건축기사 실기 · 2023년 1회차

무수축 모르타르

[해설]

베이스플레이트 하부는 기초 콘크리트와 밀착시켜 하중을 균등하게 전달해야 하므로, 경화 시 수축이 없어 틈이 생기지 않는 무수축 모르타르(Non-Shrink Mortar)로 그라우팅한다.

① 150 ② 120

[해설]

콘크리트 표준시방서에 따른 연속 타설 시 이어치기 허용 시간 간격이다. 외기온 25℃ 이하는 150분(2.5시간), 25℃ 초과는 120분(2시간)이다.

기온이 높으면 먼저 친 콘크리트가 빨리 굳어 콜드조인트가 생기기 쉬우므로 허용시간을 더 짧게 둔다.

① 굴착 벽면의 붕괴 방지(측압 유지)
② 지하수 유입 차단(차수, 불투수막 형성)
③ 굴착 토사의 분리·부유·배출

[해설]

지하연속벽의 안정액(벤토나이트 이수)은 굴착 홈에 채워져 벽면에 불투수성 막(머드케이크)을 만든다.

• 붕괴 방지 — 액의 측압이 토압·수압에 맞서 굴착 벽면을 지탱한다.
• 차수 — 머드케이크가 막이 되어 지하수 유입을 막는다.
• 토사 배출 — 굴착 토사를 부유시켜 분리·배출하기 쉽게 한다.

외우는 요령: 「벽 지탱·물 차단·흙 운반」 세 가지로 묶어 기억한다.

· 단면적 $A = \dfrac{I}{r^2} = \dfrac{64{,}000}{\left(\dfrac{20}{\sqrt{3}}\right)^2} = 480\,\text{cm}^2$
· 높이 $h = \sqrt{\dfrac{12I}{A}} = \sqrt{\dfrac{12 \times 64{,}000}{480}} = 40\,\text{cm}$
· 폭 $b = \dfrac{A}{h} = \dfrac{480}{40} = 12\,\text{cm}$

[해설]

단면2차반경 $r = \sqrt{I/A}$에서 단면적을 먼저 구한다. 이어서 직사각형의 $I = \dfrac{bh^3}{12} = \dfrac{Ah^2}{12}$ 관계로 높이를 구하고, 폭은 면적을 높이로 나눈다.

$A = \dfrac{I}{r^2} = \dfrac{64{,}000}{400/3} = 480\,\text{cm}^2$
$h = \sqrt{\dfrac{12I}{A}} = \sqrt{\dfrac{12 \times 64{,}000}{480}} = 40\,\text{cm}$
$b = \dfrac{A}{h} = \dfrac{480}{40} = 12\,\text{cm}$

검산: $\dfrac{12 \times 40^3}{12} = 64{,}000\,\text{cm}^4$로 주어진 조건과 일치한다.

드라이브 핀(Drive Pin)

[해설]

드라이브 핀(Drive Pin)은 화약(공포탄)의 폭발력으로 못을 쏘는 타정총, 즉 드라이비트로 박는 특수 못이다.

• 머리형(H형)은 머리가 있어 부재를 바로 눌러 고정한다.
• 나사형(T형)은 끝이 수나사여서 박은 뒤 너트로 행어·앵커 등을 체결한다.

일반 못이 들어가지 않는 콘크리트·강재 바탕에 설비 배관·마감재를 고정할 때 쓴다.

(1) 피치(Pitch)
(2) 게이지 라인(Gauge Line)
(3) 게이지(Gauge)

[해설]

강구조 볼트 배치의 기본 용어로, 방향만 구분하면 헷갈리지 않는다.

• 피치(Pitch) — 응력 방향으로 줄지어 선 볼트의 중심 사이 간격이다.
• 게이지 라인(Gauge Line) — 볼트 중심을 이은 선, 즉 볼트가 놓이는 줄이다.
• 게이지(Gauge) — 나란한 게이지 라인 두 개 사이의 거리이다.

외우는 요령: 한 줄 안의 볼트 간격은 피치, 줄과 줄 사이 간격은 게이지다.

① 슬럼프(Slump)
② 슬럼프 플로(Slump Flow)
③ 공기량
④ 콘크리트 온도

[해설]

콘크리트 표준시방서(KCS 14 20)의 레디믹스트 콘크리트 받아들이기 검사는 현장 도착 시 굳지 않은 콘크리트의 품질을 확인한다.

