건축기사 실기 · 2022년 2회차

TS(Torque Shear) 볼트

[해설]

TS(Torque Shear) 볼트는 마찰접합용 고장력볼트로, 끝에 달린 핀테일이 설정 토크에서 끊어지도록 만든 볼트다.

전용 조임기가 핀테일을 붙잡은 채 너트를 돌리다가 규정 장력에 이르면 핀테일이 파단된다. 그래서 토크를 재지 않고 핀테일이 끊어졌는지만 눈으로 확인하면 조임 검사가 끝난다.

혼동 주의: 일반 고장력볼트는 토크렌치로 조임 토크를 재는 토크관리법이나, 너트를 정해진 각도만큼 돌리는 너트회전법으로 관리한다.

① 화학 성분
② 기계적 성질(항복강도·인장강도·연신율)
③ 치수·형상 및 중량

[해설]

밀시트(Mill Sheet)는 제강사가 강재 로트마다 발행하는 품질 증명서로, 납품 강재가 KS 규격에 맞는지 확인하는 근거다.

• 화학 성분 — C·Si·Mn·P·S 등의 함량으로 강종과 용접성을 확인한다.
• 기계적 성질 — 인장시험으로 얻은 항복강도·인장강도·연신율을 규격값과 대조한다.
• 치수·형상 및 중량 — 두께·폭·길이와 단위중량이 발주 규격과 맞는지 본다.

실무에서는 강재에 표시된 제조번호(히트 번호)를 밀시트와 대조해 실제 반입재가 맞는지 확인한다.

콘크리트 타설 직후 표면의 수분 증발 속도가 블리딩 속도보다 빨라, 굳지 않은 상태에서 표면이 급격히 건조·수축하며 발생하는 균열

[해설]

소성수축균열은 콘크리트가 굳기 전(소성 상태)인 타설 직후에 생기는 초기 균열이다.

표면의 증발 속도가 블리딩 속도보다 빠르면 표면이 급히 마르며 수축하고, 이를 아래층이 붙잡아 인장균열이 생긴다.

블리딩은 내부의 물이 표면으로 떠오르는 현상으로, 표면에 수분을 공급하는 역할을 한다.

고온·저습·강풍일 때 잘 생기므로 살수·비닐덮개 같은 초기 양생으로 증발을 막는다.

(1) 예민비 = 자연 시료의 강도 ÷ 이긴 시료의 강도
(2) 함수율 변화 없이 흙을 이겼을 때 강도가 저하되는 정도로, 값이 클수록 이김에 의한 강도 저하가 큰 흙이다.

[해설]

예민비는 점성토를 이겼을 때(교란) 강도가 얼마나 떨어지는지 나타내는 지표로, 보통 일축압축강도의 비로 구한다.

예민비 S_t = 자연 시료(불교란)의 강도 ÷ 이긴 시료(교란)의 강도

함수율을 그대로 두고 이기기만 해도 흙 입자 구조가 흐트러져 강도가 떨어지며, 값이 클수록 이김에 의한 강도 저하가 큰 흙이다. 이런 흙은 시공 중 진동·굴착으로 교란되지 않게 특히 관리해야 한다.

(1) 흡수량 — 표면건조 내부포화(표건) 상태의 골재가 내부 공극에 흡수한 물의 양
(2) 함수량 — 습윤 상태 골재의 내·외부에 함유된 전체 물의 양

[해설]

골재의 함수 상태는 절건 → 기건 → 표건 → 습윤 순으로 물이 많아지며, 흡수량과 함수량은 모두 절건 상태를 기준으로 잰다.

흡수량은 표건 상태에서 내부 공극에 찬 물의 양(표건 − 절건)이다. 함수량은 습윤 상태에서 표면에 붙은 물까지 합친 전체 물의 양(습윤 − 절건)이다.

혼동 주의: 함수량 − 흡수량은 표면수량이고, 표건 − 기건은 유효흡수량이다.

