건축기사 실기 · 2019년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

인장강도에 대한 항복강도의 비. 값이 작을수록 항복 후 파단까지의 여력(연성)이 커 내진에 유리하다.
$\text{항복비} = \dfrac{\text{항복강도}}{\text{인장강도}}$

[해설]

항복비가 작을수록 항복 이후 파단까지 응력이 완만하게 증가하는 소성 구간이 넓어 연성 거동을 하므로, 지진 등 큰 변형에 대응하는 에너지 흡수 능력(내진성)이 우수하다. 반대로 항복비가 1에 가까우면 항복과 동시에 취성적으로 파단할 위험이 커 내진강재 규격에서는 항복비 상한을 규정한다.

(1) Closed Joint — 접합부를 실(Seal)재로 완전히 밀폐해 틈을 없애는 방식
(2) Open Joint — 외벽 내·외면 사이에 공간을 두어 등압을 유지, 압력차에 의한 누수를 막는 방식

[해설]

Closed Joint는 실링재로 틈을 완전히 막아 물의 침입 경로 자체를 차단하는 개념이고, Open Joint는 등압이론에 기반해 외부와 공기실의 압력차를 없애 빗물이 안으로 밀려들어오지 못하게 하는 개념이다. Open Joint는 실링재 열화에 따른 누수 위험이 낮아 고층 커튼월에서 선호된다.

(1) 프리쿨링 — 타설 전 재료의 일부 또는 전부를 미리 냉각해 비빔 온도를 낮추는 방법
(2) 파이프쿨링 — 콘크리트 속에 파이프를 묻고 냉각수·찬공기를 순환시켜 경화 중 수화열을 낮추는 방법

[해설]

둘 다 매스콘크리트의 수화열로 인한 온도균열을 억제하는 냉각공법이다. 프리쿨링은 타설 전 재료(물, 골재 등)를 냉각해 콘크리트의 초기 비빔온도 자체를 낮추는 사전 대책이고, 파이프쿨링은 타설 후 매입 파이프에 냉각수를 순환시켜 경화 중 발생하는 수화열을 제거하는 사후(양생 중) 대책이다.

(1) 발생 원인
① 내부 기둥과 외부 기둥의 구조 형식이 다를 때
② 기둥 재료의 재질·응력 차이
(2) 미치는 영향
① 기둥 간 부등 축소에 따른 축소 변위 발생
② 기둥의 변형 및 조립 불량
③ 창호재의 변형 및 조립 불량

[해설]

기둥 축소는 콘크리트의 탄성변형·크리프·건조수축 및 철근비 차이 등으로 기둥마다 축소량이 달라지며 발생한다. 특히 외부 기둥은 온도·건조 조건이 내부 기둥과 달라 부등축소가 심화되고, 이로 인해 보·슬래브에 추가 응력이 발생하거나 커튼월·창호재 등 마감재의 변형·파손으로 이어질 수 있다.

(1) BOT(Build-Operate-Transfer)
(2) BTO(Build-Transfer-Operate)
(3) BOO(Build-Own-Operate)
(4) 성능발주방식

[해설]

BOT·BTO·BOO는 민간투자사업(SOC)의 소유권·운영권 이전 시점으로 구분한다. BOT는 준공 후 일정 기간 민간이 운영해 투자비를 회수한 뒤 소유권을 이전하고, BTO는 준공과 동시에 소유권을 먼저 이전한 뒤 민간이 운영권만 가지며, BOO는 소유·운영권 모두 민간이 영구 보유한다. 성능발주방식은 설계도서 대신 요구 성능만 제시해 시공자의 기술 제안 자유도를 높이는 발주 방식이다.

① 1층 바닥 슬래브를 먼저 타설해 작업 공간·야적장으로 활용
② 지상·지하 동시 시공으로 공기 단축
③ 날씨 영향을 적게 받아 공사 진행 가능
④ 주변 지반 침하·변형 등 인접 피해 감소

[해설]

탑다운 공법은 지하 골조(기둥·슬래브)를 먼저 시공한 뒤 그 슬래브를 작업 발판·흙막이 지지대로 활용하면서 지상·지하 공사를 동시에 진행하는 역타 공법이다. 별도의 흙막이 버팀대가 필요 없어 굴착 공간 확보에 유리하고, 인접 지반에 대한 영향이 적어 도심지 밀집 현장에 적합하다.

(1) 장점
① 조립·해체가 단순해 조립 속도가 빨라 공기 단축
② 전용 횟수가 많아 고층 건물에서 원가 절감
(2) 단점
① 제작·보관 장소 필요
② 초기 투자비가 재래식보다 높음

[해설]

갱폼은 대형 판넬 거푸집을 유닛화해 크레인으로 일괄 양중·탈형하는 시스템 거푸집으로, 벽체 반복이 많은 고층 건물에서 조립 인력과 공기를 크게 줄인다. 다만 초기 제작·구입비가 높고, 대형 부재이므로 야적·보관을 위한 별도 부지가 필요하다는 점이 단점으로 꼽힌다.