• 슬럼프 — 일반 콘크리트의 반죽질기(워커빌리티)를 확인한다.
• 슬럼프 플로 — 고유동 콘크리트처럼 흐름성이 큰 콘크리트의 유동성을 확인한다.
• 공기량 — 동결융해 저항성과 강도에 영향을 주므로 확인한다(보통 콘크리트 4.5±1.5%).
• 콘크리트 온도 — 서중·한중 시 품질 변화를 막기 위해 확인한다.

혼동 주의: 단위용적질량·염화물량·강도도 받아들이기 검사 항목이지만 모범답안은 현장 도착 시 즉시 재는 네 항목이다.

[해설]

트러스의 판별식 $N = (r + m + f) - 2j$에서 N > 0이면 부정정, N = 0이면 정정이다. N < 0이면 불안정 구조다.

• 반력 r = 3 — 힌지 지점의 반력 2(수평·수직)와 롤러 지점의 반력 1(수직)을 더한 값.
• 부재 m = 8 — 외곽 4변과 중앙 절점에서 네 모서리로 가는 대각재 4개.
• 강절점 f = 0 — 트러스 절점은 모두 핀으로 본다.
• 절점 j = 5 — 네 모서리 4개와 중앙 1개.

$N = (3 + 8 + 0) - 2 \times 5 = 1$이므로 1차 부정정인 안정 구조다.

고층 건물처럼 반복 작업이 많은 공사에서 각 작업조의 생산성을 직선의 기울기로 나타내어 반복 작업의 진행 상황을 도식화하는 관리 기법

[해설]

LOB(Line Of Balance)는 같은 작업이 층마다 반복되는 고층 건물 공사에 쓰는 공정관리 기법이다.

세로축에 층(반복단위), 가로축에 시간을 두고 작업조마다 진행선을 그어 반복 작업의 진행 상황을 도식화한다.

선의 기울기가 곧 생산성(진행 속도)이므로 선끼리 가까워지거나 교차하면 작업 간섭을 바로 알 수 있다.

(1) 압밀 — 점성토 지반에 하중이 작용하여 흙 속의 간극수가 서서히 배출되면서 압축·침하되는 현상
(2) 다짐 — 사질토 지반에 외력(다짐 에너지)을 가해 흙 속의 공기를 배출시켜 밀도를 높이는 것

[해설]

둘 다 흙의 부피가 줄어드는 것이지만, 압밀은 간극수가 빠지는 현상이고 다짐은 공기를 빼는 시공 행위다.

• 압밀 — 점성토에 하중이 걸려 투수성이 낮은 흙에서 간극수가 서서히 빠지며 오랜 시간에 걸쳐 압축·침하된다.
• 다짐 — 사질토에 롤러 등으로 다짐 에너지를 가해 흙 속 공기를 짧은 시간에 빼내 밀도를 높인다.

외우는 요령: 압밀=점성토·간극수·장기 / 다짐=사질토·공기·단기.

· 예민비 = 자연시료 압축강도 ÷ 이긴시료 압축강도
$S_t = \dfrac{8}{5} = 1.6$

[해설]

예민비는 흙을 이겼을 때 강도가 얼마나 떨어지는지 나타내는 지표로, 자연시료 강도를 이긴시료 강도로 나눈 값이다.

S_t = 자연시료 압축강도 ÷ 이긴시료 압축강도
S_t = 8 ÷ 5
S_t = 1.6

값이 클수록 교란에 따른 강도 저하가 커서 시공 중 주의해야 하는 예민한 흙이다.

혼동 주의: 분자와 분모를 바꾸면 1 미만의 값이 나오므로 자연시료 강도를 분자에 둔다.

[해설]

비용구배 = (특급비용 − 표준비용) ÷ (표준일수 − 특급일수)이다. 공기는 주공정선 위에서 비용구배가 가장 작은 작업부터 1일씩 줄인다.

표준공기는 A→C→F→H 경로가 3 + 5 + 4 + 7 = 19일로 가장 길어 주공정선이 된다. 비용구배는 A 6,000·B 5,000·C 7,000·D 10,000·E 9,000·F 5,000원/일이고, G·H는 단축할 수 없다.

