건축기사 실기 · 2019년 1회차

TS(Torque Shear) 볼트

[해설]

TS(Torque Shear) 볼트는 마찰접합에 쓰는 고장력볼트로, 끝에 핀테일이 달려 있다.

전용 조임기로 조이다가 설정 토크에 이르면 핀테일이 끊어지므로, 토크를 따로 재지 않고 파단 여부만 눈으로 보고 소요 장력 도입을 확인한다.

매입형 합성기둥(Encased Composite Column)

[해설]

형강(철골)을 콘크리트 속에 묻고 철근을 함께 배근한 기둥은 매입형 합성기둥(SRC 기둥)이다. 강재와 콘크리트가 일체로 거동해 큰 축하중을 받는다.

콘크리트가 철골의 국부좌굴을 막고 내화피복 역할도 해서 초고층 하층부의 대하중 기둥에 쓰인다. 혼동 주의: 강관 속에 콘크리트를 채운 것은 충전형 합성기둥(CFT)이다.

면진구조

[해설]

면진구조는 기초와 상부구조 사이에 적층고무받침·미끄럼받침 같은 면진장치를 넣어 지반의 흔들림이 건물로 바로 전달되지 않게 끊어 주는 구조다.

면진장치가 건물의 고유주기를 길게 만들어 상부구조가 받는 지진 가속도를 크게 줄인다.

혼동 주의: 부재의 강도로 버티는 구조는 내진구조, 댐퍼 같은 감쇠장치로 진동을 흡수하는 구조는 제진구조다.

조절줄눈(Control Joint)

[해설]

조절줄눈(Control Joint)은 건조수축·온도변화로 생길 균열을 미리 정한 위치로 유도하는 줄눈이다. 줄눈 커팅 등으로 단면 결손을 두어 그 자리를 일부러 약하게 만든다.

균열을 없애는 것이 아니라 생기는 위치를 제어해 다른 곳에 무질서한 균열이 생기지 않게 하는 것이 목적이다. 혼동 주의: 타설을 이어 붙이는 시공줄눈, 구조체를 완전히 분리하는 신축줄눈과 구별한다.

① 기밀시험
② 수밀시험(정압·동압)
③ 구조시험
④ 층간변위시험 또는 영구변형시험

[해설]

실물모형시험(Mock-Up Test)은 실제 크기·사양의 커튼월 시험체에 설계풍압 등을 가해 성능을 미리 확인하는 시험이다.

• 기밀시험 — 공기가 얼마나 새는지 측정한다.
• 수밀시험 — 정압·동압 조건에서 물을 뿌려 빗물이 새는지 확인한다.
• 구조시험 — 설계풍압을 가했을 때 변형·파손이 없는지 본다.
• 층간변위시험·영구변형시험 — 지진·바람에 따른 층간변위를 따라가는지, 하중을 없앤 뒤 변형이 남는지 확인한다.

외우는 요령: 기밀·수밀·구조는 반드시 쓰고, 넷째 항목으로 층간변위나 영구변형 중 하나를 쓴다.

(1) 오버랩(Over Lap)
(2) 언더컷(Under Cut)
(3) 슬래그 감싸들기(Slag Inclusion)
(4) 블로홀(Blow Hole)

[해설]

용접 결함은 형태와 발생 원인으로 구분해 외운다.

• 오버랩 — 용착금속이 모재와 융합되지 않고 표면에 겹쳐 덮인 결함이다.
• 언더컷 — 과대전류나 빠른 용접속도로 모재가 파였는데 용착금속이 채워지지 않아 홈이 남은 결함이다.
• 슬래그 감싸들기 — 피복재 잔재인 슬래그가 용착금속 속에 섞여 들어간 결함이다.
• 블로홀 — 응고할 때 가스가 빠져나가지 못해 남은 둥근 기공이다.

외우는 요령: 오버랩은 넘쳐서 덮인 것, 언더컷은 파여서 모자란 것으로 서로 반대다.