(1) 복층유리 — 두 장의 판유리 사이에 건조 공기층을 두고 테두리를 밀봉한 유리로, 단열·결로 방지·차음 성능이 우수하다.
(2) 강화유리 — 판유리를 연화점까지 가열한 뒤 급랭하여 표면에 압축응력층을 형성한 유리로, 일반 판유리의 3~5배 강도를 가지며 파손 시 잘게 부서진다.
(3) 배강도유리 — 판유리를 연화점까지 가열한 뒤 서냉하여 표면에 압축응력층(24MPa 이상)을 형성한 유리로, 일반 판유리의 약 2배 강도를 가진다.

[해설]

복층유리는 공기층으로, 강화유리·배강도유리는 가열 후 냉각 속도로 성질이 갈린다.

• 복층유리 — 판유리 두 장 사이에 밀봉한 건조 공기층이 열을 잘 전하지 않아 단열·결로 방지·차음에 유리하다.
• 강화유리 — 연화점까지 가열 후 급랭해 표면에 압축응력층을 만들어 일반 판유리의 3~5배 강도를 가지며, 깨지면 잘게 부서져 비교적 안전하다.
• 배강도유리 — 같은 방식으로 가열 후 서냉해 표면 압축응력 24MPa 이상, 강도 약 2배이며 깨지면 판유리처럼 큰 조각으로 금이 간다.

혼동 주의: 급랭 = 강화(3~5배), 서냉 = 배강도(약 2배)로 짝지어 외운다.

(1) 슬라이딩 폼 — 거푸집을 수직으로 연속 이동시키며 콘크리트를 타설하여 시공이음 없이 균일하게 시공하는 거푸집(사일로·굴뚝 등)
(2) 와플 폼 — 무량판 구조의 2방향 장선(격자) 바닥판을 만들기 위한 상자 모양의 기성재 거푸집

[해설]

두 가지 모두 반복해서 쓰는 시스템·기성 거푸집이지만 용도가 다르다.

• 슬라이딩 폼 — 거푸집을 잭으로 조금씩 끌어올리며 연속 타설해, 사일로·굴뚝처럼 단면이 일정한 수직구조물을 시공이음 없이 만든다.
• 와플 폼 — 무량판(보 없는 슬래브) 바닥에 가로세로 격자 장선(리브)을 만드는 상자형 기성 거푸집이다.

혼동 주의: 슬립 폼도 수직으로 연속 이동하는 공법이지만 단면이 변하는 구조물에도 쓸 수 있다는 점에서 슬라이딩 폼과 구분한다.

(1) 스캘럽 — 용접선이 교차해 재용접부가 열영향으로 취약해지는 것을 막기 위해 모재에 부채꼴(원호)로 낸 모따기 노치
(2) 엔드탭 — 블로홀·크레이터 등 결함이 생기기 쉬운 용접 비드의 시작·끝부분을 모재 밖으로 빼내기 위해 접합재 양 끝에 덧대는 보조 강판(용접 후 제거)

[해설]

스캘럽과 엔드탭은 모두 철골 용접부의 결함·취약부를 피하려는 상세다.

• 스캘럽 — 웨브와 플랜지처럼 용접선이 교차하는 곳에서 열영향부가 겹쳐 취약해지지 않도록, 한쪽 모재를 부채꼴(원호)로 따낸 홈이다.
• 엔드탭 — 아크가 불안정한 용접 시작·끝에 생기는 블로홀(기공)·크레이터(끝부분 패임)를 본 용접부 밖으로 빼내려고 양 끝에 덧대는 보조 강판으로, 용접 후 잘라낸다.

혼동 주의: 스캘럽은 모재를 따내는 것이고 엔드탭은 강판을 덧대는 것이다. 용접부 뒷면에 대어 녹아 떨어짐을 막는 강판은 뒷댐재(백킹 스트립)로 따로 구분한다.

(1) 정의 — 공사 중 건축물의 높이를 측정하는 기준으로 삼기 위해 설치하는 기준 원점
(2) 설치 시 주의사항
① 이동·침하·훼손 우려가 없는 견고한 곳에 설치한다.
② 지반면에서 0.5~1.0m 높이로, 공사에 지장 없는 위치에 설치한다.
③ 분실·훼손에 대비해 2개소 이상 설치하여 서로 대조할 수 있게 한다.

