보 철근 수량 산출
보 철근의 수량을 산출하려면 배근 방법을 먼저 숙지해야 합니다. 단순히 공식을 암기하기에는 너무 복잡합니다. 공식을 생각하지 말고 배근 방법을 이해하는 것이 중요합니다.
다음 사례를 보고 철근 수량을 어떻게 산출하는지 살펴보겠습니다. 철근 수량은 기본적으로 단위 철근의 길이에 개수를 곱해서 산출합니다. 경간(Span)은 6000과 5000으로 둘로 되어 있다고 가정하겠습니다.
보 철근을 배치하는 방법은 세 가지로 구분할 수 있습니다. 위 사례처럼 외단부, 중앙부, 내단부의 배근 형태가 모두 다른 경우가 있고, 중앙부와 양단부만 다른 경우가 있고(내단부와 외단부가 동일), 전단면이 동일한 경우가 있습니다. 보가 놓이는 경간의 양단부와 중앙부의 모멘트 크기에 따라 철근을 배치하는 방법이 달라집니다. 철근의 형태로 본다면 경간 전체에 걸쳐 연속해서 배근되는 철근이 있고, 외단부에만 배근되는 철근이 있고, 내단부에만 배근되는 철근이 있기 때문에 이것들을 각각 나누어서 산출해야 합니다.
상부 주근 - 연속 배치하는 철근
각 단면의 상부근 개수를 보면 가장 개수가 작은 곳이 중앙부일 것입니다. 이 사례에서도 중앙부 철근이 세 가닥으로 가장 작기 때문에 보 전체 구간에서 연속적으로 배치해야 합니다.
이 철근의 기본 길이는 순경간의 간격(여기서는 6000)이 될 것입니다. 그리고 양쪽 단부에서 철근을 어떻게 처리해야 할 것인지를 고려해서 길이를 더해줍니다. 왼쪽은 외단부 기둥에 접해 있기 때문에 기둥에 정착해야 합니다. 따라서 표준갈고리를 만들어 정착하는 길이를 더해 줍니다.
▶ 인장을 받는 이형철근을 직선으로 정착할 때 정착길이
표준갈고리의 길이는 12d+구부림 내면 반경(3d)+d = 16d로 산출하거나 구조설계도면의 일반주기사항에서 제시하는 표를 보고 값을 적용합니다. 표준갈고리를 갖는 이형철근의 정착길이도 표를 보고 구해야 합니다. 그런데 보통 실무에서는 기둥 폭에서 100만큼 공제한 값으로 계산합니다. 실제로 그렇게 많이 배치합니다.
오른쪽은 다른 경간에 연속해서 배치해야 하고 내단부 기둥에 면해 있습니다. 보 철근은 경간 한 곳씩 산출하는 것이 편하기 때문에 기둥 폭의 절반만 추가해 줍니다. 나중에 동일한 경간의 개수만큼 곱해서 산출하면 전체 물량을 쉽게 계산할 수 있습니다. 여기에 이음길이를 추가해 주어야 합니다. 철근은 최대 12m까지만 생각되기 때문에 긴 경간에 연속해서 잇다보면 겹침 이음을 계속 발생하게 됩니다. 이음길이를 추가하는 방법은 경간마다 B급 인장철근의 이음길이를 추가하거나 이 값의 절반을 추가하는 방법이 있습니다. 정답은 없습니다. 경간의 길이를 보고 적절하게 반영하면 됩니다. 경간의 길이가 짧으면 절반만 추가하고, 경간의 길이가 길면 이음길이 전체를 더해 줍니다.
상부 주근 - 외단부에만 배치하는 철근
상부철근에서 수량을 산출할 때 외단부와 내단부를 나누는 이유는 구조설계기준상 철근을 절단하는 지점이 다르기 때문입니다. 연속으로 배치하는 철근이 아니면 구조설계기준에 맞게 철근을 절단해야 합니다. 철근은 구조설계기준에 맞게 배근되어야 하기 때문에 결국 보 철근의 배근방법을 반드시 숙지해야 합니다.
