건축기사 실기 · 2020년 2회차

드라이브 핀(Drive Pin)

[해설]

드라이브 핀은 화약(공포탄)의 폭발력으로 못을 쏘아 박는 타정총, 즉 드라이비트에 쓰는 특수 못이다.

일반 못이 들어가지 않는 콘크리트·강재 바탕에 배관·마감재·앵커 등을 바로 고정할 때 쓴다. 머리가 있어 그대로 고정하는 머리형(H형)과, 나사가 있어 너트로 부재를 조이는 나사형(T형)으로 나뉜다.

화재로 급가열될 때 내부 수증기압을 배출 못해 표면 콘크리트가 소리내며 급격히 박리·비산하는 현상

[해설]

고강도 콘크리트는 조직이 치밀해 투기성이 낮아 화재 시 내부에서 발생한 수증기압을 배출하지 못하고 축적되며, 이 압력이 인장강도를 초과하면 표면부가 폭발적으로 박리·비산하는 폭렬이 발생한다. 내화성능 확보를 위해 내화피복이나 폴리프로필렌 섬유 혼입 등의 대책이 쓰인다.

점토질 연약지반에 지름 40~60cm 모래말뚝을 다수 설치, 성토 등 하중으로 간극수를 배수시켜 압밀·강화하는 공법

[해설]

샌드 드레인은 점토질 연약지반의 압밀 촉진을 위한 연직배수 공법이다.

• 모래말뚝 — 지름 40~60cm의 모래기둥을 다수 설치해 간극수가 빠질 통로를 만든다.
• 성토 등 하중 — 위에서 누르는 하중이 간극수를 짜내는 힘이 된다.
• 압밀·강화 — 배수거리가 짧아져 압밀이 빨리 끝나고 지반 강도가 커진다.

혼동 주의: 모래 대신 종이 배수재를 쓰면 페이퍼 드레인, 모래를 진동으로 압입해 다지는 것은 샌드 컴팩션 파일이다.

· 단위: mm
① $390 \times 190 \times 100$
② $390 \times 190 \times 150$
③ $390 \times 190 \times 190$

[해설]

KS F 4002에서 기본형 속빈 콘크리트 블록은 길이 390 mm·높이 190 mm로 같고 두께로만 구분한다. 대표 치수는 두께 100·150·190 mm이다.

• 390 × 190 × 100 — 칸막이벽 등 얇은 벽에 쓴다.
• 390 × 190 × 150 — 일반 내·외벽에 쓴다.
• 390 × 190 × 190 — 두꺼운 벽이나 보강블록조에 쓴다.

외우는 요령: 줄눈 10 mm를 더하면 400 × 200 mm가 되어 모듈이 딱 맞는다.

(1) 열가소성 수지 — 아크릴 수지, 염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌 수지
(2) 열경화성 수지 — 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지

[해설]

합성수지는 열에 대한 반응에 따라 열가소성(가열하면 다시 물러짐)과 열경화성(한 번 굳으면 다시 녹지 않음)으로 나뉜다.

• 열가소성 수지 — 아크릴·염화비닐(PVC)·폴리에틸렌 수지로, 재가열해 다시 성형할 수 있다.
• 열경화성 수지 — 페놀·멜라민·요소 수지로, 경화 후 내열성과 경도가 크다.

외우는 요령: 열경화성은 '페·멜·요'(페놀·멜라민·요소)로 묶어 외우고, 에폭시·실리콘 수지도 열경화성이다.

① 지지력이 크고 이음이 안전하다.
② 상부 구조와의 결합이 용이하다.
③ 운반·취급 및 시공이 간편하다.

[해설]

강관말뚝은 공장에서 만든 균질한 강재 관을 쓰기 때문에 강도가 크고, 이음은 용접으로 한다. 그래서 깊은 지지층까지 박을 수 있다.

• 지지력이 크고 이음이 안전하다 — 강재 자체의 강도가 크고, 용접이음이라 이음부 신뢰성이 높다.
• 상부 구조와 결합하기 쉽다 — 말뚝머리를 자르거나 덧대어 기초와 잇기 쉽다.
• 운반·취급·시공이 간편하다 — 무게에 비해 강하고 잘 깨지지 않으며, 길이 조절도 자유롭다.

