BTL(Build-Transfer-Lease) 방식 — 민간이 사회기반시설을 준공(Build)한 뒤 소유권을 정부에 이전(Transfer)하고, 정부에 임대(Lease)하여 받는 임대료로 투자비를 회수하는 민간투자 사업 방식

[해설]

BTL은 학교·도서관·공공청사 등 수익자 부담 원칙을 적용하기 어려워 자체 수익 창출이 곤란한 시설에 주로 쓰인다. 준공과 동시에 소유권을 이전한다는 점은 BTO와 같지만, 투자비 회수 방법이 다르다. BTO는 민간이 시설을 직접 운영해 이용자 사용료로 회수하고, BTL은 정부가 지급하는 임대료로 회수한다.

(1) 명칭 — 선행 냉각(Pre-Cooling, 프리쿨링)
(2) 목적 — 타설 온도를 낮춰 시멘트 수화열에 의한 온도균열을 억제
(3) 사용 재료
① 얼음
② 액체질소

[해설]

매스콘크리트는 부재 두께가 커서 시멘트 수화열에 의한 내부-표면 온도차로 온도균열이 발생하기 쉽다.

선행 냉각(Pre-Cooling)은 타설 전에 골재·배합수 등 재료 자체를 미리 냉각해 콘크리트의 타설 온도를 낮추는 방법으로, 얼음이나 액체질소를 배합수·골재 냉각에 사용하는 것이 대표적이다. 타설 후 관을 묻어 냉각수를 순환시키는 파이프쿨링(관로냉각)과 함께 대표적인 온도균열 저감 대책이다.

규산질계 도포방수 — 규산질 분말계 재료를 도포해 콘크리트 공극을 충전, 구조체 자체를 방수층으로 만드는 침투성 방수공법

[해설]

규산질계 도포방수는 규산질 분말과 첨가제로 구성된 재료를 콘크리트 표면에 도포하면 모세관 작용으로 내부 공극까지 침투해 불용성 결정체를 형성, 공극을 충전하는 침투성 방수공법이다. 별도의 멤브레인 방수층 없이 구조체 자체가 방수층 역할을 하므로 시공이 간편하고 내구성이 우수하며 콘크리트의 수밀성·강도도 함께 개선된다.

축하중, 콘크리트 건조수축·크리프 등으로 기둥의 길이가 줄어드는 축소 변위 현상. 기둥마다 축소량이 달라 슬래브 처짐·경사, 마감재 균열을 유발한다.

[해설]

고층건물은 수직부재의 축하중이 크고 콘크리트의 탄성변형·건조수축·크리프가 누적되어 부재 길이가 시간이 지날수록 줄어드는데, 이를 기둥축소라 한다. 기둥과 코어(전단벽)는 단면적·재령·응력수준이 달라 축소량 차이(부등축소)가 발생하며, 슬래브 처짐·경사, 설비배관 손상, 마감재·커튼월 균열 등을 유발하므로 설계·시공 단계에서 축소량을 예측해 보정한다.

(1) CM for Fee — CM이 발주자의 대리인으로서 설계·시공 전반의 관리 용역만 수행하고, 공사도급 계약은 발주자와 시공사가 직접 체결하며 약정된 보수(Fee)만 받는 방식
(2) CM at Risk — CM이 원도급자로서 발주자와 직접 도급계약을 맺고 하도급업체를 관리하며, 공사의 원가·공정·품질을 책임지고 자신의 이윤을 추구하는 방식

[해설]

CM for Fee는 CM이 시공 리스크를 지지 않는 대리인·자문형 계약으로 공사비 초과에 대한 책임이 없다.

CM at Risk는 CM이 원도급자 지위에서 시공 리스크까지 부담하는 확장형 계약으로, 최대공사비보증(GMP) 조건이 수반되는 경우가 많다.

발주자는 리스크를 이전할 수 있는 CM at Risk를 선호하나 관리비용이 상대적으로 높다.

