건축기사 실기 · 2020년 4회차

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]

민간투자사업은 투자비를 무엇으로 회수하느냐에 따라 나뉜다. BTL(Build-Transfer-Lease)은 정부가 주는 임대료로 투자비를 회수한다.

민간이 시설을 짓고(Build) 준공과 함께 소유권을 정부에 넘긴 뒤(Transfer) 정부에 임대(Lease)한다. 학교·도서관처럼 이용료를 받기 어려운 시설에 주로 쓴다.

혼동 주의: BTO도 준공 때 소유권을 이전하지만, 민간이 직접 운영하며 이용자 사용료로 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 단면이 커서 수화열 때문에 내부와 표면의 온도차가 커지고 온도균열이 생기기 쉽다. 재료를 미리 식혀 타설 온도 자체를 낮추는 방법이 선행 냉각(Pre-Cooling)이다.

• 목적 — 타설 온도를 낮춰 최고온도와 온도차를 줄이고 온도균열을 억제한다.
• 얼음 — 배합수 일부를 얼음으로 바꾸고, 얼음이 녹을 때 흡수하는 열(융해열)로 콘크리트를 식힌다.
• 액체질소 — 극저온 액체를 믹서나 골재에 직접 넣어 짧은 시간에 온도를 떨어뜨린다.

혼동 주의: 타설 후 콘크리트 속에 관을 묻고 냉각수를 흘리는 방법은 파이프쿨링(Post-Cooling)이다.

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

[해설]

이 공법은 멤브레인 방수층을 따로 만들지 않고 콘크리트 구조체 자체를 방수층으로 만드는 규산질계 도포방수다.

규산질 분말계 재료를 바르면 모세관 작용으로 콘크리트 속까지 스며들어 불용성 결정체를 만들고 공극을 메운다. 그래서 방수와 함께 콘크리트의 수밀성·내구성도 좋아진다.

혼동 주의: 시트·도막 방수는 표면에 막을 씌우는 멤브레인 방수라 여기에 해당하지 않는다.

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

[해설]

기둥 축소(Column Shortening)는 고층 건물의 기둥이 축하중과 콘크리트의 건조수축·크리프 때문에 시간이 지나며 짧아지는 현상이다.

• 축하중 — 위층 하중이 기둥을 눌러 생기는 탄성변형이다.
• 건조수축 — 콘크리트 속 수분이 증발하며 부피가 줄어드는 변형이다.
• 크리프 — 하중이 오래 걸려 있으면서 서서히 더해지는 변형이다.

기둥과 코어는 단면·응력·재령이 서로 달라 축소량에 차이(부등축소)가 생긴다.

그 결과 슬래브가 처지거나 기울고 마감재에 균열이 생기므로, 축소량을 미리 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]

건설사업관리(CM) 계약은 CM이 시공 위험을 지는지에 따라 CM for Fee와 CM at Risk로 나뉜다.

• CM for Fee — CM은 발주자의 대리인으로서 관리 용역만 하고 약정된 보수(Fee)만 받으므로 공사비 초과 책임이 없다.
• CM at Risk — CM이 원도급자로서 발주자와 직접 도급계약을 맺어 원가·공정·품질 위험을 지고, 그 대가로 이윤을 얻는다.

외우는 요령: Fee는 수수료만 받는 대리인이고, Risk는 위험을 지는 시공자다. CM at Risk에는 최대공사비보증(GMP) 조건이 붙는 경우가 많다.

(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 건축물 최하부에서 상부 하중을 받아 지반에 안전하게 전달하는 구조부이며, 독립기초·온통기초 등이 여기에 속한다.

지정은 그 기초를 받치기 위해 기초 아래에 시공하는 잡석다짐·버림콘크리트·말뚝 등의 다짐·보강 부분이다. 하중을 전달하는 구조체가 기초이고, 기초 밑 지반을 다지고 보강하는 것이 지정이다.

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

[해설]

용접 이음 형식은 부재 끝을 가공해 생긴 홈을 채우는 방식과 모서리에 용착금속을 덧붙이는 방식으로 나뉜다.

• 그루브 용접(맞댐 용접) — 부재 끝을 비스듬히 깎아(개선) 생긴 홈(groove)에 용착금속을 채워 두 부재를 맞대어 잇는다.
• 필릿 용접(모살 용접) — 겹친 판이나 T·ㄴ자 교차부 모서리에 삼각형 단면으로 용착금속을 덧붙인다.