• 19일→18일: 주공정선에서 가장 싼 F를 1일 줄인다(5,000원).
• 18일→17일: A→D→H도 18일로 주공정선이 되므로, 두 경로에 함께 걸린 A를 줄인다(6,000원).
• 17일→16일: A·F는 더 줄일 수 없고 A→C→F→H, A→D→H, B→F→H 세 경로가 모두 17일이라 C·D·B를 1일씩 함께 줄인다(22,000원).

총공사비 = 표준공사비 + 추가비용
= 280,000 + 33,000
= 313,000원

① 1.0

[해설]

건축구조기준(KDS 41)의 하중조합에서 지진하중(E)의 하중계수는 1.0이다.

지진하중은 산정 단계에서 이미 설계 수준(극한)의 지진력으로 정해지므로 별도 할증 없이 1.0을 곱한다.
1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S
0.9D + 1.0E

혼동 주의: 고정하중계수 1.2, 활하중계수 1.6과 달리 지진하중은 1.0이다.

① 수평이동 방식(Sliding)
② 고정 방식(Locking)
③ 회전 방식(Rocking)

[해설]

커튼월 패널을 구조체에 고정하는 파스너(Fastener) 긴결 방식은 층간변위와 열팽창 변위를 흡수하는 원리에 따라 셋으로 나뉜다.

• 수평이동 방식(Sliding) — 패널이 한쪽 고정부에서 수평으로 미끄러지며 변위를 흡수한다.
• 고정 방식(Locking) — 패널을 구속하되 변위는 줄눈 등 다른 부위에서 흡수하게 한다.
• 회전 방식(Rocking) — 패널이 층간변위를 따라 회전(흔들림)하며 변위에 따라간다.

외우는 요령: 미끄러짐·구속·회전으로 짝지어 기억한다.

(1) 보
① 부피 $= 0.3 \times 0.4 \times 1 \times 150 = 18$m³
② 중량 $= 18 \times 2{,}400 = 43{,}200$kg
(2) 기둥
① 부피 $= 0.45 \times 0.6 \times 4 \times 50 = 54$m³
② 중량 $= 54 \times 2{,}400 = 129{,}600$kg

[해설]

부재 1개의 체적(단면적×길이)에 개수를 곱해 총 부피를 구하고, 여기에 단위중량 2,400kg/m³을 곱해 중량으로 바꾼다.

보 부피 = 0.3 × 0.4 × 1 × 150 = 18m³
보 중량 = 18 × 2,400 = 43,200kg

기둥 부피 = 0.45 × 0.6 × 4 × 50 = 54m³
기둥 중량 = 54 × 2,400 = 129,600kg

혼동 주의: 단면 치수는 mm를 먼저 m로 바꿔야(300mm → 0.3m) 부피 단위가 m³로 맞는다.

에폭시(Epoxy) 수지

[해설]

에폭시 수지는 접착력과 내구성·내약품성·내수성이 우수하고 경화 후 수축이 거의 없어 접합부 틈이 작다.

이 때문에 파손된 석재의 접합·보수용 접착제로 널리 쓰인다.

(1) 25 — 굵은 골재 최대치수 25mm
(2) 30 — 호칭강도 30MPa
(3) 180 — 슬럼프 180mm

[해설]

KS F 4009의 레디믹스트 콘크리트 호칭은 「굵은 골재 최대치수 - 호칭강도 - 슬럼프」 순으로 쓴다.

• 25는 굵은 골재 최대치수 25mm이다.
• 30은 호칭강도 30MPa이다.
• 180은 슬럼프 180mm이다.

외우는 요령: 단위 순서 「mm - MPa - mm」를 묶어 기억한다.

(1) 주재료
① 규사(규산질 재료)
② 생석회(석회질 재료)
③ 발포제(알루미늄 분말)
(2) 기포 제조 방법 — 발포제인 알루미늄 분말을 혼입해 화학반응(수소가스 발생)으로 미세기포를 만든 뒤, 고온·고압 증기양생(오토클레이브)으로 경화시킨다.

[해설]

ALC는 규산질·석회질 원료에 발포제를 넣어 기포를 만든 뒤 오토클레이브(고온·고압 증기솥)에서 양생한 경량 콘크리트다.