혼동 주의: 단점은 부식이 생기고 값이 비싸다는 것이다. 그래서 방청도장이나 부식 여유 두께 같은 대책이 필요하다.

(1) 장점
① 벽체의 강성과 차수성이 크다.
② 소음·진동이 적어 도심지 시공에 유리하다.
(2) 단점
① 패널 간 조인트로 수평 연속성이 부족하다.
② 공사비가 비교적 고가이다.

[해설]

슬러리 월(지중연속벽)은 안정액으로 굴착면을 지지하며 패널 단위로 굴착·철근망 삽입·콘크리트 타설을 반복해 만드는 철근콘크리트 흙막이벽이다.

• 강성·차수성 — 현장타설 RC 벽체라 변형이 작고 물을 잘 막아 본구조체로도 쓴다.
• 저소음·저진동 — 말뚝을 때려 박지 않고 굴착하므로 도심지 시공에 유리하다.
• 수평 연속성 부족 — 패널과 패널 사이 이음부가 누수·강성 저하의 약점이 된다.
• 고가 — 안정액 설비와 대형 굴착장비가 필요해 공사비가 비싸다.

장점은 강성·차수성과 저소음·저진동, 단점은 패널 조인트와 공사비로 짝지어 외운다.

① 슬럼프값이 클수록(유동성이 클수록)
② 부재 단면(벽 두께)이 두꺼울수록
③ 타설(붓기) 속도가 빠를수록
④ 대기 습도가 높을수록(기온이 낮을수록)

※ 그 밖에 진동다짐이 충분할수록, 거푸집 표면이 매끄러울수록, 철근량이 적을수록, 부배합일수록 측압이 커진다.

[해설]

거푸집 측압은 굳지 않은 콘크리트가 액체처럼 거푸집 벽면을 미는 압력이다. 콘크리트가 묽을수록, 오래 굳지 않을수록, 한 번에 높이 쌓일수록 측압이 커진다.

• 슬럼프가 클수록 — 유동성이 커서 액체에 가까워진다.
• 부재 단면(벽 두께)이 두꺼울수록 — 콘크리트 양이 많아 압력이 커지고 열이 천천히 빠진다.
• 타설 속도가 빠를수록 — 아래가 굳기 전에 위가 쌓여 액압이 그대로 전달된다.
• 습도가 높고 기온이 낮을수록 — 응결이 늦어져 굳지 않은 상태가 오래 간다.

외우는 요령: 진동다짐 충분·거푸집 표면 매끈·철근량 적음·부배합도 모두 '잘 흐르고 늦게 굳는' 쪽이라 측압이 커진다.

① 일체화 조립으로 구조적 안정성이 높다.
② 넓은 작업 공간을 확보해 작업 능률이 향상된다.
③ 부재를 공장 제작하여 균일한 품질을 확보한다.

[해설]

시스템 비계 일체형 작업발판은 공장에서 규격 제작한 발판을 비계 부재에 걸어 일체로 조립하는 방식이다.

• 구조적 안정성 — 발판이 비계와 한 몸으로 결속돼 이탈·처짐이 적다.
• 작업 능률 — 틈 없는 넓은 발판으로 작업 공간이 확보된다.
• 균일한 품질 — 공장 제작 표준 부재라 현장별 품질 편차가 작다.

재래식 강관비계에 판재를 따로 까는 방식과 비교해 떠올리면 세 장점이 모두 나온다.

(1) 프리텐션 — PS강재를 먼저 긴장한 상태에서 콘크리트를 타설·경화시킨 뒤 긴장을 풀어, 강재와 콘크리트의 부착력으로 프리스트레스를 도입하는 방식
(2) 포스트텐션 — 시스(Sheath)를 배치해 콘크리트를 타설·경화시킨 뒤 그 속에 PS강재를 삽입·긴장·정착하고 그라우팅하여 프리스트레스를 도입하는 방식

[해설]

프리스트레스트 콘크리트는 콘크리트에 미리 압축력을 넣어 두어 하중을 받을 때 생기는 인장균열을 막는다. 두 공법은 긴장 시점이 콘크리트 타설 전이냐 후이냐로 나뉜다.