외우는 요령: 그루브 용접은 홈을 채워 모재와 같은 내력을 낼 수 있고, 필릿 용접은 부재를 가공하지 않아 간편하지만 내력은 그루브 용접보다 낮다.

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

[해설]

시어 커넥터는 합성보에서 강재보와 콘크리트 슬래브를 잇는 전단 연결재로, 대표적으로 강재보 상부 플랜지에 용접한 스터드 앵커를 쓴다.

하중을 받으면 두 재료의 접합면에 수평 전단력이 생겨 서로 미끄러지려(슬립) 하는데, 커넥터가 이 힘을 전달해 미끄러짐을 막는다. 그 결과 두 재료가 하나의 합성단면으로 일체 거동해 휨강성과 내력이 커진다.

혼동 주의: 데크 플레이트는 거푸집·인장재 역할이고, 강재보와 슬래브를 하나로 묶는 것은 시어 커넥터다.

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 한 장의 유리 안에서 생긴 온도차가 인장응력으로 바뀌어 일어난다.

• 중앙부 — 일사를 직접 받아 온도가 오르며 팽창한다.
• 주변부 — 새시에 물려 그늘진 부분이라 저온·수축 상태로 남는다.
• 응력 집중 — 팽창하려는 중앙부 때문에 가장자리에 인장응력이 모인다.
• 파손 — 이 응력이 유리의 인장강도를 넘으면 모서리에서 균열이 시작된다.

실무 의미: 색유리·두꺼운 유리, 부분 그늘, 유리면에 붙인 필름은 온도차를 키워 열파손 위험을 높인다.

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

[해설]

지반조사용 보링은 땅에 구멍을 뚫어 지층 구성을 확인하고 토질 시료를 채취하는 방법으로, 굴진 방식에 따라 나눈다.

• 오거 보링 — 나사 모양 송곳(오거)을 돌려 파는 간이 방식으로, 얕은 깊이에 쓴다.
• 수세식 보링 — 물을 분사해 흙을 씻어 올리며 파는 방식으로, 연약한 토사층에 알맞다.
• 충격식 보링 — 비트를 들어 올렸다 떨어뜨려 부수며 파는 방식으로, 단단한 지층에도 쓴다.
• 회전식 보링 — 비트를 회전시켜 코어를 채취하는 방식으로, 시료 교란이 적어 정밀도가 가장 높다.

외우는 요령: '오·수·충·회'로 묶고, 가장 정확한 방식은 회전식이라고 기억한다.

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

[해설]

지하연속벽 굴착에 쓰는 안정액(벤토나이트 이수)은 굴착 구멍을 채운 채로 벽면을 지지한다.

• 벽면 붕괴 방지 — 안정액의 정수압이 흙과 지하수의 압력에 맞서 굴착면을 버틴다.
• 불투수막 형성 — 벽면에 얇은 진흙막(mud cake)이 생겨 지하수 유입과 안정액 유실을 막는다.
• 토사 배출 — 점성으로 굴착 토사를 띄운 채 순환시켜 밖으로 운반한다.

외우는 요령: 버틴다(정수압)·막는다(머드케이크)·나른다(토사 부유)로 기억한다.

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

[해설]

흙막이 계측은 굴착 중 벽체·지보공·배면 지반의 거동을 측정해 붕괴 징후를 미리 잡는 관리다.

• 하중계(Load Cell) — 버팀보·어스앵커에 걸리는 축하중을 측정한다.
• 변형률계(Strain Gauge) — 흙막이벽체·버팀보 부재의 변형률을 재어 응력 상태를 파악한다.
• 지중침하계(Extensometer) — 흙막이 배면 지반의 깊이별 침하량을 측정한다.

혼동 주의: 지반의 수평변위는 지중경사계(Inclinometer), 지하수위는 지하수위계로 따로 잰다.

① 강섬유
② 유리섬유
③ 탄소섬유

[해설]

섬유보강 콘크리트는 짧은 섬유를 섞어 콘크리트의 약점인 인장강도·인성·균열저항성을 높인 것이다.