(1) 밀 시트 — 공인 시험기관이 발행하는, 철강 제품 품질을 보증하는 제조업체의 품질보증서
(2) 뒷댐재 — 맞댐용접의 루트(Root) 하부에 대어 함께 용접되는 강판(용융금속 흘러내림 방지)

[해설]

밀 시트(Mill Sheet)는 강재의 화학성분·기계적 성질 등 품질을 증명하는 품질보증서(성적서)로, 강재가 현장에 반입될 때 검사하는 기초 자료가 된다.

뒷댐재(Back Strip)는 맞댐용접 루트 아래쪽에 덧대어 함께 용접되는 강판이다. 녹은 금속이 아래로 흘러내리는 것을 막아 루트까지 완전히 녹아 붙게(완전용입) 돕는다.

(1) 접합유리 — 두 장 이상의 판유리 사이에 합성수지 필름(PVB 등)을 끼워 붙인 유리(합판유리)
(2) 저방사유리 — 유리 표면에 열적외선을 반사하는 은(Ag) 계열 금속막을 코팅해 방사율·열관류율은 낮추고 가시광선 투과율은 높게 유지한 유리

[해설]

두 용어 모두 판유리를 가공해 안전성이나 단열성을 높인 기능성 유리다.

• 접합유리 — 판유리 두 장 이상 사이에 PVB 같은 합성수지 필름을 끼워 붙인 유리로, 깨져도 파편이 필름에 붙어 흩어지지 않는다.
• 저방사유리 — 표면의 은(Ag) 계열 금속막이 열적외선을 반사해 방사율·열관류율은 낮추고 가시광선은 잘 통과시킨다.

저방사유리는 흔히 로이유리라고 부르며, 코팅면 위치에 따라 여름 차열·겨울 단열 효과가 달라진다.

(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 맨 아래에서 상부 하중을 받아 지반에 안전하게 전달하는 구조부로, 독립기초·온통기초 등이 여기에 속한다.

지정은 그 기초를 받치려고 기초 밑에 시공하는 잡석다짐·버림콘크리트·말뚝 같은 다짐·보강 부분이다.

외우는 요령: 하중을 전달하는 구조체는 기초이고, 그 기초 아래 지반을 다지고 보강하는 것은 지정이다.

흙막이 배면 지반을 천공한 뒤 앵커체를 정착시키고, 그 인장력으로 흙막이벽과 주변 지반을 지지하는 공법

[해설]

어스앵커 공법은 흙막이벽 배면 지반을 천공해 앵커체(그라우트+인장재)를 지중에 정착시킨 뒤 긴장력을 도입해 흙막이벽을 지지하는 공법이다. 버팀보(스트럿)가 없어 굴착 공간을 넓게 확보할 수 있으나, 인접 대지에 앵커체가 들어가는 경우 경계 협의가 필요하다.

(1) 정의 — 로드(Rod) 선단에 설치한 저항체를 지반에 넣어 관입·회전·인발 시의 저항으로 토층의 성상을 탐사하는 원위치 시험
(2) 종류
① 표준관입시험(SPT)
② 콘관입시험(CPT)
③ 베인시험(Vane Test)

[해설]

사운딩(Sounding)은 로드 끝에 단 저항체를 지반에 넣고 관입·회전·인발할 때의 저항으로 토층 상태를 알아내는 원위치 시험이다.

• 표준관입시험(SPT) — 해머 타격 횟수인 N값으로 사질지반의 상대밀도·지지력을 추정한다.
• 콘관입시험(CPT) — 원추형 콘을 밀어 넣으며 관입저항을 연속으로 측정해 토층 변화를 파악한다.
• 베인시험(Vane Test) — 십자형 날개를 돌려 연약 점토의 전단강도를 측정한다.

혼동 주의: 베인시험은 연약 점성토에, 표준관입시험은 주로 사질토에 쓴다.

① 인공건조보다 비교적 균일하게 건조된다.
② 건조에 따른 변형·갈라짐 등 결함이 적다.
③ 시설 투자비와 작업 비용이 적게 든다.

[해설]

천연건조는 가열설비 없이 목재를 대기 중에 쌓아 서서히 말리는 방법이다. 장점은 모두 천천히 마른다는 성질에서 나온다.

• 균일한 건조 — 표면과 내부의 함수율 차이가 작게 유지된다.
• 결함이 적음 — 급속건조가 아니어서 변형·갈라짐이 덜 생긴다.
• 비용 절감 — 건조실 같은 시설 투자와 작업 비용이 적게 든다.