• 프리텐션 — 강재를 먼저 당겨 둔 채 콘크리트를 붓고, 굳은 뒤 긴장을 풀어 부착력으로 힘을 전달하며, 공장제작 PC부재에 주로 쓴다.
• 포스트텐션 — 시스(강재가 지나갈 관)를 묻고 콘크리트를 부은 뒤, 굳으면 강재를 넣어 긴장·정착하고 그라우팅하며, 현장타설 대형·장스팬 부재에 쓴다.

외우는 요령: 프리(pre)=타설 전 긴장·부착 전달이고, 포스트(post)=타설 후 긴장·정착구 전달이다.

· 섬유포화점 — 세포 사이의 자유수는 모두 증발하고 세포막의 결합수만 남은 상태로, 함수율 약 30% 지점
· 강도 변화 — 섬유포화점(30%) 이상에서는 강도가 거의 일정하나, 그 이하로 건조되면 함수율이 낮을수록 강도가 급격히 증가한다.

[해설]

섬유포화점은 자유수가 모두 빠지고 세포막의 결합수만 남은 상태로, 함수율 약 30%에 해당한다.

그 이상에서는 자유수만 드나들어 강도가 거의 일정하다. 그 이하로 건조되면 결합수가 빠지며 세포막이 치밀해져 함수율이 낮을수록 강도가 급격히 커진다.

혼동 주의: 수축·팽창도 섬유포화점 이하에서만 일어나며, 기건상태 함수율 약 15%와 구분한다.

(1) 부대입찰제도 — 하도급 공종별 금액 비율을 미리 정해 입찰 참가자에게 통보하고, 그 비율 이상으로 계약할 하도급 계획서를 입찰서류에 첨부하도록 하는 제도
(2) 대안입찰제도 — 발주자의 기본설계에 대해 동등 이상의 기능을 가지면서 공기 단축·공사비 절감이 가능한 대안을 시공자가 제시하는 입찰 제도

[해설]

두 제도는 모두 입찰 단계에서 발주자가 추가 서류를 요구하는 특수 입찰방식이다. 부대입찰은 하도급 관리를, 대안입찰은 설계 개선을 목적으로 한다.

• 부대입찰제도 — 발주자가 공종별 하도급 금액 비율을 미리 알려 주고, 그 비율 이상으로 계약할 하도급 계획서를 입찰서에 붙이게 해서 하도급 대금을 제값에 맞추도록 한다.
• 대안입찰제도 — 발주자의 기본설계(원안)와 기능이 같거나 더 나으면서 공기를 줄이거나 공사비를 아낄 수 있는 대안설계를 시공자가 내게 한다.

혼동 주의: 대안입찰은 원안과 동등 이상의 기능이 전제 조건이다. 공사비만 싼 대안은 인정되지 않는다.

타설공법 — 콘크리트, 경량콘크리트
조적공법 — 석재(돌), 벽돌
미장공법 — 철망 펄라이트 모르타르, 철망 모르타르

[해설]

강구조 내화피복의 타설·조적·미장 공법은 모두 습식공법에 속한다.

• 타설공법 — 강재 둘레에 거푸집을 대고 콘크리트·경량콘크리트를 부어 감싼다.
• 조적공법 — 석재(돌)·벽돌을 쌓아 강재를 둘러싼다.
• 미장공법 — 강재에 철망을 감고 철망 모르타르나 철망 펄라이트 모르타르를 바른다.

혼동 주의: 뿜칠공법도 습식이지만, 내화판을 붙이는 성형판 붙임공법은 건식공법이다.

① → ② → ④ → ③ → ⑤

[해설]

MCX(최소비용 공기단축)는 추가비용을 가장 적게 들이며 공기를 줄이려고, 공기를 결정하는 주공정선부터 싼 작업 순으로 줄여 나간다.

• 먼저 주공정선상의 작업을 고른다(주공정선이 아닌 작업은 줄여도 공기가 줄지 않는다).
• 그중 비용경사(1일 단축당 추가비용)가 가장 작은 작업을 단축한다.
• 그 작업을 단축 한계(특급공기)까지 줄인다.
• 단축 결과 새로 주공정선이 된 보조 주공정선을 확인한다.
• 이후에는 주공정선과 보조 주공정선을 함께 줄이는 경로를 고려한다.

