강구조 공사(강구조 재료, 강구조 공사의 계획)

1. 강구조란

강구조란 각종 형강과 강판을 볼트·리벳·고력볼트·용접 등의 접합 방법으로 조립하여 건물의 뼈대를 구성하는 방식으로 철골구조라고도 한다. 강구조 공사는 순 철골구조의 강구조 공사와 철골철근콘크리트 구조 중의 강구조 공사로 분류된다. 강구조의 장단점에 장점은 강재는 재질이 균등하며, 철근콘크리트에 비해 자중이 가볍고 공법이 자유롭고 장대재를 이용할 수 있어 스팬이 큰 구조물이나 고층 건축물을 축조할 수 있으며 콘크리트는 인성이 작지만 인성이 크고 공장에서 가공하여 현장에서 조립하므로 현장 작업기간을 단축할 수 있지만 불에 약하므로 설계 및 시공 시 적절한 내화피복 방법을 강구해야 하며 단면에 비하여 부재의 길이가 길고 두께가 얇아 좌굴 되기 쉽고 재료비가 다소 비싸다.

2. 강구조 재료

강구조 재료로는 강재는 형강, 경량 형강, 봉강, 강판 등이 있다. 형강은 여러 가지 단면형이 있으며 건축구조에서 가장 많이 쓰이는 것은 L 형강, I 형강, H형강 등이 있다. 경량형강은 열간압연강판, 냉간압연 강판, 아연도금 강판 등이 주로 사용된다. 봉강은 단면이 둥근 원형강, 반원형강, 8각강, 6각강, 각강, 평강 등이 있다. 강판은 두께 3mm 이하의 얇은 강판, 6mm 이상의 두꺼운 강판, 무늬 강판, 평강 등이 있다. 접합 재료는 리벳, 볼트, 고력볼트가 있으며 리벳은 둥근머리 리벳, 민머리 리벳, 평머리 리벳 등이 있다. 볼트는 소규모의 건축물에만 사용되며 고력볼트는 볼트 조임으로써 부재 사이에 생기는 마찰력으로 응력을 전달하는 것이다. 구조용 강재의 구분으로 강재는 모두 형상이 바르고 직선으로 되어 있으며, 해로운 흠, 심한 녹이 없는 것으로써 공사의 정도에 따라 1류, 2류, 3류와 A동 B 종으로 구분한다.

3. 강구조 공사의 계획

강구조 공사의 계획은 공장에서 부재를 가공·조립하는 공장작업과 공사 현장에서 부재를 조립 및 설치하는 현장 작업으로 분류하여 작성한다. 공사 계획은 공사의 규모, 전체 공기, 다른 공사와의 관련성, 자재반입 계획, 설치용 장비 계획, 안전 및 공해 대책 등을 종합적으로 검토하여 수립한다. 강구조 공사 진행 순서는 설계도서 검토, 현장 조사, 공장작업 공정(가공공장 선정, 강구조 제작, 제품검사, 운반), 현장 작업 공정(전체공정과의 관련성 검토, 준비작업, 앵커볼트 매입, 강구조 부재 현장 반입, 세우기, 가 조립 및 수정, 본 조립, 도장 및 내화피복)으로 구분한다. 강구조 공장 제작에서 공장가공은 원척도 작성, 본뜨기, 변형 바로잡기, 금 매김, 절단, 구멍 뚫기, 가 조립, 본 조립, 검사, 녹막이 칠, 운반 순으로 진행한다. 강구조 공사의 접합 방법은 절점에서 힘이 전달되는 방식에 따라서 롤러지지, 핀접합, 강접합으로 구분된다. 강접합은 연직 및 수평 방향의 힘을 지탱함과 동시에 회전에 저항하는 접합으로서 이동 및 회전이 불가능하다. 리벳접합은 미리 부재에 구멍을 뚫고, 가열된 리벳을 조 리벳터(joe riveter), 뉴매틱 리벳터(pneumatic riveter)로 충격을 주어 접합하는 방법이다. 볼트접합은 강재에 볼트 구멍을 뚫고 볼트를 조여서 접합하는 공법으로 리벳접합과는 달리 시공과 해체가 용이하며 소음이 적다는 이점이 있다. 고력볼트 접합은 리벳이나 볼트접합이 전단 내력에 의한 접합방식임과 비교해 인장력이 매우 큰 고력볼트로 강재를 서로 강하게 밀착시켜 줌에 따라 발생하는 마찰력을 이용하는 방법이다. 고력볼트의 종류에는 TCT 고력볼트, PI 너트식 고력볼트, 고력 그립 볼트, 지압형 볼트가 있다. 용접접합은 접합하고자 하는 두 개 이상의 물체의 접합 부분에 존재하는 방해 물질을 제거하여 결합하는 용접과정을 통해 수행하는 방법이다. 장점으로는 강재가 절약되고 건물 중량이 감소하며 단면 처리 및 이음이 쉽다. 강구조 세우기는 입지 조건, 공사 규모, 높이 등에 따라 전체 공정에 크게 영향을 미치므로 철저한 계획과 검토가 필요하다. 주요 순서로는 크레인 설치, 앵커볼트 매입, 강구조 세우기, 조립 후 수정, 가볼트 조이기, 고력볼트 접합 / 용접 접합, 검사, 녹막이 및 도장으로 구분한다. 내화피복 공사에서 강구조용 강재의 융점은 1,500℃로 온도가 500~600℃rk 되면 응력이 50%로 저하되고, 800℃ 이상이면 응력이 제로 상태가 된다. 강구조를 화재나 열로부터 보호하여 강재의 온도 상승을 막아 내력 저하를 허용한계 이내로 할 목적으로 강구조에 내화피복을 한다. 내화피복 공법에는 습식공법, 건식공법, 합성공법, 복합공법 등이 있다. 습식공법에는 타설 공법, 뿜칠 공법, 미장 공법, 조적 공법 등이 있고, 건식공법에는 PC판, ALC 판, 규산칼슘판, 석면 성형판 등 내화·단열성능이 우수한 경량의 성형판을 접착제나 연결철물을 이용하여 부착하는 공법을 말한다. 합성공법은 이종 재료 적층공법, 이질 재료 접합공법이 있으며 복합공법에는 외벽 ALC 패널, 천장 멤브레인 공법 등이 있다.

강구조 바닥 판 시공 방법에는 데크 플레이트를 깔고 배근 또는 용접 철망을 간 후 콘크리트를 타설 하는 법, PC 콘크리트 슬래브 판을 까는 법, 거푸집을 대고 콘크리트를 치는 법 등이 있다. 데크 플레이트는 합판 거푸집에 비해 경량이므로 다루기 쉽고 설치가 용이하며 장스팬의 슬래브 시공을 위한 서포트가 필요하지 않아 공기단축과 공사비 절감이 가능하다. 데크 플레이트 분류는 거푸집용 데크 플레이트와 구조용 데크 플레이트가 있다. 철골 철근 합성구조는 SMART 프레임이라고 하며 철근콘크리트와 강구조의 장점을 활용한 SRPC 골조 시스템이다. 주요 특징은 연결부에만 강구조를 이용할 수도 있고, 필요시 전 경간을 SRPC로 구성할 수도 있다. SRPC 기둥과 보의 접합부 처리 방식은 바닥과 함께 콘크리트를 타설 하여 일체화하는 경우와 기둥과 보의 접합부를 플레이트 및 볼트 접합 건식형으로 구성하여 바닥과 함께 콘크리트 타설하여 일체화하는 경우로 구분할 수 있다.