혼동 주의: 건조 기간이 길고 날씨 영향을 받는다는 점은 인공건조와 비교했을 때 천연건조의 단점이다.

① 슬럼프(Slump) 시험
② 흐름(Flow) 시험
③ 비비(Vee-Bee) 시험

※ 그 밖에 다짐계수 시험, 리몰딩 시험, 낙하식 관입 시험(케리볼) 등

[해설]

굳지 않은 콘크리트의 반죽질기는 물의 양에 따른 묽기이고, 시공연도(워커빌리티)는 그 묽기에 따라 작업이 얼마나 쉬운지를 뜻한다. 시공연도는 직접 재기 어려워 반죽질기 시험값으로 함께 평가한다.

• 슬럼프 시험 — 슬럼프콘을 들어 올린 뒤 콘크리트가 내려앉은 높이(mm)를 재는 가장 일반적인 방법이다.
• 흐름 시험 — 흐름판에 상하 낙하 충격을 준 뒤 콘크리트가 퍼진 지름으로 유동성을 평가한다.
• 비비 시험 — 진동을 주어 원뿔형 시료가 원판 모양으로 평평해지는 데 걸린 시간(초)을 잰다.

외우는 요령: 슬럼프는 높이, 흐름은 지름, 비비는 시간으로 재며, 비비 시험은 슬럼프가 작은 된비빔 콘크리트에 알맞다.

(1) 장점
① 제품이 규격화되어 시공이 간단하다.
② 바탕 균열에 대한 내구성·내후성이 좋다.
(2) 단점
① 다른 방수 공법보다 재료비가 비싸다.
② 접합부·복잡한 부위의 마감 처리가 어렵다.

[해설]

시트 방수는 공장에서 두께와 폭을 일정하게 만든 합성고분자·개량아스팔트 시트를 바탕에 붙여 방수층을 만드는 공법이다.

• 시공이 간단하다 — 규격화된 제품을 현장에서 붙이기만 하면 되어 두께와 품질이 고르다.
• 균열 대응·내후성 — 시트가 늘어나며 바탕 균열을 따라가고, 자외선과 온도 변화에도 잘 견딘다.
• 재료비 — 공장 제품이라 도막·아스팔트 방수보다 재료 단가가 높다.
• 접합부·복잡 부위 — 시트 이음부와 모서리·배관 주위는 재단과 겹침이 까다로워 누수의 주요 원인이 된다.

외우는 요령: 장점은 규격화·균열 대응, 단점은 비용·이음부로 짝지어 기억한다.

(1) 정의 — 콘크리트(모르타르)를 압축공기로 노즐에서 시공면에 뿜어 붙여 시공하는 공법
(2) 장점
① 거푸집 등 가설공사가 불필요해 시공성이 좋다.
② 시공면의 강도·수밀성·내구성을 높인다.
(3) 단점
① 분진 발생과 재료 손실(리바운드)이 많다.
② 표면이 거칠고 균열이 생기기 쉽다.

[해설]

숏크리트는 콘크리트(모르타르)를 압축공기로 노즐에서 시공면에 뿜어 붙이는 공법이다. 터널 라이닝·비탈면 보호처럼 거푸집을 대기 어려운 곳에 쓴다.

• 가설공사 불필요 — 거푸집 없이 바로 뿜어 붙이므로 곡면·불규칙한 면에도 빠르게 시공할 수 있다.
• 강도·수밀성·내구성 향상 — 높은 압력으로 밀실하게 붙어 시공면을 보강하고 물이 스며드는 것을 줄인다.
• 분진·재료 손실 — 뿜을 때 먼지가 많이 나고, 시공면에 맞고 튕겨 나온 재료(리바운드)는 버려진다.
• 표면 거칠음·균열 — 흙손 마감이 없어 면이 거칠고 두께가 고르지 않아 균열이 생기기 쉽다.

실무 의미: 분진 때문에 작업자는 방진마스크를 쓰고, 리바운드를 줄이려면 노즐을 시공면에 직각으로 유지한다.