[해설]

기준점(BM)은 공사 기간 내내 높이 측량의 원점이 되므로, 움직이지 않고 오래 보존되는 것이 핵심이다.

• 견고한 곳 — 기존 구조물처럼 이동·침하·훼손 우려가 없는 위치에 둔다.
• 높이 — 지반면에서 0.5~1.0m 위, 공사에 지장이 없는 곳에 둔다.
• 개수 — 분실·훼손에 대비해 2개소 이상 설치하고 서로 대조한다.

외우는 요령: 기준점은 "안 움직이고, 방해 안 되고, 하나 더"로 기억한다.

(1) 원인 — 용착금속이 급랭하거나 운봉 속도가 부적절하여 슬래그가 용착금속 내에 갇히는 것
(2) 방지 대책
① 용접 전류를 일정하게 유지하고 운봉 속도를 적절히 한다.
② 각 용접층마다 와이어 브러시로 슬래그를 충분히 제거한 뒤 다음 층을 용접한다.

[해설]

슬래그 감싸들기는 용접 때 생긴 비금속 찌꺼기(슬래그)가 떠오르지 못하고 용착금속 속에 갇힌 채 굳는 내부 결함이다.

용착금속이 급랭하거나 운봉 속도가 부적절하면 슬래그가 표면으로 빠져나오기 전에 금속이 먼저 굳어 버린다.

• 용접 전류를 일정하게 유지하고 운봉 속도를 적절히 하면 용융지가 충분히 유지돼 슬래그가 떠오를 시간이 생긴다.
• 다층 용접에서는 각 층마다 와이어 브러시로 슬래그를 제거해야 다음 층에 묻혀 들어가지 않는다.

혼동 주의: 기공(블로홀)은 가스가 갇힌 결함이고, 슬래그 감싸들기는 고체 찌꺼기가 갇힌 결함이다.

① 시설 투자비와 작업 비용이 적게 든다.
② 인공건조에 비해 균일하게 건조된다.
③ 급격한 건조가 없어 할렬·변형 등 건조 결함이 적다.

[해설]

천연건조는 가열 설비 없이 목재를 대기 중에 쌓아 두고 바람과 햇볕으로 서서히 말리는 방법이다.

• 비용이 적게 든다 — 건조실·가열 설비가 없어 시설 투자비와 작업 비용이 적다.
• 균일하게 건조된다 — 인공건조보다 천천히 말라서 목재 전체가 고르게 건조된다.
• 건조 결함이 적다 — 급격한 건조가 없어 겉과 속의 함수율 차이가 작고, 그만큼 할렬(갈라짐)·변형이 덜 생긴다.

혼동 주의: 건조 기간이 길고 날씨의 영향을 받는 점은 천연건조의 단점이며, 이 단점을 보완한 것이 인공건조다.

① 투수시험(투수계수 저하 확인)
② 강도시험(일축압축강도·표준관입시험)
③ 육안 확인(굴착 후 색소 판별)

[해설]

약액주입 공법의 목적은 차수(물막이)와 지반 강화이므로, 주입 후에는 이 두 효과가 실제로 났는지 확인한다.

• 투수시험 — 주입 전후 투수계수를 비교해 물이 덜 통하게 됐는지(차수 효과) 확인한다.
• 강도시험 — 일축압축강도나 표준관입시험 N값이 늘었는지로 지반이 단단해졌는지 확인한다.
• 육안 확인 — 색소를 섞은 주입재를 쓴 뒤 굴착해 약액이 퍼진 범위를 눈으로 본다.

외우는 요령: 물(투수)·힘(강도)·눈(육안) 세 가지로 묶어 둔다.

① 기온이 5℃ 이하이면 작업을 중단한다.
② 바탕 콘크리트는 최소 21일 이상 양생하여 완전히 건조시킨 뒤 시공한다.

[해설]

침투식 액상 바닥강화재는 콘크리트 표면의 공극에 스며들어 수산화칼슘과 반응하고, 표면을 치밀하게 만들어 내마모성을 높인다.