외우는 요령: '고르고 → 싼 것 줄이고 → 끝까지 → 새 CP 확인 → 같이 줄이기' 흐름이다.

(1) 착수 전 — ③, ④, ⑤
(2) 작업 중 — ①, ②, ⑧
(3) 완료 후 — ⑥, ⑦

[해설]

강구조 용접부 검사는 용접 착수 전·작업 중·완료 후의 시공 단계별로 나누어 점검한다.

• 착수 전에는 청소 상태, 홈 각도·간격·치수, 부재의 밀착 같은 용접 준비 상태를 확인한다.
• 작업 중에는 아크 전압·용접 속도 같은 용접조건과, 뒷면의 불량 용접부를 걷어내는 밑면 따내기(백 가우징)를 확인한다.
• 완료 후에는 필릿 크기와 균열·언더컷 같은 외관 결함을 검사한다.

외우는 요령: 준비 상태는 착수 전, 용접조건과 가우징은 작업 중, 결과물의 치수와 결함은 완료 후다.

① 3 ② 450

[해설]

콘크리트구조 설계기준은 벽체·슬래브 휨주철근의 최대 간격을 두께의 3배 이하, 또한 450mm 이하로 제한한다(콘크리트 장선구조는 제외).

철근 간격이 너무 넓으면 철근 사이 콘크리트에 균열이 커지므로 두 조건 중 작은 값을 적용한다.

혼동 주의: 1방향 슬래브의 최대 휨모멘트 단면에서는 두께의 2배 이하·300mm 이하로 더 엄격하다.

① $\epsilon_t = 0.004$
② $\epsilon_t = 2\,\epsilon_y$

[해설]

콘크리트구조 휨 및 압축 설계기준(KDS 14 20 20)은 휨부재의 최대철근비를 철근량이 아니라 최외단 인장철근의 최소허용변형률로 정한다.

• $f_y \le 400$ MPa이면 순인장변형률 $\epsilon_t$가 0.004 이상이어야 한다.
• $f_y \gt 400$ MPa인 고강도철근은 항복변형률이 크므로 $\epsilon_t$가 $2\epsilon_y$ 이상이어야 한다.

이 하한을 지키면 콘크리트가 압축파괴되기 전에 철근이 충분히 늘어나 연성이 확보된다.

혼동 주의: 인장지배단면의 한계변형률(0.005 또는 $2.5\epsilon_y$)과는 다른 값이다.

① 2
② 3
③ 4
④ 8

[해설]

건축공사 표준시방서에 따라 기초·보 옆·기둥·벽의 측면 거푸집널은 하중을 받지 않으므로 압축강도 시험 없이 재령만으로 떼어낼 수 있다.

• 20℃ 이상: 조강 2일, 보통·고로슬래그 1종 4일, 고로슬래그 2종·포졸란 2종 5일.
• 20℃ 미만 10℃ 이상: 조강 3일, 보통·고로슬래그 1종 6일, 고로슬래그 2종·포졸란 2종 8일.

기온이 낮을수록, 초기강도가 늦게 나는 시멘트일수록 길어지므로 '2·4·5 / 3·6·8'로 묶어 외운다.

[해설]

KS 용접 기호에서 기준선에 붙은 두 보조기호를 함께 읽으면 현장 일주용접이 된다.

• 꺾임점의 원은 일주(전둘레)용접으로, 이음부를 부재 둘레 전체에 걸쳐 빙 둘러 용접하라는 뜻이다.
• 깃대 끝의 검은 깃발은 현장용접으로, 공장이 아니라 설치 현장에서 용접하라는 뜻이다.

현장과 일주 두 조건을 모두 써야 정답이다. 기준선 끝의 갈래 모양은 용접방법 등을 적는 꼬리(tail)일 뿐이고, 용접 종류를 나타내지 않는다.

[해설]

피복두께는 콘크리트 표면에서 가장 가까운 철근 표면까지의 거리다. 그림처럼 가장 바깥에 있는 늑근의 바깥면을 기준으로 재며, 주근 중심까지 재는 것이 아니다.

