KCS 14 20 11과 KCS 14 20 10(일반콘크리트)에 따르면 정철근과 부철근의 설계 및 시공시 다음 사항을 고려해야 합니다:

1. 철근 품질관리: KCS 14 20 11(2.5)에 따라 현장에 반입된 철근은 요구되는 품질의 만족 여부를 시공하기 전에 검사해야 합니다.
2. 철근 가공: KCS 14 20 11(3.1.1)에 따라 철근의 가공은 철근상세도에 표시된 형상과 치수가 일치하고 재질을 해치지 않는 방법으로 이루어져야 합니다.
3. 철근 조립: KCS 14 20 11(3.1.2)에 따라 철근은 바른 위치에 배치하고, 콘크리트를 타설할 때 움직이지 않도록 충분히 견고하게 조립해야 합니다.
4. 피복두께 확보: KCS 14 20 11(3.1.2(3))에 따라 철근의 피복두께를 정확하게 확보하기 위해 적절한 간격으로 고임재 및 간격재를 배치해야 합니다.
5. 청결 유지: KCS 14 20 11(3.1.2(1))에 따라 철근의 표면에는 부착을 저해하는 흙, 기름 또는 이물질이 없어야 합니다.

5. 철근 이음 및 정착

KCS 14 20 11(3.1.3)에 따른 철근이음 관련 사항:

• 이음 위치: 철근상세도에 표시되어 있지 않은 곳에 철근이음을 둘 경우에는 KDS 14 20 00에 따라 정해야 합니다.
• 겹침이음 제한: D35를 초과하는 철근은 겹침이음을 할 수 없습니다.
• 이음 방법: 가스압접이음, 기계적 이음, 용접 이음 등이 있으며, 각각 사전에 준비된 이음지침에 따라야 합니다.
• 용접 이음시 고려사항: 용접 이음은 철근의 용접이음에 대하여 충분한 경험과 지식을 가진 용접사가 수행해야 하며, 책임기술자의 승인을 받아야 합니다.

6. 거푸집 및 동바리와의 관계

KCS 14 20 12(거푸집 및 동바리)에 따르면:

• 철근 조립이 끝난 후 거푸집을 설치할 때는 철근의 위치가 변하지 않도록 주의해야 합니다.
• 거푸집 설치 후 철근 위치를 다시 확인하고, 필요시 교정해야 합니다.
• 콘크리트 타설 전 철근 배근 상태를 최종 점검해야 합니다.

7. 품질관리 및 검사

KCS 14 20 11(3.4)에 따른 현장 품질관리:

• 철근가공의 검사: 조립 후 및 조립 후 장기간 경과한 경우 철근의 가공치수, 간격재의 종류/배치/수량, 철근의 고정방법, 이음 및 정착 위치, 콘크리트 최소피복두께, 유효깊이 등을 확인합니다.
• 철근이음의 검사: 겹침이음, 가스압접이음, 기계적 이음, 용접 이음 등의 위치와 품질을 검사합니다.
• 품질관리 기준: 각 항목별 허용오차는 KCS 14 20 11 표 3.4-1과 표 3.1-2에 따릅니다.

정철근과 부철근의 적절한 배치와 설계는 철근콘크리트 구조물의 안전성, 사용성, 경제성을 결정하는 핵심 요소입니다. 시방서에 따른 철저한 설계, 시공, 품질관리가 필수적입니다.