• 기온이 5℃ 이하이면 작업을 중단한다 — 저온에서는 반응이 둔해져 강화 효과가 제대로 나지 않는다.
• 바탕 콘크리트는 최소 21일 이상 양생해 완전히 건조시킨 뒤 시공한다 — 공극에 수분이 남아 있으면 강화재가 침투하지 못한다.

외우는 요령: 날씨는 5℃, 바탕은 21일 양생·완전 건조로 묶어서 기억한다.

① 콘크리트가 철근 사이로 잘 흐르도록 유동성을 확보한다.
② 굵은 골재의 재료분리를 방지한다.
③ 철근과 콘크리트의 부착력을 확보하여 소요강도를 얻는다.

[해설]

철근 순간격은 콘크리트가 철근 사이를 빈틈없이 채워 철근과 한 몸으로 거동하게 하려고 확보한다(콘크리트구조 철근상세 기준).

• 유동성 확보 — 간격이 좁으면 콘크리트가 철근에 걸려 구석까지 흘러 들어가지 못한다.
• 재료분리 방지 — 굵은 골재가 철근 사이를 통과하지 못하면 모르타르만 빠져나가 골재가 분리되고 곰보가 생긴다.
• 부착력 확보 — 철근 둘레를 콘크리트가 고르게 감싸야 부착력이 생겨 소요강도를 낼 수 있다.

그래서 철근 순간격의 최솟값은 철근 지름과 굵은골재 최대치수를 함께 따져 정한다.

① 1층 바닥 슬래브를 먼저 시공하여 작업장·자재 적치 공간으로 활용할 수 있다.
② 지상과 지하를 동시에 시공하여 공기를 단축할 수 있다.
③ 1층 슬래브가 지붕 역할을 하여 날씨에 관계없이 공사할 수 있다.

[해설]

역타설 공법(Top-Down)은 1층 바닥 슬래브를 먼저 만든 뒤 지하는 아래로, 지상은 위로 동시에 시공하는 공법이다.

• 작업 공간 확보 — 먼저 완성한 1층 슬래브를 작업장과 자재 적치 공간으로 쓸 수 있어 좁은 도심 현장에 유리하다.
• 공기 단축 — 지상과 지하를 동시에 시공하므로 전체 공사 기간이 줄어든다.
• 전천후 시공 — 1층 슬래브가 지붕 역할을 해서 비가 와도 지하 공사를 계속할 수 있다.

실무 의미: 먼저 타설한 슬래브가 흙막이벽을 받치는 버팀대 역할도 하므로 주변 지반 침하가 적다.

(1) 설치 위치 — 건물의 모서리(우각부)
(2) 기입 사항
① 벽돌 쌓기 단수와 줄눈 표시
② 창문틀의 위치와 치수
③ 앵커볼트·나무벽돌 등 매립철물의 위치
④ 인방보·테두리보의 설치 위치

[해설]

세로규준틀은 벽돌을 쌓을 때 높이 방향의 기준을 잡아 주는 수직 자로, 켜 높이와 개구부 위치를 맞추는 데 쓴다.

설치 위치는 건물의 모서리(우각부)이다. 벽 쌓기가 모서리에서 시작되고 수직 정밀도를 잡기도 쉽기 때문이다.

• 쌓기 단수와 줄눈 — 켜마다 높이를 맞춰 줄눈 두께를 일정하게 한다.
• 창문틀 위치·치수 — 개구부가 들어갈 높이를 미리 표시한다.
• 앵커볼트·나무벽돌 등 매립철물 위치 — 쌓으면서 묻어야 하는 철물을 빠뜨리지 않게 한다.
• 인방보·테두리보 설치 위치 — 개구부 위 인방보와 벽 상부 테두리보가 들어갈 높이를 표시한다.

혼동 주의: 수평규준틀은 건물 위치·기초 너비 같은 평면 기준을 잡는 것으로, 세로규준틀과 용도가 다르다.

① 0.01
② 0.08
③ 0.04

[해설]

콘크리트구조기준(KDS 14 20)은 비합성 압축부재의 축방향 주철근비를 일정 범위 안으로 제한한다.