• 부착 및 소요강도 확보: 철근을 콘크리트가 충분히 감싸야 부착력이 생겨 설계한 강도를 낼 수 있다.
• 유동성(시공성) 확보: 거푸집과 철근 사이에 틈이 있어야 타설할 때 굵은골재가 막히지 않고 채워진다.

외우는 요령: 피복이 부족하면 철근이 콘크리트에 잘 붙지 않고(부착), 콘크리트가 철근 사이로 잘 들어가지 않는다(시공성).

· 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, 구멍 수 $n = 2$
· $A_n = A_g - n\,d\,t = 1{,}351 - 2 \times 22 \times 7 = 1{,}043$ mm²

[해설]

강구조 인장재의 순단면적은 ㄱ형강의 두 변을 펼쳐 한 장의 판으로 보고, 전단면적에서 볼트구멍 결손을 빼서 구한다. 고력볼트 M20의 구멍지름은 공칭지름에 여유 2 mm를 더한 22 mm이다.

두 변을 펼치면 모서리에서 두께가 겹치므로 t를 한 번 뺀다.
A_g = t(b₁ + b₂ − t) = 7 × (100 + 100 − 7) = 1,351 mm²

각 변에 구멍이 하나씩 있어 파단선에 걸리는 구멍은 모두 2개이다.
A_n = A_g − n·d·t = 1,351 − 2 × 22 × 7 = 1,043 mm²

혼동 주의: 구멍 여유폭은 M24 미만이면 +2 mm, M24 이상이면 +3 mm이다.

· 3등분점 재하이므로 총하중 $2P=2\times12=24$ kN
$f_r=\dfrac{PL}{bh^2}=\dfrac{(24\times10^3)(450)}{150\times150^2}=3.2$ MPa

[해설]

무근콘크리트 보의 휨파괴계수는 3등분점 재하일 때 f_r = PL/(bh²) 로 구한다. 여기서 P는 두 하중을 더한 총하중이다.

P = 2×12 = 24 kN = 24×10³ N
f_r = (24×10³×450)/(150×150²)
f_r = 3.2 MPa

이 공식은 가운데 1/3 구간(휨모멘트가 일정한 구간)에서 파괴될 때 쓴다. 혼동 주의: 중앙점에 하중 하나를 거는 경우는 f_r = 3PL/(2bh²)로 공식이 다르다.

(1) 처짐각 $\theta_A = \dfrac{PL^2}{16EI} = \dfrac{(30 \times 10^3)(6 \times 10^3)^2}{16 \times (206 \times 10^3)(1.6 \times 10^8)} = 0.002048 \fallingdotseq 0.00205$ rad
(2) 최대처짐 $\delta_C = \dfrac{PL^3}{48EI} = \dfrac{(30 \times 10^3)(6 \times 10^3)^3}{48 \times (206 \times 10^3)(1.6 \times 10^8)} = 4.096$ mm

[해설]

단순보 중앙에 집중하중 P가 작용하면 지점 처짐각은 PL²/16EI, 중앙 최대처짐은 PL³/48EI이다. 단위는 N·mm로 맞춘다(P = 30×10³ N, L = 6×10³ mm, E = 206×10³ N/mm²).

A지점의 처짐각
θ_A = PL² / 16EI
= (30×10³)(6×10³)² / (16 × 206×10³ × 1.6×10⁸)
= 0.002048 ≒ 0.00205 rad

C점의 최대처짐(하중이 대칭이므로 중앙에서 최대)
δ_C = PL³ / 48EI
= (30×10³)(6×10³)³ / (48 × 206×10³ × 1.6×10⁸)
= 4.096 mm

혼동 주의: 등분포하중 w가 작용하면 처짐각은 wL³/24EI, 최대처짐은 5wL⁴/384EI이다.

· 수직반력: $\Sigma M_B = 0$, $V_A \cdot L - P \cdot \dfrac{3L}{4} = 0$
$V_A = \dfrac{3P}{4} = \dfrac{3 \times 6}{4} = 4.5$ kN ($\uparrow$)
· 수평반력: 중앙 힌지 G 좌측에서 $\Sigma M = 0$, $V_A \cdot \dfrac{L}{2} - P \cdot \dfrac{L}{4} - H_A \cdot h = 0$
$H_A = \dfrac{PL}{8h} = \dfrac{6 \times 4}{8 \times 3} = 1$ kN ($\rightarrow$)
· 합력: $R_A = \sqrt{V_A^2 + H_A^2} = \sqrt{4.5^2 + 1^2} = 4.61$ kN ($\nearrow$)

[해설]

3-Hinge 라멘은 정정구조라서 힘의 평형식 3개와 중앙 힌지 G의 휨모멘트 = 0 조건 하나로 반력을 구한다.