① 내화피복을 하여 열의 침입을 차단한다.
② 흡수율이 작고 내화성이 있는 골재를 사용한다.
③ 폴리프로필렌(PP) 섬유를 혼입해 내부 수증기압을 배출시킨다.

[해설]

폭렬은 화재 때 콘크리트 속 수분이 한꺼번에 수증기로 바뀌고, 그 압력이 인장강도를 넘어 표면이 터져 떨어지는 현상이다.

대책은 열이 들어오지 못하게 막거나, 수증기를 덜 생기게 하거나, 생긴 수증기를 빼내는 세 방향이다.

• 내화피복 — 표면을 내화재로 덮어 콘크리트 온도가 오르는 것 자체를 늦춘다.
• 저흡수·내화성 골재 — 골재가 머금은 수분과 열팽창이 작아 내부 압력이 덜 생긴다.
• PP 섬유 혼입 — 고열에 섬유가 녹으면서 생긴 미세한 통로로 수증기압이 빠져나간다.

혼동 주의: 조직이 치밀한 고강도 콘크리트일수록 수증기가 빠져나가기 어려워 폭렬이 더 잘 일어난다.

① 단위시멘트량을 줄여 수화열을 낮춘다.
② 수화열이 낮은 플라이애시·중용열 시멘트를 사용한다.
③ 프리쿨링·파이프쿨링으로 콘크리트 온도를 제어한다.

[해설]

매스콘크리트는 부재가 두꺼워 내부 수화열이 잘 빠지지 않는다. 그래서 내부와 표면의 온도차, 냉각 때 수축이 구속되는 힘 때문에 온도균열이 생긴다.

• 단위시멘트량 저감 — 수화열을 내는 시멘트 양 자체를 줄인다.
• 저발열 재료 사용 — 플라이애시·중용열 시멘트는 수화 반응이 느려 열이 적게 난다.
• 프리쿨링·파이프쿨링 — 프리쿨링은 재료를 미리 식혀 타설 온도를 낮추고, 파이프쿨링은 묻어 둔 파이프에 냉각수를 흘려 내부 온도를 낮춘다.

혼동 주의: 플라이애시는 시멘트의 한 종류가 아니라 시멘트 일부를 대신하는 혼화재다.

① 알루미늄 바 접합 부위를 실런트로 처리한다.
② 스크류 고정 부위를 실런트로 처리한다.
③ 벽 패널과 알루미늄 바의 틈새를 실런트로 처리한다.
④ 윕홀(Weep Hole)을 두어 내부로 침입한 물을 외부로 배출한다.

[해설]

커튼월 누수는 물이 부재 접합부의 틈으로 들어오거나 들어온 물이 빠질 길이 없을 때 생긴다. 그래서 틈은 막고 배수 경로는 확보하는 것이 대책이다.

• 알루미늄 바 접합부 — 멀리언과 트랜섬이 만나는 이음을 실런트로 채운다.
• 스크류 고정부 — 나사 구멍 둘레로 빗물이 들어오지 않도록 실런트로 막는다.
• 벽 패널과 바의 틈새 — 패널이 끼워지는 줄눈을 실런트로 빈틈없이 메운다.
• 윕홀(Weep Hole) — 프레임 아래쪽에 낸 작은 배수구멍으로, 안으로 스며든 물을 밖으로 내보낸다.

외우는 요령: 실런트로 막는 곳 세 군데(접합부·스크류·패널 틈)에 배수용 윕홀 하나를 더한다.

① 2 ② 4 ③ 3 ④ 6

[해설]

콘크리트 표준시방서(거푸집 및 동바리)에 따르면, 압축강도 시험 없이 측면 거푸집을 떼려면 평균기온과 시멘트 종류별로 정한 존치기간을 지켜야 한다.

• 20℃ 이상 — 조강포틀랜드시멘트 2일, 보통포틀랜드시멘트 4일.
• 10℃ 이상 20℃ 미만 — 조강포틀랜드시멘트 3일, 보통포틀랜드시멘트 6일.

조강시멘트는 초기강도가 빨리 나와 존치기간이 짧고, 기온이 낮으면 강도가 늦게 나와 기간이 길어진다. 혼동 주의: 압축강도 시험을 하는 경우 측면 거푸집은 5 MPa 이상이면 해체할 수 있다.