• 규사 — 규산질 원료로 석회와 반응해 규산칼슘 수화물(골격)을 만든다.
• 생석회 — 석회질 원료로 규사와 반응하며 반죽을 굳힌다.
• 알루미늄 분말 — 발포제로 알칼리와 반응해 수소가스를 내어 기포를 만든다.

기포 제조는 알루미늄 분말이 수소가스를 발생시켜 반죽 속에 미세기포를 만드는 화학적 발포 방식이다. 이 상태로 오토클레이브에서 고온·고압 증기양생해 경화시키므로 가볍고 단열·내화성이 좋다.

· 전단면적 $A_g = t(b_1 + b_2 - t) = 7 \times (100 + 100 - 7) = 7 \times 193 = 1{,}351$ mm²
· 볼트구멍 지름 $d = 20 + 2 = 22$ mm, 한 단면의 구멍 수 $n = 2$(양 변 각 1개)
· $A_n = A_g - n\,d\,t = 1{,}351 - 2 \times 22 \times 7 = 1{,}043$ mm²

[해설]

ㄱ형강 인장재의 순단면적은 전단면적에서 파단선 위 볼트구멍의 결손면적(구멍 수 × 구멍 지름 × 두께)을 뺀 값이다.

두 변을 펴서 한 장의 판으로 보되, 모서리 두께가 겹치므로 폭은 b₁ + b₂ − t로 잡는다.
A_g = 7 × (100 + 100 − 7) = 7 × 193 = 1,351mm²

M20 볼트의 구멍 지름은 20 + 2 = 22mm이고, 양 변 볼트가 같은 단면에 나란히 있어 파단선 위 구멍은 2개다.
A_n = 1,351 − 2 × 22 × 7 = 1,043mm²

혼동 주의: 볼트가 엇갈려 배치되면 s²/4g 보정을 더하지만, 이 문항처럼 나란히 배치된 경우에는 보정하지 않는다.

설계와 시공을 병행해, 설계가 끝난 부분부터 단계적으로 착공함으로써 전체 공기를 단축하는 방식

[해설]

패스트 트랙(Fast Track)은 설계와 시공을 겹쳐 진행해 전체 공기를 단축하는 공정관리 방식이다.

전체 설계가 끝날 때까지 기다리지 않고 기초·골조처럼 먼저 확정된 부분의 도면으로 단계적으로 착공한다. 다만 뒤 단계 설계가 바뀌면 이미 시공한 부분과 맞춰야 해서 관리 부담이 커진다.

(1) 정의 — 지반을 천공하여 흙 시료를 채취(Sampling)하고 지층 상태를 파악하는 조사 방법
(2) 종류 — ① 오거 보링(Auger) ② 수세식 보링(Wash) ③ 회전식 보링(Rotary)

[해설]

보링(Boring)은 지반에 구멍을 뚫어 흙 시료를 채취(Sampling)하고 지층 구성을 확인하는 대표적 지반조사 방법이다.

• 오거 보링 — 나선형 오거를 돌려 얕은 연약 지반을 천공한다.
• 수세식 보링 — 물을 분사하며 굴진하고 흙탕물로 토질을 판단한다.
• 회전식 보링 — 비트를 회전시켜 굴진하며 교란이 적고 정밀도가 가장 높다.

혼동 주의: 충격식 보링도 종류에 들지만 모범답안은 오거·수세식·회전식 세 가지다.

① 유입된 지하수를 강제 배수(Pumping)하여 수압을 낮춘다.
② 구조물의 자중을 증대시켜 부력에 저항한다.
③ 영구 앵커(Rock Anchor)로 지반에 정착시켜 인장으로 저항한다.
④ 마찰말뚝을 시공하여 마찰력으로 부력에 저항한다.

[해설]

지하수위 아래에 잠긴 지하구조물은 잠긴 깊이만큼 부력(양압력)을 받는다. 대책은 부력을 줄이거나, 누르는 힘·붙잡는 힘을 키우는 방향으로 나뉜다.

• 강제 배수(Pumping)는 유입된 지하수를 퍼내 수압을 낮춰 부력 자체를 줄인다.
• 자중 증대는 구조물을 무겁게 만들어 그 무게로 부력을 누른다.
• 영구 앵커(Rock Anchor)는 구조물을 암반에 정착시켜 인장력으로 떠오르지 않게 붙잡는다.
• 마찰말뚝은 말뚝 둘레와 흙 사이의 주면마찰력으로 부상에 저항한다.

