강구조(철골)공사의 진행 과정 - 현장 세우기 1

강구조는 도면에 맞게 부재를 공장에서 가공한 후 현장에 반입하여 세우는 방식으로 진행됩니다. 부재를 가공할 때 가장 복잡한 것이 기둥입니다. 

 

강구조에서 기둥과 보는 모멘트접합으로 접합되고, 따라서 기둥은 보통 절 단위로 가공됩니다. 아래 사진에서 볼 수 있는 것처럼 보를 1m 정도 잘라서 기둥에 브라켓형태로 용접하는 방식으로 접합합니다. 도로여건상 보통 12m 정도까지는 회전이 가능하기 때문에 기둥의 경우에도 12m 안팎이 되는 길이에 맞추어 2~3개층분을 한꺼번에 가공하게 됩니다. 이것을 보통 한 절이라고 하고 이런 방식으로 절단위 가공을 많이 합니다. 

 

▶ 강구조(철골)공사의 진행 과정 - 공장가공 

▶ 모멘트접합과 전단접합

▶ 강구조(철골) 도면의 이해/ 강구조 계획

 

강구조 현장 세우기 절차

현장에 반입된 부재를 세우는 과정은 보통 다음과 같은 방식으로 진행됩니다. 

 

앵커볼트의 매입

현장에 반입된 기둥을 기초 위에 세우려면 기초에 앵커볼트를 미립 매립해서 설치해야 합니다. 

 

앵커볼트가 부담하는 하중

건물에 지하층이 있으면 구조적 성능이 우수한 지하 외벽이 전단력을 대부분 부담할 수 있기 때문에 기둥은 주로 축력을 기초로 전달합니다. 그런데 만일 지하층이 없다면 기둥에는 축력뿐 아니라 전단력과 모멘트가 작용하기 때문에 이 응력들이 기초에 전달될 수 있도록 결합되어야 합니다. 

 

기초는 철근콘크리트로 되어 있기 때문에 이질 재료인 강재 기둥과 겹합될 수 있도록 베이스 플레이트를 기둥 밑에 대고 앵커볼트를 연결합니다. 노출형 주각은 기둥에서 전달되는 축력과 휨모멘트를 기초 콘크리트의 지압력과 앵커볼트의 인장력으로 부담하게 됩니다.

 

H형강 단면으로 전달되는 축력을 콘크리트 기초가 충분히 부담하려면 베이스 플레이트가 필요합니다. 주각부에서는 앵커볼트의 장력과 콘크리트의 지압 반력 때문에 휨모멘트가 발생하기 때문에 응력을 부담할 수 있도록 베이스 플레이트의 판두께를 정하게 됩니다.

 

앵커볼트의 매립방법

앵커볼트의 매립방법은 크게 3가지로 나누어 볼 수 있습니다.

• 고정매립법
• 가동매립법
• 나중매립법

앵커볼트의 매립방법은 기초에 단단하게 고정하는 것이 좋기 때문에 기초콘크리트를 타설하기 전에 앵커볼트를 미리 매립해 두는 것이 구조적으로 가장 바람직합니다. 이런 방식을 고정매립법이라고 합니다.

 

고정매립법으로 설치된 앵커볼트

고정매립의 경우 기둥의 위치에 맞추어 앵커볼트의 위치를 정확하게 잡는 것이 중요합니다. 뿐만 아니라 기초콘크리트를 타설할 때 콘크리트의 측압이 높기 때문에 시공과정에서 위치가 이동할 수 있습니다. 따라서 철근에 단단히 고정해서 움직이지 않도록 처리해야만 합니다.

 

그런데 고정매립으로 앵커볼트를 설치할 경우 측량의 오차도 있고 사실 콘크리트의 타설 측압때문에 앵커볼트의 위치가 어긋하는 경우가 자주 발생합니다. 따라서 어느 정도 앵커볼트의 위치를 수정할 수 있도록 미리 여유를 두는 것이 시공하기가 수월할 수 있습니다. 이런 방법이 가동매립과 나중매립법입니다. 

