건축 시공(강 구조 공사)

개요

강구조란 각종 형강과 강판을 볼트. 리벳·고력볼트 · 용접 등의 접합방법으로 조립하여 건물의 뼈대를 구성하는 방식으로 철골구조라고도 한다. 강구조공사는 순철골구조의 강구조공사와 철골철근콘크리트 구조중의 강구조공사로 분류된다. 강구조작업은 부재를 가공하는 공장작업과 그것을 현장에서 조립하는 현장작업으로 분류된다. 공장가공은 운반·현장반입 · 세우기에 지장이 없는 한 거의 완성품에 가깝게 제작하여 발송하고, 현장에서는 적절한 가설설비·기계설비를 하여 세우기 · 바로잡기 ·고력볼트 조임 또는 용접으로 공사를 완성한다.

 

강구조의 장·단점은 다음과 같다.

(1) 장점

① 강재는 재질이 균등하며, 철근콘크리트에 비해 자중이 가볍다.

② 공법이 자유롭고 장대재를 이용할 수 있어 스팬(span) 이 큰 구조물이나 고층 건축물을 축조할 수 있다.

③ 콘크리트는 인성(toughness) 이 작지만, 강재는 인성이 크다.

④ 공장에서 가공하여 현장에서 조립하므로 현장 작업기간을 단축할 수 있다.

⑤ 강구조는 리모델링이나 증·개축이 매우 유리하며, 건물수명이 다했을 경우 고철로 재활용되어 다른 소재에 비해 친환경적이다.

 

(2) 단점

① 비내화적이므로 설계 및 시공 시 적절한 내화피복 방법을 강구해야 한다.

② 각 부재는 가공 및 조립을 정밀하게 하지 않으면 조립 또는 사용이 불가능하게 된다.

③ 단면에 비하여 부재의 길이가 길고 두께가 얇아 좌굴 되기 쉽다.

④ 재료비가 다소 비싸다.

 

강구조 공사

강구조공사의 계획은 공장에서 부재를 가공 · 조립하는 공장작업과 공사현장에서 부재를 조립 및 설치하는 현장작업으로 분류하여 작성한다. 공사 계획은 공사의 규모, 전체 공기, 다른 공사와의 관련성, 자재반입 계획, 설치용 장비계획, 안전 및 공해대책 등을 종합적으로 검토하여 수립한다.

 

강구조공사의 접합방법은 절점(點)에서 힘이 전달되는 방식에 따라서 롤러(roller)지 지, 핀(pin) 접합, 강접합으로 구분된다. 강접합은 연직 및 수평방향의 힘을 지탱함과 동시에 회전에 저항하는 접합으로서 이동 및 회전이 불가능하다. 강접합에는 리벳접합, 볼트접합, 용접, 고력볼트 접합이 있으며, 근래에는 대부분 고력볼트 접합이나 용접 접합을 이용하고 있다.

 

공사현장의 강구조 세우기는 입지 조건, 공사 규모, 높이 등에 따라 전체 공정에 크게 영향을 미치므로 철저한 계획과 검토가 필요하다. 대부분의 공정이 기계에 의해 이루어지기 때문에 안전계획이 무엇보다도 중요하다.

 

강구조용 강재의 융점은 1,500℃로 온도가 500~600℃가 되면 응력이 50%로 저하되고, 800℃이상이면 응력이 제로(0) 상태가 된다. 강구조를 화재나 열로부터 보호하여 강재의 온도 상승을 막아 내력 저하를 허용한계 이내로 할 목적으로 강구조에 내화피복을 한다.

 

강구조 바닥판 시공방법에는 데크 플레이트(deck plate)를 깔고 철근배근 또는 용접 철망을 깐 후 콘크리트를 타설 하는 법, PC 콘크리트 슬래브 판을 까는 법, 거푸집을 대고 콘크리트를 치는 법 등이 있다. 최근에는 데크 플레이트를 이용한 시공법이 보편화되고 있다. 데크 플레이트는 합판 거푸집에 비해 경량이므로 다루기 쉽고 설치가 용이하며 장스팬의 슬래브 시공을 위한 서포트가 필요하지 않아 공기단축과 공사비 절감이 가능하다. 또한 시공이 용이하며 깨끗한 공사환경을 유지할 수 있어 안전사고를 줄일 수 있다. 데크 플레이트를 설치할 경우에는 내화피복, 구조적 강성 확보, 배근 방법 등에 대하여 신중하게 검토해야 한다.

 

강구조의 역사

철을 구조물에 최초로 사용한 것은 영국의 세 번(Severn)에 1779년 가설한 주 철제 철교(iron bridge)가 처음이다. 19세기초 영국의 철도산업이 급속히 성장함에 따라 철재 트러스 구조의 역사(驛舍)와 교량이 많이 건설되었는데, 당시의 대표적인 철 구조물은 런던박람회의 전시관으로 건설된 수정궁(London Crystal Palace, 1851~1936, 1936년 소실)이었다. 1889년에는 파리박람회를 위한 스팬 115m, 높이 45m, 보방향 420m 크기의 기계관과 에펠탑이 철재로 건설되었다. 강재가 일반화된 것은 1856년 베세머(Henry Bessemer)가 전로법(轉爐法)을 발명하여 구조재로써 성능이 연철보다 훨씬 우수한 강철을 단시간에 대량으로 공급할 수 있게 됨으로써 이루어졌다. 그 후 영국을 비롯한 세계 여러 나라의 철강업이 급속히 발전하여 1900년에는 세계의 연간생산량이 약 2,800만 톤에 이르렀다. 계속하여 종래 소형 연철 I형 단면재 대신에 대형 압연 I형강이 등장하여 건축재료로서 강재의 사용이 더욱 많아졌다. 미국 최초의 고층건물로 1893년 제니(William Le Baron Jenney)에 의해 시카고에 10층인 홈 인슈어런스 빌딩 (Home Insurance Building)이 건설되었으며, 102층인 엠파이어 스테이트 빌딩(Empire State Building, 뉴욕, 1931), 110층인 세계무 역센터(World Trade Center, 뉴욕, 1970, 2001년 비행기 테러로 소멸), 높이 435m인 시어즈 타워(Sears Tower, 시카고, 1973) 등이 강구조로 건설되었다.