① 20 ② 18.5 ③ 21

[해설]

콘크리트구조 설계기준의 '처짐을 계산하지 않는 경우의 최소 두께' 표에 나오는 값이다. 분모가 클수록 부재를 얇게 해도 된다는 뜻이다.

• 단순지지된 1방향 슬래브 — L/20.
• 1단 연속된 보 — L/18.5.
• 양단 연속된, 리브가 있는 1방향 슬래브 — L/21.

외우는 요령: 단순·1단연속·양단연속·캔틸레버 순으로 1방향 슬래브는 20·24·28·10, 보와 리브 슬래브는 16·18.5·21·8이다.

f_y가 400MPa이 아니면 표의 값에 (0.43 + f_y/700)을 곱해 보정한다.

[해설]

전단중심은 단면의 각 판에 흐르는 전단흐름의 합력이 지나는 점이다. 하중이 이 점을 지나야 비틀림 없이 휨만 생긴다.

• I형강 — 대칭축이 둘이라 두 축이 만나는 도심과 전단중심이 같다.
• ㄷ형강 — 대칭축이 하나뿐이고 두 플랜지의 전단흐름이 짝힘을 만들기 때문에, 이를 상쇄하는 점이 웨브 바깥쪽(단면 밖)에 생긴다.
• T형강 — 플랜지와 웨브의 전단흐름이 모두 두 중심선의 교점을 지나므로 그 교점이 전단중심이다.
• ㄴ형강 — 두 다리의 전단흐름이 각 다리 중심선을 따라 흐르므로 두 중심선이 만나는 모서리가 전단중심이다.
• Z형강 — 점대칭이라 대칭중심인 도심(웨브 중앙)과 전단중심이 같다.

외우는 요령: 2축 대칭·점대칭이면 도심, 얇은 판이 한 점에서 만나면 그 교점이고, ㄷ형강만 단면 밖에 있다.

$Q=\dfrac{3{,}600\times q\times k\times f\times E}{C_m}=\dfrac{3{,}600\times0.8\times0.8\times0.7\times0.83}{40}=33.47$ m³/h

[해설]

토공기계의 시간당 작업량은 1시간(3,600초) 동안 반복하는 사이클 수에 1회 작업량을 곱해 구한다. k는 버킷에 흙이 차는 정도, f는 구하려는 토량 상태로 바꾸는 토량 환산계수, E는 작업효율이다.

$Q=\dfrac{3{,}600\times q\times k\times f\times E}{C_m}$
$=\dfrac{3{,}600\times0.8\times0.8\times0.7\times0.83}{40}=\dfrac{1{,}338.624}{40}$
≒ 33.47 m³/h

· 기본 정착길이 $l_{db} = \dfrac{0.6\, d_b\, f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}} = \dfrac{0.6 \times 25 \times 400}{1.0 \times \sqrt{25}} = 1{,}200$ mm
· 정착길이 $l_d = l_{db} \times 1.3 = 1{,}200 \times 1.3 = 1{,}560$ mm

[해설]

KDS 14 20 52에서 인장 이형철근의 정착길이는 기본정착길이에 보정계수를 곱해 구한다. 보통중량콘크리트이므로 λ=1.0, 도막되지 않은 철근이므로 도막계수도 1.0이다.

기본 정착길이
$l_{db} = \dfrac{0.6\, d_b\, f_y}{\lambda \sqrt{f_{ck}}}$
$= \dfrac{0.6 \times 25 \times 400}{1.0 \times \sqrt{25}}$
$= 1{,}200$ mm

상부철근은 아래쪽에 콘크리트를 두껍게 쳐서 블리딩으로 부착력이 떨어지므로 보정계수 1.3을 곱한다.
$l_d = 1{,}200 \times 1.3 = 1{,}560$ mm

혼동 주의: 상부철근 계수 1.3은 철근 아래 콘크리트 두께가 300mm를 넘을 때만 적용하며, 보 춤 700mm는 이 조건을 만족한다.