• 하한 0.01(1%) — 크리프·건조수축을 견디고 휨에 대한 최소 저항력을 확보하는 값이다.
• 상한 0.08(8%) — 철근이 너무 촘촘하면 콘크리트를 채우기 어려워 시공성이 떨어지므로 두는 한계다.
• 겹침이음 시 0.04(4%) 이하 — 이음부에서는 철근이 두 겹으로 겹쳐 실제 철근량이 늘어나므로 더 낮게 제한한다.

외우는 요령: 1%~8%, 이음부는 상한의 절반인 4%로 기억한다.

① 간극비 $e = \dfrac{V_v}{V_s}$
② 함수비 $w = \dfrac{W_w}{W_s} \times 100\,(\%)$
③ 포화도 $S = \dfrac{V_w}{V_v} \times 100\,(\%)$

[해설]

흙의 3상 구성도에서 체적의 비는 V 기호로, 중량의 비는 W 기호로 정의한다.

• 간극비 — 흙입자 체적 V_s에 대한 간극 체적 V_v(공기+물)의 비이며, 단위가 없는 수로 나타낸다.
• 함수비 — 흙입자 중량 W_s에 대한 물 중량 W_w의 비를 백분율(%)로 나타낸다.
• 포화도 — 간극 체적 V_v 가운데 물이 차지하는 체적 V_w의 비율(%)이며, 100%면 완전 포화, 0%면 건조 상태다.

혼동 주의: 간극률은 분모가 전체 체적 V라서 n = V_v/V × 100(%)이다. 함수비의 분모는 전체 중량이 아니라 흙입자 중량이다.

[해설]

고장력볼트 너트회전법은 밀착조임 후 볼트·너트·와셔·부재에 금매김을 하고, 이후 너트가 더 돌아간 각도로 조임 상태를 검사한다.

합격 범위는 120° ± 30°, 즉 90°~150°이다. 금매김 선이 어긋난 각도로 판정한다.

• 금매김이 약 120° 벌어진 것은 허용 범위 안이므로 합격이다.
• 150°를 넘게 돌아간 것은 회전 과다로, 축력이 지나쳐 볼트가 항복·파단될 수 있으므로 불합격이다.
• 90°에 못 미친 것은 회전 부족으로, 설계 축력이 나오지 않아 접합면이 미끄러질 수 있으므로 불합격이다.

혼동 주의: 토크관리법은 조임 토크값으로 검사하고, 너트회전법은 회전각으로 검사한다.

① 20
② 18.5
③ 21

[해설]

KDS 14 20 30의 처짐을 계산하지 않는 경우의 최소두께 표(보통중량콘크리트, f_y = 400 MPa)에서 나온 값이다.

• 단순지지된 1방향 슬래브 — L/20.
• 1단연속된 보 — L/18.5.
• 양단연속된 리브가 있는 1방향 슬래브 — L/21(리브 슬래브는 보와 같은 행의 값을 쓴다).

혼동 주의: 일반 1방향 슬래브는 1단연속 L/24, 양단연속 L/28로, 보·리브 슬래브(L/18.5, L/21)보다 얇게 허용된다.

$\phi F_y A_g = 0.90 \times 355 \times 5{,}624 = 1{,}796{,}868$ N $\approx 1{,}796.87$ kN

[해설]

인장재의 설계인장강도는 총단면 항복한계상태($\phi F_y A_g$, $\phi=0.90$)와 유효단면 파단한계상태($\phi F_u A_e$, $\phi=0.75$) 중 작은 값으로 정하는데, 이 문제는 전단면 항복만 요구하므로 $\phi F_y A_g$를 계산한다.

SM355는 항복강도 $F_y=355$MPa이므로 $0.90 \times 355 \times 5{,}624 = 1{,}796{,}868$N, 즉 약 1,796.87kN이다.

· 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 52에 따라 기본정착길이에 보정계수를 곱해 인장 정착길이를 구한다. 순간격·피복두께가 철근 지름 이상이므로 상부철근계수 α(1.3)와 도막계수 β(1.0)만 곱한다.