외단부에 면한 부분은 기둥에 정착해야 하기 때문에 표준갈고리 길이에 Ldh(표준갈고리를 갖는 인장 이형철근의 정착길이)를 더해서 계산합니다. 앞에서 얘기한 것처럼 표준갈고리의 길이(16db)에 기둥 폭 - 100으로 산출할 수도 있습니다.
외단부에서 내민길이는 순경간의 길이에 0.25를 곱해서 산출합니다. 맨 오른쪽에 있는 철근의 내민길이를 계산한다면 5000 × 0.25 = 1250이 됩니다.
상부 주근 - 내단부에만 배치하는 철근
내단부에만 배치하는 상부근은 인접한 경간과 짝을 이루는 경우가 많습니다. 만일 짝을 이루지 않는다면 직선으로 정착을 해야 합니다.
내단부에만 배치하는 철근의 내민 길이는 순경간의 길이에 0.3을 곱해서 산출합니다. 여기서 반드시 주의해야 할 것은 인접한 두 경간을 비교해서 긴쪽 경간 값으로 적용해야 합니다. 경간이 길면 휨모멘트가 커져서 기둥을 중심으로 양쪽 보가 심하게 구부러지기 때문입니다. 따라서 계산할 때는 긴쪽 순경간 길이에 0.3을 곱해서 기둥 폭의 절반만 추가해 줍니다. 나중에 동일한 경간의 개수만큼 곱해주면 되기 때문에 경간 한 개씩만 산출하면 됩니다.
하부 주근 - 연속으로 배치하는 철근
하부 주근에서 연속으로 배치하는 철근은 상부 주근과 동일한 방식으로 계산합니다. 각 단면에서 배치해야 하는 철근의 개수 중 가장 작은 철근의 개수가 해당됩니다. 하부근은 내외단부 철근량이 작기 때문에 단부 철근의 개수가 연속으로 배치해야 하는 철근이 됩니다.
연속으로 배치해야 하는 철근의 길이는 상부근과 동일합니다. 압축정착을 적용해야 할 것 같지만 수평하중이 작용하면 응력이 반전될 수 있기 때문에 인장정착으로 계산합니다.
하부 주근 - 중앙부에만 배치하는 철근
보는 일반적으로 중앙부에서 아래쪽으로 구부러지기 때문에 중앙부 하부 주근의 개수가 많습니다. 따라서 하주 철근 중에는 중앙부에만 배치하는 철근이 있습니다.
이 철근은 단부까지 배치할 필요가 없기 때문에 중앙부에서 단부까지 충분히 연장한 후 잘라줍니다. 자르는 지점은 순경간의 1/8의 위치입니다. 따라서 중앙부에만 배치하는 철근의 길이는 순경간의 길이 - (순경간 길이 × 0.125) × 2로 계산합니다.
스터럽 - 길이와 개수
상하부 주근을 어떻게 산정하는지 살펴봤습니다. 이제 스터럽만 남았습니다.
먼저 스터럽의 길이를 살펴 보겠습니다. 스터럽은 보통 하부 스터럽(Stirrups)과 상부 캡타이(Cap-ties) 두 부분으로 나누어 합친 모양이라서 약간 복잡합니다. 그래서 보통은 계산의 편의 상 보 둘레의 길이로 산출합니다.
스터럽의 개수는 단부와 중앙부를 구분해서 산출합니다. 스터럽은 전단력에 대응하기 위한 것이고, 전단력은 단부에서 크게 작용하기 때문에, 단부의 배치간격이 더 촘촘합니다. 보통 스터럽은 기둥에 접한 위험단면에서 50mm 떨어진 위치에 처음 배치해서 단부구간을 넘어설 때까지 단부구간의 간격으로 배치합니다. 단부구간은 순경간의 1/4까지입니다. 따라서 개수를 산정할 때는 단부구간을 배근간격으로 나눈 값에 올림처리하고 +1을 해줍니다. 맨 처음에 철근 한 개를 배치하고 시작한다고 생각하면 될 것 같습니다.
중앙부 스터럽의 개수는 배근구간을 배근 간격으로 나누어서 버림처리합니다. 단부구간에 스터럽이 배치된 상태라서 올림처리를 할 필요가 없습니다.