(1) 기초 — 건축물 최하부에서 상부 하중을 지반에 안전하게 전달하는 구조부
(2) 지정 — 기초를 지지하기 위해 그 아래에 시공하는 잡석다짐·버림콘크리트·말뚝 등의 다짐·보강부

[해설]

기초는 상부구조의 하중을 지반에 최종적으로 전달하는 구조부재 자체(독립기초·온통기초 등)를 말한다. 지정은 그 기초가 얹히는 지반을 정지·보강하기 위해 기초 아래에 두는 잡석다짐·버림콘크리트·말뚝 등의 하부 처리를 말한다.

지정은 '기초를 위한 기초'로, 지내력이 부족한 지반에서 특히 중요하다. 지반 보강이 지정, 하중을 전달하는 구조체가 기초라는 순서로 이해한다.

(1) 그루브 용접(Groove Welding, 맞댐 용접)
(2) 필릿 용접(Fillet Welding, 모살 용접)

[해설]

그루브 용접은 부재 단부를 개선(베벨 가공)해 홈을 만들고 그 사이에 용착금속을 채워 두 부재를 맞대어 잇는 용접으로 모재와 동등한 내력을 얻을 수 있다. 필릿 용접은 겹침이음이나 T·L자 교차부에서 부재를 가공하지 않고 모서리를 삼각형 단면으로 용착하는 용접으로 시공이 간편하지만 그루브 용접보다 내력이 낮다.

강재보와 콘크리트 슬래브가 일체로 거동하도록, 두 재료의 접합면에 생기는 수평 전단력을 전달하여 합성작용을 확보하는 연결재(스터드 앵커 등)

[해설]

합성보에서 강재보와 콘크리트 슬래브는 각각 별도로 거동하면 접합면에서 미끄러짐(슬립)이 발생해 합성단면으로 작용하지 못한다. 시어 커넥터(스터드볼트 등)는 두 재료의 경계면에 발생하는 수평전단력을 전달·구속해 강재와 콘크리트가 일체로 거동하도록 함으로써 합성보의 휨강성과 내력을 크게 높인다.

태양열(일사)을 직접 받는 유리 중앙부는 온도가 상승·팽창하는 반면, 새시(프레임)에 물려 그늘진 주변부는 저온으로 남아 수축 상태를 유지하면서, 이 온도차로 생긴 인장응력이 가장자리에 집중되고, 그 응력이 유리의 인장강도를 초과하면 주변부(모서리)에서 균열이 시작되어 파손되는 현상

[해설]

유리 열파손은 일사를 직접 흡수하는 중앙부와 프레임에 가려 그늘진 가장자리 사이의 온도차에서 비롯된다. 중앙부는 팽창하려 하지만 가장자리는 새시에 구속되어 상대적으로 저온·수축 상태로 남으므로 가장자리에 인장응력이 집중되고, 그 응력이 유리의 인장강도를 초과하면 모서리에서부터 균열이 발생한다. 두꺼운 유리, 일사 흡수율이 큰 색유리, 프레임에 깊이 물린 유리, 차양·인접 구조물에 의한 부분 그늘, 유리면에 붙인 필름·페인트 등이 있으면 위험이 커진다.

① 오거 보링(Auger Boring)
② 수세식 보링(Wash Boring)
③ 충격식 보링(Percussion Boring)
④ 회전식 보링(Rotary Boring)

[해설]

보링은 지중에 구멍을 뚫어 토질 상태와 지층 구성을 조사하는 방법으로, 굴착 방식에 따라 구분한다. 오거 보링은 오거(나사송곳)를 회전시켜 얕은 깊이의 시료를 채취하는 간이 방법이고, 수세식 보링은 물을 분사해 굴착토를 씻어 올리며 굴진하는 방법으로 연약지반에 적합하다.

충격식 보링은 로프에 매단 비트를 낙하·타격시켜 굴진하는 방법이며, 회전식 보링은 로터리 비트를 회전시켜 코어를 채취하는 방법으로 시료 교란이 적어 정밀도가 가장 높고 표준관입시험 등과 병행하는 대표적 방법이다. 3가지를 요구하면 이 중 임의의 3개를 쓰면 된다.

① 정수압으로 굴착 벽면의 붕괴를 방지한다.
② 굴착면에 불투수막(mud cake)을 형성해 지하수 유입을 차단한다.
③ 굴착된 토사를 부유·운반하여 배출한다.