• 강섬유 — 강재로 만든 섬유로, 인성 개선 효과가 커서 바닥판·터널 라이닝에 쓴다.
• 유리섬유 — 가볍고 얇게 성형할 수 있어 GFRC 마감 패널·프리캐스트 부재에 쓴다.
• 탄소섬유 — 강도와 탄성이 높고 부식되지 않아 보수·보강재에 쓴다.

이 밖에 비닐론·폴리프로필렌 같은 합성섬유도 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 벽체의 습기 침투는 재료의 수밀성 부족과 줄눈·접합부 시공 결함이 겹쳐 생긴다.

• 벽돌·모르타르의 강도·수밀성 부족 — 재료 자체가 물을 빨아들이거나 통과시킨다.
• 줄눈 바탕의 신축·들뜸 — 줄눈과 블록 사이가 벌어져 미세한 틈으로 빗물이 스민다.
• 온도·습도 변화에 따른 신축 — 팽창·수축이 되풀이되며 생긴 균열이 물길이 된다.
• 이질재 접합부 불완전 시공 — 창호·콘크리트 등 다른 재료와 만나는 경계가 누수 취약부가 된다.

외우는 요령: 재료(수밀성) → 줄눈(들뜸) → 거동(신축) → 접합부(이질재) 순으로 떠올린다.

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

[해설]

염화물은 철근 표면의 부동태피막을 파괴해 부식을 일으킨다. 그래서 철근을 직접 보호하거나 콘크리트 속 염분의 작용을 억제한다.

• 에폭시 코팅 철근 — 표면의 수지막이 수분·염화물 접촉을 막는다.
• 아연도금 등 방청 처리 — 아연이 먼저 부식되면서 철근을 지킨다.
• 제염제 혼입 — 바다모래 골재에 든 염분의 작용을 줄인다.
• 방청제 혼입 — 철근 표면에 보호막을 만들어 부식 반응을 억제한다.

함께 콘크리트공사 표준시방서의 염화물 함유량 상한(염화물 이온량 0.30kg/m³ 이하)도 관리한다.

⑥ → ④ → ⑤ → ③ → ② → ①

[해설]

히스토그램은 품질관리(QC) 7가지 도구 중 하나로, 데이터를 구간별 도수로 세어 막대그래프로 그린 뒤 분포를 판단한다.

순서는 데이터 수집 → 최솟값·최댓값으로 범위 결정 → 구간 폭 결정 → 도수분포표 작성 → 히스토그램 작성 → 규격값과 대조해 안정 상태 검토다. 범위를 알아야 구간 폭을 정할 수 있고, 도수를 세어야 막대를 그릴 수 있어서 이 순서가 된다.

① 겹침이음
② 용접이음
③ 기계적이음

[해설]

철근 이음은 힘을 전달하는 방식에 따라 부착력으로 넘기는 이음과 연결재로 직접 전달하는 이음으로 나뉜다.

• 겹침이음 — 두 철근을 일정 길이만큼 겹쳐 콘크리트 부착력으로 힘을 넘긴다.
• 용접이음 — 철근끼리 용접해 하나로 이어지게 한다.
• 기계적이음 — 커플러·슬리브 같은 연결재로 철근을 물려 잇는다.

혼동 주의: D35를 초과하는 철근은 원칙적으로 겹침이음을 할 수 없어 용접이음이나 기계적이음을 쓴다.

[해설]

규준틀은 터파기 전에 벽 중심선과 기초 위치를 표시해 두는 임시 기준틀이다. 모서리에는 귀규준틀을, 모서리가 아닌 벽 중심선 위치에는 평규준틀을 둔다.

귀규준틀 6개소는 凹형 평면에서 바깥으로 튀어나온 모서리 6곳이다. ㄱ자 모양이라 서로 직각인 두 벽선을 한 번에 잡는다.

평규준틀 6개소는 안쪽으로 꺾인 곳과 내벽 선이 끝나는 곳처럼 모서리가 아닌 벽 중심선 위치 6곳이다. 일자 모양이라 한 방향 벽선만 잡는다.

혼동 주의: 안쪽으로 꺾인 모서리까지 귀규준틀로 세면 개수가 틀린다. 바깥 모서리만 귀규준틀로 센다.