① 타설 공법
② 뿜칠 공법
③ 미장 공법
④ 조적 공법

[해설]

습식 내화피복은 물이나 접착재를 사용해 내화재료를 부재 표면에 직접 시공하는 방식이다. 타설 공법은 거푸집을 대고 콘크리트·경량콘크리트를 부어 감싸는 방식, 뿜칠 공법은 내화뿜칠재를 스프레이로 분사하는 방식, 미장 공법은 내화모르타르를 흙손으로 바르는 방식, 조적 공법은 경량콘크리트블록·벽돌 등을 쌓아 피복하는 방식이다.

건식(성형판 붙임)에 비해 이음이 적어 밀실하지만 양생 기간이 필요하다.

① 다른 방수 공법보다 재료비가 비쌈
② 접합부·복잡한 부위의 마감이 어려움
③ 시트가 얇아 바탕의 요철·이물질에 손상(천공)되기 쉬움

[해설]

시트방수는 공장 생산된 시트를 접착·용착해 붙이는 공법으로, 도막방수보다 재료비가 높고 이음부(joint) 처리와 돌출부·곡면 등 복잡한 형상 부위 시공이 까다롭다. 또한 시트 두께가 얇아 바탕면의 요철이나 이물질에 의해 국부적으로 찢어지거나 뚫리는 손상(천공)에 취약하다.

① 알칼리 함량 0.6% 이하의 저알칼리 시멘트를 사용한다.
② 알칼리골재반응에 무해한 골재를 사용한다.
③ 고로슬래그·플라이애시 등 양질의 혼화재를 사용한다.
④ 방수·방습 처리로 콘크리트에 수분이 침투하지 않게 한다.

[해설]

알칼리골재반응은 시멘트의 알칼리 성분과 골재 중 반응성 실리카 등이 반응해 팽창성 겔을 생성하고, 이 겔이 수분을 흡수·팽창하면서 콘크리트에 균열을 일으키는 현상이다.

반응이 일어나려면 알칼리·반응성 골재·수분 세 요소가 모두 필요하므로, 대책도 이 중 하나를 차단하는 방향으로 세운다. 알칼리 함량 0.6% 이하의 저알칼리 시멘트를 쓰고, 반응성이 없는 무해 골재를 선정하며, 고로슬래그·플라이애시 등 혼화재로 알칼리 이온을 흡착·희석해 총량을 낮춘다.

여기에 방수·방습 처리로 수분 침투를 막으면 반응 진행을 억제할 수 있다. 3가지만 요구하는 경우에는 ①~③을 우선 쓰면 된다.

① AE제·AE감수제·고성능AE감수제 중 하나를 사용해 연행공기 확보
② 초기강도 5MPa가 발현될 때까지 보온 양생
③ 물·골재 등 재료를 가열하여 비빔 온도 확보

[해설]

한중콘크리트는 타설 후 응결경화 초기에 콘크리트 중의 수분이 동결(초기동해)되면서 강도 발현이 저해되고 내구성이 저하될 위험이 있다. AE제 등으로 연행공기를 확보해 동결팽창압을 완충하고, 물·골재 가열로 비빔온도를 높이며, 소요 초기강도(5MPa)에 이를 때까지 보온양생해 동결을 방지한다.

① 히빙(Heaving)
② 보일링(Boiling)
③ 파이핑(Piping)

[해설]

인접 건물보다 깊은 굴착 시 흙막이 배면 토압·수압으로 지반이 불안정해지며 침하가 발생한다. 히빙은 연약점토 지반에서 배면 토압이 굴착 저면의 지지력을 초과해 저면이 부풀어 오르는 현상, 보일링은 사질토 지반에서 배면 지하수위가 높아 굴착 저면에서 모래와 물이 솟아오르는 현상, 파이핑은 흙막이 벽체의 이음부·틈을 따라 물이 국부적으로 흐르며 세굴 통로를 만드는 현상이다.

④ → ② → ③ → ①

[해설]

TS형 고장력볼트는 핀테일 절단을 통해 표준 도입장력을 확보하는 볼트로, 내측 소켓을 핀테일에 끼워 렌치를 가체결한 뒤 외측 소켓을 회전시켜 너트를 조이고, 규정 장력에 도달해 핀테일이 절단되면 렌치를 당겨 외측 소켓을 분리하며, 마지막으로 팁 레버로 절단된 핀테일을 제거한다.