수직반력은 B점 모멘트 평형으로 구하며, P에서 B까지 거리는 3L/4 = 3 m이다.
$\Sigma M_B = 0 : V_A \cdot 4 - 6 \times 3 = 0$
$V_A = 4.5$ kN ($\uparrow$)

수평반력은 G 왼쪽 부분만 떼어 G점의 모멘트 합을 0으로 두고 구한다.
$V_A \cdot 2 - 6 \times 1 - H_A \cdot 3 = 0$
$H_A = \dfrac{9-6}{3} = 1$ kN ($\rightarrow$)

합력은 $R_A = \sqrt{4.5^2 + 1^2} = 4.61$ kN이며 오른쪽 위($\nearrow$)를 향한다.

혼동 주의: 연직하중만 받는 3-Hinge 라멘에서 수평반력은 양 지점 모두 안쪽을 향하므로, 채점 조건인 화살표 방향을 반드시 적는다.

(1) 터파기량 $V = (15 + 1.3 \times 2)(10 + 1.3 \times 2) \times 6.5 = 1{,}441.44$ m³
(2) 되메우기량
· GL 이하 구조부 체적 $= 0.3(15 + 0.3 \times 2)(10 + 0.3 \times 2) + 6.2(15 + 0.1 \times 2)(10 + 0.1 \times 2) = 1{,}010.86$ m³
· 되메우기량 $= 1{,}441.44 - 1{,}010.86 = 430.58$ m³
(3) 잔토처리량 $= 1{,}010.86 \times 1.3 = 1{,}314.12$ m³

[해설]

터파기량은 흙막이까지 판 공간 전체(벽 중심 치수 + 양쪽 작업 여유폭 1.3m)이고, 되메우기량은 그중 구조물이 차지하지 않는 부분이다.

터파기 평면은 (15+2.6)×(10+2.6)m, 깊이는 벽 높이 6.2m + 기초판 0.3m = 6.5m이다.
V = 17.6 × 12.6 × 6.5 = 1,441.44 m³

GL 이하 구조부 = 기초판(벽 중심에서 0.3m 돌출, 두께 0.3m) + 벽체 외곽(벽 중심 + 0.1m, 높이 6.2m)
15.6 × 10.6 × 0.3 + 15.2 × 10.2 × 6.2 = 49.61 + 961.25 = 1,010.86 m³

되메우기량 = 1,441.44 − 1,010.86 = 430.58 m³
잔토처리량 = 1,010.86 × L(1.3) = 1,314.12 m³

혼동 주의: 잔토처리량 = (터파기량 − 되메우기량) × L이므로 결국 구조부 체적 × L과 같다. 되메우기량에는 L을 곱하지 않는다.

[해설]

A·B·C가 모두 끝나야 D·E·F를 시작하므로 결합점 3의 EST는 가장 늦게 끝나는 A의 5일로 정해진다. 가장 긴 경로 A→D(5+4=9일)가 주공정선이고 총 공사기간은 9일이다.

TF는 뒤 결합점 LST − 작업 EST − 작업일수, FF는 뒤 결합점 EST − 작업 EST − 작업일수로 구하고, DF는 TF − FF이다.

• B·C는 A보다 먼저 끝나 기다리는 시간이 여유로, B는 5 − 0 − 2 = 3일, C는 5 − 0 − 4 = 1일이다.
• E·F는 총공기 9일보다 먼저 끝나는 만큼이 여유로, E는 9 − 5 − 3 = 1일, F는 9 − 5 − 2 = 2일이다.
• 주공정선 위의 A·D는 여유가 모두 0이다.

모든 작업의 뒤 결합점에서 EST와 LST가 같아 TF = FF, DF = 0이 된다.

결합점마다 EST·LST를 적고 주공정선을 굵은 선으로 그렸는지가 채점 포인트다.