철근 간격재도 설계를 해야 하나요?

1. 철근 간격재?

철근간격재, Chair bar, 馬 (うま , 우마) 라고 쓰며 수평으로 배치된 철근 혹은 프리스트레스용 강재, 쉬스 등을 정확한 위치에 고정하기 위하여 쓰이는 철근을 의미합니다.

2. 철근 간격재도 설계를 해야 하나요?

철근간격재는 배력철근으로 철근 조립시 필요한 철근입니다. 따라서 설계기준(KDS)이 아 닌 표준시방서(KCS)에 수록되어 있습니다.

위 기준에 맞게 간격철근을 배근했습니다. 아쉽지만 직경은 합리적으로 결정을 해야 되겠습니다.

3. 철근 간격재의 설계하중

철근 조립시 발생하는 하중은 상면철근의 자중, 작업자의 이동하중, 콘크리트 타설압, 타설 장비 등의 하중이 있습니다.

1) 상면철근의 자중(W_D)

철근호칭 H32, 간격 125mm, 격자 1단 배근이라고 가정할 때 자중은 아래와 같습니다.

• H32 철근의 단위중량 : 6.23 kg/m

• 배근간격 125mm : 8EA/m

• 격자 단배근 1 : 2EA

• 철근의 자중(W_D) : 6.23 x 8 x 2 = 99.7 kg/m2 = 0.997 kN/m2

2) 작업 하중(W_L)

작업하중은 작업자의 이동하중, 장비하중, 타설하중을 포함합니다.

일반적인 경우 2.5 kN/m2이며, 타설 높이에 따라 충격하중을 고려하여 적용하중을 5.0kN/m2 까지 증가시켜야 합니다.

또한, 특수장비를 사용하는 경우 그 이상의 실제 하중을 적용해야 합니다.

4. 철근 간격재의 좌굴하중

철근 간격재는 상면철근망을 지지하는 기둥으로 볼 수 있습니다.

위 예시의 철근 간격재 좌굴하중을 산정합니다.   

• 사용 철근 직경(d) : 19mm

• 비지지 길이(L) : 1,800mm (기초판 두께에서 상하면 피복을 공제)

• 유효 길이계수(k) : 1.0 (양단 힌지)

• 철근 탄성계수(E) : 200 GPa

• 단면 차 모멘트2  (I) : πd⁴ / 64 = 6,397 mm4

• 좌굴하중 Pcr = π²EI / (KL)² = 3.897 kN

• 강도감소계수 Φ = 0.75 (KDS 14 20 10 4.2.3 설계강도)

• ΦPcr = 2.923 kN

5. 철근 간격재 배치 검토

• 고정하중(W_D) : 0.997 kN/m2

• 활하중(W_L) : 2.5 kN/m2

• 하중조합(U) : 1.2D + 1.6L = 1.2 x 0.997 + 1.6 x 2.500 = 5.196 kN/m2 (KDS 14 20 10 4.2.2 소요강도)

• 필요철근량 : U / ΦPcr = 5.196 / 2.923 = 1.778 EA/m2

• 최대배치 간격 : 1/√(1.778) = 750 mm

• 적용간격 : 500 mm < 750 mm

6. 간격철근 설계 Q&A

Q. 철근 간격재는 다리가 두 개인데 한 개로 검토하나요?

A : 철근 (다리)에 하중 분담율을 산정하기 어렵고, 두 개 중 한 개라도 파괴가 일어나면 간격재 역할을 못하기 때문에  다리가 2개지만 1개로 가정하여 설계하는 것 입니다.

Q. 간격재의 개수는 면적당으로 배치하게 되어 있는데, 간격재의 형태와는 무관한가요? (다릿발의 개수인지 간격재의 개수인지?)

A : 간격재는 다리 1개를 의미합니다. 간격재는 시공 편의성을 위해 다리 2개인 ㄷ 형태로 사용합니다.

간격재 철근에 작용하는 외력이 편재하가 될지 중앙에 재하 될지 판단하기 어렵고, 절점부의 강체조건을 기대하기 어렵기 때문에 설계에는 다리 1개에 하중이 집중된 양단 힌지 기둥으로 설계하는 것이 안전측 설계가 되겠습니다.

Q. KDS 14 20 10의 강도감소계수에서 다른 여러 값 중에 0.75를 적용한 이유가 있나요?

A : 휨 또는 전단 비틀림에 의한 좌굴이 우려되므로 0.85와 0.75 중 작은 값으로 선택하였습니다.

KDS에 제시된 강도감소계수에서 압축지배의 경우 콘크리트의 특성이 고려된 값으로 적절하지 않지만 더 안전측으로 설계한다면 나선철근으로 보강된 철근콘크리트 부재 (0.70)의 적용도 가능 할 것으로 판단됩니다.

그 외의 철근 콘크리트 부재 (0.65)를 적용하 지 않는 이유는 두 값 중 나선철근으로 보강된 철근콘크리트 부재의 경우 그렇지 않은 경우에 비해 연성도가 더 좋은 케이스로 해당 구조물에 조금 더 적합하겠습니다.

Q. 개념도상 철근 자체에 휨이 발생할 것으로 보이는데, 축력만 가지고 검토해도 문제가 없는건가요?

 A : ㄷ자 형태 (2축) 이나 설계는 상하단 힌지인 1축으로 설계하기 때문에 수평철근의 휨은 고려하지 않습니다.

Q. 시공기술자가 아닌 설계기술자가 이러한 내용도 설계문서에 넣어야 하나요?!

A : KCS는 시공자를 위한 지침이긴 하나 설계도에 철근간격재의 간격과 직경을 표시해야하므로 설계기술자도 내용을 알고 있어야 할 것입니다.

전단철근이 있는 구조물은 간격철근 대용으로 쓰기 때문에 문제가 없으나 최소전단 철근이 필요 없는 구조물은 간격철근이 필요합니다.

참고자료

KDS 14 20 10 : 2021 콘크리트구조 해석과 설계원칙

KDS 21 50 00 : 2022 거푸집 및 동바리 설계기준

KCS 14 20 11 : 2022 철근공사

#철근간격재

#배력철근

#조립철근

#표준시방서

#철근 간격재 설계하중

#철근 간격재 좌굴하중

#철근 간격재 설계 예시

#철근 간격재 배치 검토

#철근 간격재 QnA

About the Editor

Kiwi

구조 엔지니어 경력 15년 이상

Since 2005

아치주탑사장교,

모노레일,

슬라이딩센터 등 특수구조물 설계 참여.

BIM운용전문가

※ Topics 아래 키워드를 누르시면 관련 콘텐츠를 보실 수 있습니다.