③ → ④ → ⑤ → ① → ② → ⑥

[해설]

경량철골 구조체를 먼저 세우고 지붕 레벨을 고려해 펄린(도리)을 설치한 뒤 철골 용접부 부식을 막기 위해 방청 도장을 하고, 목재 서까래를 방부처리해 설치한 다음 기와 크기에 맞춰 기와걸이 각재를 대고 마지막으로 금속 기와를 설치한다. 철골 뼈대 → 방청 → 목바탕 → 마감재 순으로 진행하는 것이 핵심이다.

① 안정액(벤토나이트)
② 철근망
③ 콘크리트

[해설]

슬러리월(지중연속벽) 공법은 안정액(벤토나이트 이수)을 굴착홈에 채워 공벽 붕괴를 막으면서 트렌치를 굴착하고, 그 안에 철근망을 삽입한 뒤 트레미관으로 콘크리트를 타설(안정액을 밀어내며 치환)해 연속 벽체를 완성한다.

차수성·강성이 우수하고 소음·진동이 적어 도심지 근접 굴착이나, 지하연속벽을 본구조체로 활용하는 역타공법에 적합하다.

① 4MPa
② 6MPa

[해설]

탄성계수 산정용 평균압축강도 $f_{cm}=f_{ck}+\Delta f$ 에서 $\Delta f$ 는 설계기준강도와 평균강도의 차이(강도 여유)로, 콘크리트 강도가 높을수록 강도 편차가 커지므로 더 큰 값을 쓴다. 따라서 $f_{ck}\le 40$ MPa이면 $\Delta f=4$ MPa, $f_{ck}\ge 60$ MPa이면 $\Delta f=6$ MPa를 적용하고, 그 사이 구간은 두 값을 직선보간한다. 4와 6, 경계 40과 60을 묶어 외우면 된다.

$H\text{-}294 \times 200 \times 10 \times 15$

[해설]

형강의 단면 표시는 형강 종류-춤(H)×폭(B)×웨브두께(t1)×플랜지두께(t2) 순으로 표기하는 관례를 따른다. 그림에 표기된 치수를 이 순서(춤 294, 폭 200, 웨브두께 10, 플랜지두께 15)에 맞춰 대입하면 H-294×200×10×15 가 된다.

[해설]

장주의 유효좌굴길이는 지점 조건별 좌굴계수 $K$에 부재 길이를 곱해 구하며, 지지 구속이 강할수록 $K$값이 작아진다.

• 1단 고정·1단 힌지: $K=0.7$
• 양단 고정: $K=0.5$
• 1단 고정·1단 자유(캔틸레버): $K=2.0$
• 양단 힌지: $K=1.0$

채점 포인트는 지점 조건과 K값을 정확히 매칭하는 것으로, 부재 길이가 서로 달라 ②(양단 고정·4L)와 ③(캔틸레버·L)처럼 지점 조건이 정반대인데도 유효좌굴길이가 $2L$로 같아지는 경우가 생긴다는 점에 주의해야 한다.

흡수율 = (표건 질량 − 절건 질량) ÷ 절건 질량 × 100
$= \dfrac{2{,}000 - 1{,}992}{1{,}992} \times 100 = 0.40$ %
(수중 질량 1,300g은 비중 산정용으로 흡수율 계산에는 쓰이지 않는다)

[해설]

골재의 흡수율은 골재알 내부 빈틈에 흡수될 수 있는 물의 양을 절건 질량에 대한 비율로 나타낸 값으로, (표건 질량 − 절건 질량) ÷ 절건 질량 × 100으로 계산한다. 문제에 함께 주어진 수중 질량은 골재의 비중(밀도) 산정에 쓰이는 값이므로 흡수율 계산에는 사용하지 않는다. 계산하면 (2,000−1,992)÷1,992×100 ≒ 0.40%이다.

1.5B 정미량 224매/m², 붉은벽돌 할증률 3%
소요량 $=20\times224\times1.03=4{,}614.4\rightarrow4{,}615$ 매

[해설]

벽돌 소요량 = 벽면적 × 정미량 × (1+할증률)로 산정한다. 표준형 벽돌(190×90×57)의 m²당 정미량은 0.5B 75매, 1.0B 149매, 1.5B 224매, 2.0B 298매이며, 붉은벽돌(점토벽돌)의 할증률은 3%가 표준이다.

계산값 4,614.4매는 벽돌이 낱장 단위이므로 올림 처리해 4,615매로 답한다.

모래경량콘크리트 경량계수 $\lambda=0.85$
$f_r=0.63\lambda\sqrt{f_{ck}}=0.63\times0.85\times\sqrt{21}=2.45$ MPa

[해설]

경량콘크리트의 파괴계수(휨인장강도)는 $f_r=0.63\lambda\sqrt{f_{ck}}$로 산정하며, 경량콘크리트계수 λ는 전경량 0.75, 모래경량 0.85, 보통중량 1.0을 적용한다. 경량콘크리트의 인장강도(쪼갬인장강도)가 같은 압축강도의 보통중량콘크리트보다 낮은 점을 보정하는 계수이다.