· 띠철근 기둥이므로 $\phi=0.65$, 부재계수 0.80 적용
$\phi P_n = \phi \cdot 0.80\,[\,0.85 f_{ck}(A_g - A_{st}) + f_y A_{st}\,]$
$= 0.65 \times 0.80 \times [\,0.85 \times 24 \times (500^2 - 8\times387) + 400\times(8\times387)\,]$
$= 3{,}263{,}126$ N $\approx 3{,}263.13$ kN

[해설]

근거는 콘크리트구조 설계기준에 있는 띠철근 기둥의 최대 설계축강도식이다. 0.80은 피할 수 없는 우발 편심을 반영한 부재계수이고, 나선철근 기둥이면 0.85를 쓴다.

φP_n = φ × 0.80 × [0.85f_ck(A_g − A_st) + f_yA_st]
A_g = 500 × 500 = 250,000 mm², A_st = 8 × 387 = 3,096 mm²
0.85 × 24 × (250,000 − 3,096) + 400 × 3,096 = 5,036,841.6 + 1,238,400 = 6,275,241.6 N
φP_n = 0.65 × 0.80 × 6,275,241.6 = 3,263,125.6 N ≈ 3,263.13 kN

혼동 주의: 콘크리트 부분은 전체 단면적에서 철근 단면적을 뺀 순단면으로 계산한다. N을 kN으로 바꿀 때는 1,000으로 나눈다.

(1) $\Sigma M_B = 0$: $V_A \cdot L - P \cdot \dfrac{3L}{4} = 0$ → $V_A = \dfrac{3P}{4}\ (\uparrow)$
(2) 힌지 E 왼쪽 부분 $\Sigma M_E = 0$: $V_A \cdot \dfrac{L}{2} - P \cdot \dfrac{L}{4} - H_A \cdot h = 0$
$\dfrac{3P}{4} \cdot \dfrac{L}{2} - P \cdot \dfrac{L}{4} = H_A \cdot h \;\Rightarrow\; \dfrac{PL}{8} = H_A \cdot h$
∴ $H_A = \dfrac{PL}{8h}\ (\rightarrow)$

[해설]

3활절 라멘은 전체 구조의 평형식 3개에 힌지 E의 휨모멘트 = 0 조건 1개를 더해 반력 4개를 구한다.

두 지점의 높이가 같아 B점 모멘트식에서는 수평반력이 빠지므로 V_A가 먼저 나온다.
$\Sigma M_B = 0:\ V_A \cdot L - P \cdot \dfrac{3L}{4} = 0$
$V_A = \dfrac{3P}{4}\ (\uparrow)$

E 왼쪽 부분만 떼어 E점 모멘트를 잡으면 H_A의 팔길이는 h가 된다.
$\Sigma M_E = 0:\ V_A \cdot \dfrac{L}{2} - P \cdot \dfrac{L}{4} - H_A \cdot h = 0$
$\dfrac{3PL}{8} - \dfrac{2PL}{8} = H_A \cdot h$
$H_A = \dfrac{PL}{8h}\ (\rightarrow)$

혼동 주의: 연직하중만 받는 3활절 라멘에서는 두 지점의 수평반력 크기가 같고 서로 안쪽을 향한다(H_B는 같은 크기로 ← 방향).

[해설]

네트워크 공정표는 전진계산으로 결합점 EST를, 후진계산으로 LST를 구한 뒤 여유시간을 따진다.

여유가 0인 작업을 이은 C → D → H가 주공정선이고, 총 공기는 4 + 5 + 4로 13일이다.

• G의 EST는 A·C·E 종료 시각 중 최댓값인 max(3, 4, 4) = 4일이다.
• H의 EST는 D·F·G 가운데 가장 늦게 끝나는 D의 종료 시각인 9일이다.
• TF = LFT − EFT이므로 A는 6 − 3 = 3일, B는 4 − 2 = 2일이다.
• FF = 후속작업 EST − EFT이므로 F는 9 − 6 = 3일, G는 9 − 7 = 2일이다.
• DF = TF − FF이므로 F·G는 0이고, FF가 0인 A·B·E는 TF 값이 그대로 DF가 된다.

TF는 전체 공기를, FF는 후속작업의 EST를 늦추지 않는 한도라서 항상 FF ≤ TF이다.