 

가동매립은 앵커 상부를 조정할 수 있도록 콘크리트 타설 전에 어느 정도 여유를 두는 방법입니다. 구조적으로는 우수하다고 할 수는 없기 때문에 중규모 공사에 일반적으로 적용할 수 있습니다. 나중매립은 콘크리트 타설 전 앵커볼트를 묻을 슬리브(구멍)을 조치해 두거나, 콘크리트 타설 후 천공하는 식으로 나중에 고정하는 방식을 말합니다. 아무래도 구조적으로 약할 수 밖에 없는 때문에 경미한 공사에 적용하는 것이 바람직합니다.

기둥세우기

현장에 반입된 기둥을 콘크리트 기초 위에 세울 때는 높이를 일정하게 맞추어야만 합니다. 거푸집을 설치할 때 수평목(네모도)를 설치하는 것도 건물의 높이를 일정하게 맞추기 위해서이죠.

 

▶ 거푸집공사 - 수평목(네모도)

 

아래 사진에서 보실 수 있는 것처럼 기초 콘크리트의 높이가 일정하기 않기 때문에 기둥이 약간 떠 있는 상태로 설치된 것을 볼 수 있습니다.

 

기초 콘크리트를 타설한 다음 레벨기를 이용해서 기초콘크리트의 높낮이 편차를 측정한 다음, 모든 기둥이 일정한 높이에설치되도록 앵커볼트에 동일한 높이를 표시한 후 그 높이에 맞추어 기둥을 세우게 됩니다. 그렇게 되면 기초콘크리트 위에 떠있게 되기 때문에 나중에 이 틈을 메워주는 작업이 필요합니다. 

 

베이스플레이트와 기초콘크리트의 밀착

이 틈을 메워주는 방법도 몇 가지 있습니다 .

• 전면 모르타르 바름법
• 부분 채워넣기법
• 전면 나중채움 바름법

 

 

전면 모르타를 바름법은 기둥을 세우기 전에 기둥 아래쪽에 모르타르를 먼저 발라서 높이를 맞추는 것입니다. 콘크리트의 높이를 체크한 후에 기둥 저면을 모르타르로 주위보다 30mm 넓게 먼저 바릅니다. 이렇게 모르타르를 먼저 바르면 기둥의 아랫면에 완전하게 밀착이 되지는 않기 때문에 작은 규모의 건축물에 사용됩니다.

 

부분채워넣기법은 기둥 저면 중심부만 지정한 높이만큼 수평으로 바르고, 기둥을 세운 후 나중에 잔여부를 채워넣는 방법입니다. 아무래도 기둥 한 절의 무게가 무겁다보니 모르타르를 부어넣기 전까지 앵커볼트만으로 기둥 한 절의 무게를 부담하기가 어렵기 때문에 중심부위만 원형이나 십자형으로 먼저 모르타르를 발라놓는다는 뜻입니다. 규모가 큰 대규모 공사에 주로 적용되겠죠.

 

전면 나중채움 바름법은 부재의 무게가 크게 무겁지 않아서 앵커볼트나 쐐기 등을 이용해서 임시로 기둥을 세운 후 베이스 플레이트 밑면 전체를 모르타르로 채움는 방법입니다. 이것도 경미한 공사에 주로 이용됩니다.

 

 

위 사진처럼 베이스플레이트와 기초 사이를 모르타르로 채울 때는 무수축 모르타르를 사용해야만 합니다. 보통시멘트는 건조수축 현상이 발생하기 때문에 혼화제를 첨가해서 수축하지 않도록 해야 부재가 밀착될 수 있습니다. 

 

공기구멍(vent hole)

그런데 베이스 플레이트 가운데 부분에도 모르타르가 모두 채워졌는지 확인할 필요가 있습니다. 그래서 공장에서 가공할 때 베이스플레이트 안쪽에 구멍을 하나 더 뚫어 놓습니다.

 

 

무수축모르타르를 부어넣으면서 안쪽 구멍으로 모르타르가 밀려올라오게 된다면 안쪽까지 모르타르가 잘 채워진다는 것을 확인할 수 있습니다. 

 

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