[해설]

지하연속벽 굴착 시 사용하는 안정액(벤토나이트 이수)은 굴착 벽면에 작용하는 정수압으로 토사 붕괴를 방지하고, 굴착면에 불투수성 니막(mud cake)을 형성해 지하수 유입과 이수의 지반 유실을 막으며, 굴착된 토사를 부유·현탁시켜 순환배출하는 역할을 겸한다.

① 하중계(Load Cell)
② 변형률계(Strain Gauge)
③ 지중침하계(Extensometer)

[해설]

하중계(Load Cell)는 버팀보·어스앵커에 걸리는 축하중을, 변형률계(Strain Gauge)는 흙막이벽체·버팀보의 응력(변형률)을 측정한다. 지중침하계(Extensometer, 층별침하계)는 배면 지반의 깊이별 침하량을 계측해 굴착 중 안전성을 관리한다.

지반의 수평변위는 지중경사계(Inclinometer)로 따로 계측하며, 이 밖에 지하수위계·간극수압계·토압계 등도 함께 쓰인다.

① 강섬유
② 유리섬유
③ 탄소섬유

[해설]

섬유보강 콘크리트는 콘크리트에 짧은 섬유를 혼입해 인장강도·인성·균열저항성을 높인 것이다. 강섬유는 강도·연성을 크게 개선해 바닥판·터널 라이닝에, 유리섬유(GFRC)는 경량 마감재·프리캐스트 패널에, 탄소섬유는 고강도·고탄성·내부식성으로 보수·보강용 시트에 주로 쓰인다.

이 외에 비닐론섬유·폴리프로필렌섬유 등도 사용된다.

① 벽돌·모르타르의 강도 및 수밀성 부족
② 모르타르 줄눈 바탕의 신축 및 들뜸
③ 온도·습도 변화에 따른 재료의 신축
④ 이질재와 접합부의 불완전 시공

[해설]

조적조 블록벽체의 습기 침투는 재료 자체의 결함과 시공 결함이 복합적으로 작용한다. 벽돌·모르타르의 강도·수밀성이 부족하면 재료 자체로 빗물이 침투하고, 줄눈 바탕의 신축·들뜸은 줄눈부에 미세균열을 유발하며, 온습도 변화에 따른 재료의 신축은 접합부에 틈을 만든다. 이질재와의 접합부 시공이 불완전하면 그 경계면이 누수의 취약점이 된다.

① 에폭시 코팅 철근 사용
② 철근 표면에 아연도금 등 방청 처리
③ 골재에 제염제 혼입
④ 콘크리트에 방청제 혼입

[해설]

염화물이 철근 표면의 부동태피막을 파괴해 부식을 촉진하므로, 철근을 직접 보호하거나(에폭시 코팅·아연도금) 콘크리트·골재 단계에서 부식 인자를 차단·억제하는(제염제·방청제 혼입) 방식으로 대응한다.

에폭시 코팅·아연도금은 표면에 보호막을 만들어 수분·염화물의 접촉을 막는 물리적 대책이고, 제염제·방청제는 부식 반응 자체를 억제하는 화학적 대책이다. 콘크리트공사 표준시방서상 굳지 않은 콘크리트의 염화물 함유량 상한 관리도 병행한다.

⑥ → ④ → ⑤ → ③ → ② → ①

[해설]

데이터 수집 → 최솟값·최댓값으로 범위 결정 → 구간 폭 결정 → 도수분포도(표) 작성 → 히스토그램 작도 → 규격값과 대조해 공정의 안정 여부 판정 순으로 진행한다.

히스토그램은 품질관리(QC) 7가지 도구 중 하나로, 데이터 분포의 산포와 중심경향을 시각적으로 파악하는 데 쓰인다.

① 겹침이음
② 용접이음
③ 기계적이음

[해설]

철근 이음은 부착력에 의존하는 겹침이음과, 용접이나 커플러 등 기계적 요소로 힘을 직접 전달하는 이음으로 구분한다. 겹침이음은 시공이 간편하지만 철근이 굵을수록 부착 성능 확보가 어려워 원칙적으로 사용이 제한되며, 이 경우 용접이음이나 기계적이음을 적용한다.

[해설]

귀규준틀은 건물 외곽의 모서리마다, 평규준틀은 각 변의 직선 구간마다 설치하므로, 평면의 꺾이는 지점과 변의 개수를 세면 설치 개소가 정해진다.