외우는 요령: 수압 낮추기(배수) 하나와 버티기 셋(무게·앵커·말뚝)으로 묶어 기억한다.

[해설]

겔버보는 내부힌지 D에서 휨모멘트가 0이다. 그래서 힌지 오른쪽 DC 구간을 먼저 단순보로 풀고, 그 반력을 AD 구간에 하중으로 넘긴다.

DC 구간은 등분포하중이 대칭이라 양 끝이 절반씩 받는다.
$V_C = V_D = \dfrac{30 \times 6}{2} = 90\,\text{kN}\,(\uparrow)$

힌지 D의 반력 90kN은 AD 구간에 하향 집중하중으로 작용한다. 수평하중이 없으므로 $H_A = 0$이다.

$\sum M_B = 0 \;:\; V_A \times 6 - 40 \times 3 + 90 \times 3 = 0$
$V_A = -25\,\text{kN}$
$\sum V = 0 \;:\; V_B = 40 + 90 + 25 = 155\,\text{kN}\,(\uparrow)$

$V_A$가 음수이므로 A 반력은 아래 방향 25kN이다. B 너머로 내민 부분의 90kN이 B를 지렛목 삼아 A 쪽을 들어 올리므로, A가 보를 아래로 잡아 줘야 한다.

화재로 급격히 가열된 콘크리트 표면부가 내부 수증기압을 견디지 못하고 소리를 내며 폭발적으로 떨어져 나가는 현상

[해설]

폭렬(爆裂)은 화재로 급히 가열된 콘크리트 내부의 수증기압이 표면부를 밀어내 폭발적으로 떨어져 나가는 현상이다.

고강도 콘크리트는 조직이 치밀해 수증기가 빠져나갈 통로가 적어 특히 잘 생긴다. 수증기압이 콘크리트 인장강도를 넘으면 소리를 내며 표면이 튀어 나간다.

대책으로는 폴리프로필렌(PP) 섬유 혼입(화재 때 녹아 수증기 배출 통로가 됨)과 내화피복·내화도료 도포가 대표적이다.

① $16t_f + b_w$
② 양쪽 슬래브의 중심 간 거리
③ 보 경간의 $\dfrac{1}{4}$

[해설]

콘크리트구조 설계기준에 따라 T형보 압축 플랜지의 유효폭은 세 값 중 가장 작은 값으로 한다.

• 16t_f + b_w — 플랜지 두께의 16배에 복부 폭을 더한 값이다.
• 양쪽 슬래브의 중심 간 거리 — 인접 보와 플랜지를 나눠 쓰므로 그 이상은 잡을 수 없다.
• 보 경간의 1/4 — 경간이 짧으면 플랜지 응력이 멀리 퍼지지 못한다.

플랜지 응력이 복부에서 멀어질수록 줄어드는 전단지연 때문에 최솟값을 취한다.

· 전단면적 $A = 390 \times 190 = 74{,}100\,\text{mm}^2$
① $f_1 = \dfrac{600{,}000}{74{,}100} = 8.097$
② $f_2 = \dfrac{500{,}000}{74{,}100} = 6.747$
③ $f_3 = \dfrac{550{,}000}{74{,}100} = 7.422$
· 평균 $f = \dfrac{8.097+6.747+7.422}{3} = 7.42\,\text{N/mm}^2 \ge 6\,\text{N/mm}^2$ → 합격

[해설]

콘크리트 블록의 압축강도는 파괴하중을 전단면적(구멍을 빼지 않은 길이×두께 면적)으로 나눈 값이다. 합격 여부는 시험체 3개의 평균값을 기준강도 6N/mm²와 비교해 판정한다.

전단면적 A = 390 × 190
= 74,100mm²
f₁ = 600,000 ÷ 74,100 = 8.097N/mm²
f₂ = 500,000 ÷ 74,100 = 6.747N/mm²
f₃ = 550,000 ÷ 74,100 = 7.422N/mm²
평균 f = (8.097 + 6.747 + 7.422) ÷ 3
= 7.42N/mm² ≥ 6N/mm² → 합격

혼동 주의: 높이 190mm는 하중이 가해지는 방향의 치수라 면적에 넣지 않고, 가압면은 길이 390mm × 두께 190mm이다.