· $A_g = 2{,}000 \times 200 = 400{,}000$ mm²
· 세장비 항 $\dfrac{k\,l_c}{32h}=\dfrac{0.8\times3{,}200}{32\times200}=0.4$, $1-0.4^2=0.84$
· $\phi P_{nw}=0.55\times0.65\times24\times400{,}000\times0.84=2{,}882{,}880$ N $=2{,}882.88$ kN

[해설]

벽체 축강도 설계식(KDS 14 20)에 값을 대입한다. 먼저 총단면적 $A_g=2{,}000\times200=400{,}000$mm²를 구하고, 세장비 항 $k l_c/32h=0.8\times3{,}200/(32\times200)=0.4$이므로 대괄호 항은 $1-0.4^2=0.84$가 된다.

나머지 계수를 곱하면 $0.55\times0.65\times24\times400{,}000\times0.84=2{,}882{,}880$N, 즉 약 2,882.88kN이다. 세장비 항이 커질수록 좌굴에 의한 강도저감이 커지며, $\phi=0.65$는 압축지배단면의 강도감소계수, $k$는 벽체 상·하 구속조건에 따른 유효길이계수이다.

최대휨모멘트 $M_{max}=\dfrac{wL^2}{8}$, 단면계수 $Z=\dfrac{bh^2}{6}$
$w=30$ N/mm, $L=9{,}000$ mm, $b=400$ mm, $h=700$ mm
$\sigma_{max}=\dfrac{M_{max}}{Z}=\dfrac{30\times9{,}000^2/8}{400\times700^2/6}=9.30$ MPa

[해설]

최대휨모멘트는 지간 중앙에서 $M_{max}=wL^2/8$로 구하고, 단면계수는 $Z=bh^2/6$이다. 최대휨응력은 $\sigma_{max}=M_{max}/Z$이며, 하중과 치수의 단위를 N·mm로 통일해 계산해야 한다.

적합조건(C점 처짐=0): $\delta_C=\dfrac{5wL^4}{384EI}-\dfrac{V_C L^3}{48EI}=0$
$V_C=\dfrac{5}{8}wL=\dfrac{5}{8}\times2\times8=+10$ kN (↑)
평형조건: $V_A=V_B=\dfrac{2\times8-10}{2}=+3$ kN (↑)

[해설]

1차 부정정보이므로 중간지점 C의 반력을 부정정력으로 놓고 적합조건(C점 처짐=0)을 세워 푼다. 전체 길이 8m의 단순보에 등분포하중이 작용할 때의 중앙 처짐과, C점에 작용하는 집중하중 $V_C$에 의한 처짐이 상쇄되도록 $V_C$를 구하고, 나머지는 힘의 평형조건으로 $V_A$, $V_B$를 구한다.

(1) 기둥 거푸집량 (기둥 둘레×높이×4개)
$(0.4\times4\times3)\times4=19.2$ m²
(2) 벽체 거푸집량
안목길이 = 바깥치수 − 양쪽 기둥: 세로벽 $5.0-0.4\times2=4.2$ m, 가로벽 $8.0-0.4\times2=7.2$ m
$(4.2\times3\times2)\times2+(7.2\times3\times2)\times2=136.8$ m²

[해설]

기둥 거푸집량은 기둥 둘레×높이×개수로 산정한다. 벽체 거푸집량은 안목길이(바깥치수에서 양쪽 기둥 폭을 공제한 길이)에 높이와 안팎 양면, 같은 방향 벽 개수를 곱해 산정한다. 기둥과 벽을 별도 타설하면 기둥은 4면 둘레 전체를 계산하므로, 중복을 피하기 위해 벽 길이에서 양쪽 기둥 폭(0.4m×2)을 공제한 안목길이를 쓴다.

[해설]

주공정선(A→C→F→H, 총 17일) 위의 작업은 전체여유(TF)가 0이 되고, 벗어난 B·D·E·G는 여유시간만큼 시작을 늦춰도 전체 공기에 영향을 주지 않는다.

전체여유 TF는 후속작업에 영향을 주지 않고 지연 가능한 최대치이고, 자유여유 FF는 후속 결합점의 EST를 지연시키지 않는 범위이며, 종속여유 DF=TF-FF로 구분해 산출한다.

채점 포인트는 D·E처럼 FF=0이면서 DF=TF인 작업과 G처럼 TF와 FF가 같아 DF=0인 작업을 구분해 표에 정확히 기입하는 것이다.