귀규준틀은 두 벽면이 만나는 모서리에서 기준선의 수평·수직을 함께 잡아주고, 평규준틀은 모서리 사이 직선 구간에서 중간 기준을 잡아준다.

채점 포인트는 평면도의 모서리를 빠짐없이 세어 귀규준틀 개소를, 그 사이 직선 벽면 구간 수만큼 평규준틀 개소를 정했는지 확인하는 것이다.

[해설]

주각부는 베이스플레이트 크기와 앵커볼트 개수로 구분되는데, 앵커볼트가 적고 회전이 자유로우면 핀 주각, 앵커볼트를 다수 배치해 휨모멘트까지 저항하면 고정 주각, 기둥 하단이 콘크리트 속에 묻히면 매입형 주각이다.

핀 주각은 작은 베이스플레이트와 최소한의 앵커볼트만으로 지지해 축력과 전단력만 전달하고 휨모멘트에는 저항하지 못하는 반면, 고정 주각은 넓은 베이스플레이트 아래를 그라우팅으로 채우고 앵커볼트를 다수 배치해 휨모멘트까지 기초에 전달한다.

매입형 주각은 기둥 하부 일정 길이를 콘크리트 기초나 지중보 속에 직접 매입시켜 부착력과 지압력으로 고정 효과를 얻는 방식으로, 세 유형 중 강성이 가장 크다.

(1) 스캘럽(Scallop)
(2) 보 웨브 단부가 기둥 플랜지와 만나는 상·하 모서리 — 상부 플랜지 밑면, 하부 플랜지 윗면에 각 1개소씩 반원형 홈 2개소

[해설]

스캘럽은 용접선이 서로 교차하며 생기는 결함을 피하고 뒷댐재(backing bar)를 통과시키기 위해 웨브 단부에 두는 부채꼴 모양의 노치다. 기둥-보 강접합부에서는 보 웨브가 기둥 플랜지에 닿는 단부의 상·하 모서리, 즉 상부 플랜지 밑면과 하부 플랜지 윗면에 각각 1개소씩 총 2개소를 둔다. 다만 스캘럽 하부에 응력이 집중되어 취성파괴를 유발한 사례로 인해 최근에는 논스캘럽(무스캘럽) 공법도 사용된다.

$f_{sp} = \dfrac{2P}{\pi D L} = \dfrac{2 \times (100 \times 10^3)}{\pi \times 300 \times 500} = 0.42$ MPa

[해설]

쪼갬인장강도(할렬인장강도) 시험은 원주형 공시체를 옆으로 눕혀 지름 방향으로 선하중을 가해 인장 파괴를 유도하는 간접 인장시험으로, $f_{sp} = \dfrac{2P}{\pi D L}$로 산정한다(P: 최대하중, D: 지름, L: 길이). 하중은 N으로 환산(100kN = 100,000N)하고 치수는 mm로 맞춰야 결과가 MPa(N/mm²)로 나온다. 검산하면 $\dfrac{200{,}000}{\pi \times 150{,}000} = 0.424$ ≒ 0.42MPa다.

· 장변/단변 비 $\beta = \dfrac{4}{2} = 2$
· 유효폭 철근량 $A_s = A_{sL} \times \dfrac{2}{\beta + 1} = 4{,}800 \times \dfrac{2}{2 + 1} = 3{,}200$ mm²

[해설]

독립기초가 직사각형(장변/단변 비 $\beta=\dfrac{L}{S}>1$)일 때, 단변방향 철근은 유효폭(단변 폭과 같은 폭의 중앙대) 내에 집중 배근해 하중 전달을 명확히 한다. 유효폭 내 배근량은 $A_s=A_{sL}\times\dfrac{2}{\beta+1}$ 로 산정하며, 나머지 철근은 유효폭 바깥 구간에 균등 배분한다.