[해설]

철골 주각은 기초로 휨모멘트를 전달하는지, 기둥 하부가 콘크리트에 묻히는지에 따라 구분한다. 그림에서는 평면의 앵커볼트 배치와 단면에서 베이스플레이트가 놓인 위치를 보고 판별한다.

• 핀 주각은 앵커볼트 2개가 기둥 중심(웨브 부근)에 모여 있어 회전을 막지 못하므로 축력과 전단력만 전달한다.
• 고정 주각은 넓은 베이스플레이트의 플랜지 바깥쪽에 앵커볼트를 여러 개(그림은 6개) 배치해 휨모멘트까지 기초로 넘긴다.
• 매입형 주각은 기둥 하부가 기초 콘크리트 속에 깊이 묻혀 부착력과 지압으로 고정되며, 세 형식 중 강성이 가장 크다.

외우는 요령: 볼트가 중심에 적게 있으면 핀, 바깥쪽에 많으면 고정, 베이스플레이트가 콘크리트 속에 있으면 매입형이다.

(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]

쪼갬인장강도는 원주 공시체를 눕혀 지름 방향으로 눌러 쪼개는 간접 인장시험으로 구한다.

$f_{sp} = \dfrac{2P}{\pi D L}$ (P: 최대하중, D: 지름, L: 길이)
$= \dfrac{2 \times 100{,}000}{\pi \times 300 \times 500}$
$= 0.42$ MPa

혼동 주의: 하중은 N(100kN = 100,000N), 치수는 mm로 맞춰야 결과가 MPa(N/mm²)로 나온다.

· 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]

콘크리트구조 기초 설계기준에 따라 직사각형 기초판의 단변 방향 철근은 단변 길이와 같은 폭의 중앙 구간(유효폭)에 더 많이 배근한다.

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

나머지 1,600mm²는 유효폭 바깥 양쪽에 균등하게 나눈다. 장변 방향 철근은 폭 전체에 균등 배근한다.

· $l_{db} = \dfrac{0.25 \, d_b f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}} = \dfrac{0.25 \times 22 \times 400}{1 \times \sqrt{24}} = 449.07$ 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]

콘크리트구조 정착 설계기준(KDS 14 20 52)에서 압축철근의 기본정착길이는 계산식 값과 최소값 중 큰 값으로 정한다.

계산식 값
$l_{db} = \dfrac{0.25 \, d_b f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}} = \dfrac{0.25 \times 22 \times 400}{1 \times \sqrt{24}} = 449.07$ mm
최소값
$0.043 \, d_b f_y = 0.043 \times 22 \times 400 = 378.40$ mm
큰 값이 지배하므로 $l_{db} = 449.07$ mm

혼동 주의: 인장철근의 기본정착길이는 0.6d_bf_y/(λ√f_ck)로, 압축철근보다 길다.

· 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]

토량 환산계수를 쓸 때 흐트러진 토량 → 다짐 토량은 $\times C/L$, 다짐 토량 → 흐트러진 토량은 $\times L/C$를 곱한다.

반입 흙을 다짐 상태로 환산
$10 \times \dfrac{0.9}{1.2} = 7.5$ m³
되돋우기 소요(다짐) 토량
$10 \times 0.5 = 5$ m³
남는 다짐 토량
$7.5 - 5 = 2.5$ m³
흐트러진 상태로 되돌림
$2.5 \times \dfrac{1.2}{0.9} = 3.33$ m³

혼동 주의: 두께 50cm는 0.5m로 바꿔 곱하고, 되돋우기 소요량은 다짐 상태 기준임을 놓치지 않는다.

[해설]

캔틸레버보는 자유단 쪽(C점 우측) 하중만으로 절단법을 적용하면 고정단 반력을 구하지 않아도 된다.

C 우측 하중은 4kN(C에서 2m)과 2kN(C에서 4m)뿐이고, C 왼쪽의 3kN은 계산에 넣지 않는다.

전단력은 절단면 우측 하중의 합이다.
$V_C=4+2=6$ kN

휨모멘트는 하중×C까지 거리의 합이며, 캔틸레버는 윗면이 늘어나므로 음(−)으로 둔다.
$M_C=-(4\times2+2\times4)=-16$ kN·m(상부 인장)

혼동 주의: 모멘트 팔 길이는 고정단 A가 아니라 절단점 C에서 잰다.

(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.