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

정착길이
$l_d = l_{db} \times \alpha \beta = 1{,}200 \times 1.3 \times 1.0$
$= 1{,}560$ mm

상부철근계수 1.3은 철근 아래로 콘크리트를 300 mm 넘게 치는 수평철근에 적용하며, 블리딩 때문에 철근 밑면의 부착이 약해지기 때문이다. 춤 700 mm인 보의 상부철근이 여기에 해당한다.

· 다짐 상태 환산 $= 30 \times \dfrac{C}{L} = 30 \times \dfrac{0.9}{1.2} = 22.5$ m³
· 터돋우기 소요(다짐) 토량 $= 30 \times 0.6 = 18$ m³
· 남는 다짐 토량 $= 22.5 - 18 = 4.5$ m³
· 남는 흐트러진 토량 $= 4.5 \times \dfrac{L}{C} = 4.5 \times \dfrac{1.2}{0.9} = 6$ m³

[해설]

토량환산계수 기준으로, 흐트러진 토량에 C/L을 곱하면 다짐 토량이 되고 다짐 토량에 L/C를 곱하면 흐트러진 토량이 된다.

반입한 흙을 다짐 상태로 환산한다.
$30 \times \dfrac{0.9}{1.2} = 22.5$ m³

터돋우기에 필요한 다짐 토량은 면적 × 두께이다.
$30 \times 0.6 = 18$ m³

남는 다짐 토량을 흐트러진 상태로 되돌린다.
$22.5 - 18 = 4.5$ m³
$4.5 \times \dfrac{1.2}{0.9} = 6$ m³

· 연직력 평형 $\sum V = 0$: $-5 - F_C \sin 30^{\circ} = 0$ → $F_C = -10$ kN(압축)
· 수평력 평형 $\sum H = 0$: $F_T + F_C \cos 30^{\circ} = 0$
  $F_T = -F_C \cos 30^{\circ} = +8.66$ kN(인장)

[해설]

절점법으로 하중이 걸린 왼쪽 절점에서 연직 방향과 수평 방향의 힘의 평형을 세운다. 부재력은 인장(+)으로 가정하며, 사재 C는 수평과 30°를 이룬다.

연직 평형 ΣV = 0
−5 − F_C sin30° = 0
F_C = −10 kN → 음수이므로 압축

수평 평형 ΣH = 0
F_T + F_C cos30° = 0
F_T = −(−10) × 0.866 = +8.66 kN(인장)

풀이 요령: 연직 하중을 받을 수 있는 부재는 사재 C뿐이다. 따라서 C를 먼저 구해야 T가 풀린다.

각 기둥은 수평력 P를 강비에 비례하여 $\dfrac{P}{2}$씩 분담하며, 기둥 하부(고정단)에서 최대 휨모멘트 $\dfrac{Ph}{2}$가 발생한다. 보($K = 0$)에는 휨모멘트가 생기지 않는다.
· BMD 개형: 좌측 기둥 $-\dfrac{Ph}{2}$, 우측 기둥 $+\dfrac{Ph}{2}$ — 기둥 상단 0에서 하단 고정단까지 직선 변화, 보 구간은 0

[해설]

보의 강비 K=0은 보의 휨강성을 무시한다는 뜻으로, 이 경우 수평하중 P는 강비가 동일한(K=1) 좌우 기둥에 균등 분배되어 각각 P/2씩 부담한다. 기둥은 상단 자유, 하단 고정으로 거동하므로 최대 휨모멘트는 고정단(하단)에서 Ph/2로 발생하고 상단은 0이며, 좌우 기둥의 모멘트 방향(부호)은 서로 반대다.

주공정선(CP)은 B→D→G→K→N→Q이며, 총 공사기간은 41일이다.(D는 더미이며 소요일수 0)

※ △ = 결합점 EST(최조시각), □ = LST(최지시각), 굵은 선 = 주공정선

[해설]

화살표형(ADM) 네트워크 공정표에서 EST는 선행작업 완료시각의 최댓값, LST는 후속작업 개시시각의 최솟값으로 구하며, TF=LST-EFT(또는 LFT-EFT), FF=후속작업 EST-EFT, DF=TF-FF이다. TF=0인 작업을 연결하면 주공정선(CP)이 되며, 본 문제는 B→D→G→K→N→Q가 주공정선으로 총공사기간 41일이다.