· $l_{db} = \dfrac{0.25 \, d_b f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}} = \dfrac{0.25 \times 22 \times 400}{1 \times \sqrt{24}} = 449.07$ mm ← 지배
· $l_{db} \ge 0.043 \, d_b f_y = 0.043 \times 22 \times 400 = 378.40$ mm
· 두 값 중 큰 값이 지배하므로 기본정착길이 $l_{db} = 449.07$ mm

[해설]

압축철근의 기본정착길이는 $l_{db}=\dfrac{0.25 d_b f_y}{\lambda\sqrt{f_{ck}}}$ 값과 최소값 $0.043 d_b f_y$ 중 큰 값으로 정하며, 둘을 비교해 지배 조건을 판단한다. 인장철근과 달리 압축철근은 콘크리트 지압에 의한 저항이 더해지므로 정착길이가 짧다.

· 다짐 상태 환산 $= 10 \times \dfrac{C}{L} = 10 \times \dfrac{0.9}{1.2} = 7.5$ m³
· 되돋우기 소요(다짐) 토량 $= 10 \times 0.5 = 5$ m³
· 남는 다짐 토량 $= 7.5 - 5 = 2.5$ m³
· 남는 흐트러진 토량 $= 2.5 \times \dfrac{L}{C} = 2.5 \times \dfrac{1.2}{0.9} = 3.33$ m³

[해설]

흐트러진 토량 → 다짐 토량 환산은 $\times C/L$, 다짐 토량 → 흐트러진 토량 환산은 $\times L/C$를 곱한다(자연상태 토량을 매개로 $\div L$, $\times C$).

반입한 흐트러진 흙 10m³를 다짐 상태로 환산(7.5m³)한 뒤, 되돋우기에 실제 쓰인 다짐 토량(면적×두께 = 10×0.5 = 5m³)을 빼면 남는 다짐 토량 2.5m³, 이를 다시 흐트러진 상태로 되돌리면 3.33m³이다.

[해설]

캔틸레버보는 고정단 반력을 구하지 않고 자유단 쪽(C점 우측) 하중만으로 절단법을 적용하는 것이 간단하며, C 우측의 4kN·2kN이 만드는 전단력과 모멘트가 각각 6kN, -16kN·m이다.

절단면의 전단력·모멘트는 절단면 한쪽(자유단 방향)에 작용하는 하중만의 합으로 구할 수 있으므로, C에서 2m 떨어진 4kN과 4m 떨어진 2kN만 고려하면 $V_C=4+2=6$ kN이다.

모멘트는 캔틸레버 상연에 인장이 생기는 방향이므로 음(-)으로 두어 $M_C=-(4\times2+2\times4)=-16$ kN·m이며, 이 음부호가 상부 인장을 뜻한다는 점이 채점 포인트다.

(1) 단축 후 공기(19일)의 활동별 소요일수 — A 3 / B 3 / C 6 / D 5 / E 3 / F 10 / G 8 / H 9 / I 2(일). 결합점의 EST=LST는 0 → 3 → (B 종료 6 / D 종료 8 / C·E 합류 9) → 17 → 19이며, 단축 후 주공정선(굵은 선)은 A-B-E-G-I, A-C-G-I, A-D-H-I 세 경로(모두 19일)다. A-B-F-I만 18일로 여유 1일.

(2) 총공사비
· 단축 대상과 추가비용: 21일 E(500원) / 20일 B+D(4,000원) / 19일 B+D(4,000원)
· 정상 총공사비 $=69{,}000$ 원
· 3일 단축 추가공사비 $=500+4{,}000+4{,}000=8{,}500$ 원
· 총공사비 $=69{,}000+8{,}500=77{,}500$ 원

[해설]

정상공기(최장 경로 A-B-E-G-I=22일)가 지정공기(19일)보다 3일 길므로, 크래시 비용 기울기 $=\dfrac{\text{특급공비}-\text{정상공비}}{\text{정상공기}-\text{특급공기}}$ 가 작은 작업부터 주공정 상에서 순차로 단축한다. 1일차는 E(500원/일)만 단축하면 되지만, 2·3일차는 두 경로(A-B-E-G-I, A-D-H-I)가 동시에 주공정이 되어 B와 D를 함께 단축해야 하므로 1일당 4,000원(B 1,000원 + D 3,000원)이 든다. 19일까지 줄이면 A-C-G-I도 19일이 되어 함께 주공정선이 된다. 정상 총공사비에 단축 추가비용을 더해 총공사비를 산출한다.