건축기사 실기 · 2022년 4회차 기출문제 해설 페이지

콜드 조인트(Cold Joint)

[해설]

콜드 조인트는 시공 이음이 아닌 타설 지연으로 생기는 결함이다. 먼저 타설한 콘크리트가 응결을 시작한 뒤 다음 콘크리트를 이어 치면 두 층이 일체화되지 못해 경계면에 불연속 줄눈이 생기며, 구조적 결함과 누수 통로가 될 수 있다. 타설 간격 관리, 재비빔·펌프 압송 계획으로 예방한다.

① 철근 표면을 아연도금(방청) 처리
② 콘크리트에 방청제 혼입
③ 골재에 제염제를 혼입하거나 잔골재를 충분히 세척

[해설]

해사(바닷모래)는 염화물이온을 포함해 철근 부식·콘크리트 내구성 저하를 유발하므로, 사용 시 염소이온량 허용기준(통상 0.3kg/m³ 이하) 관리가 필요하다. 대책은 철근 자체를 보호(아연도금)하거나, 콘크리트 조성 단계에서 부식을 억제(방청제 혼입)하거나, 원인 물질인 염화물을 골재 단계에서 제거(세척·제염제)하는 세 방향으로 접근한다.

(1) 와플 폼(Waffle Form)
(2) 트래블링 폼(Traveling Form)
(3) 슬라이딩 폼(Sliding Form)
(4) 데크 플레이트(Deck Plate)

[해설]

거푸집 명칭은 형상과 이동 방식으로 구분한다. 와플 폼은 격자형 상자 모양의 기성재 거푸집으로 무량판 2방향 장선 슬래브를 만든다.

트래블링 폼은 터널·교량처럼 반복 구간에서 한 구간 타설 후 대차로 수평 이동시켜 재사용하는 대형 시스템 거푸집이고, 슬라이딩 폼은 사일로·코어 벽체처럼 요크로 끌어올리며 수직으로 연속 타설한다.

데크 플레이트는 아연도 철판을 절곡해 바닥판 거푸집 겸 마감재(존치)로 쓰는 철재 바닥판이다. 수평 이동은 트래블링, 수직 상승은 슬라이딩으로 묶어 외운다.

(1) 공칭휨강도 $M_n \ge \dfrac{M_u}{\phi} = \dfrac{1.2M_D + 1.6M_L}{\phi} = \dfrac{1.2 \times 150 + 1.6 \times 130}{0.85} = 456.47$ kN·m
(2) 공칭전단강도 $V_n \ge \dfrac{V_u}{\phi} = \dfrac{1.2V_D + 1.6V_L}{\phi} = \dfrac{1.2 \times 120 + 1.6 \times 110}{0.75} = 426.67$ kN

[해설]

소요강도(계수하중에 의한 강도)는 하중조합 U=1.2D+1.6L로 산정하고, 부재의 공칭강도는 소요강도를 강도감소계수 φ로 나눈 값 이상이어야 한다(설계강도 φRn≥소요강도 Ru를 Rn≥Ru/φ로 변형). 휨은 Mu=1.2×150+1.6×130=388kN·m를 φ=0.85로 나눠 Mn≥456.47kN·m, 전단은 Vu=1.2×120+1.6×110=320kN을 φ=0.75로 나눠 Vn≥426.67kN이 된다.

유리 3장으로 2겹의 공기(단열)층을 확보하고, 열적외선을 반사하는 은소재를 코팅해 방사율과 열관류율은 낮추고 가시광선 투과율은 높인 유리 — 단열·채광 성능이 우수하다.

[해설]

로이유리는 유리 표면에 저방사(Low-Emissivity) 은계 금속막을 코팅해 장파장(열)적외선은 반사하고 가시광선은 투과시키는 유리다. 이를 3장 겹쳐 2개의 밀폐 공기(또는 아르곤 가스)층을 만든 3중유리는 열관류율(U값)을 크게 낮춰 냉난방 부하를 줄이면서도 채광 성능은 유지해, 일반 복층유리보다 단열 성능이 우수하다.

① 타설공법
② 뿜칠공법
③ 미장공법
④ 조적공법

[해설]

강구조 내화피복은 습식(타설·뿜칠·미장·조적), 건식(성형판 부착), 합성·복합공법으로 나뉜다.

습식공법은 물을 사용하는 내화피복재(콘크리트·모르타르 등)를 강재 표면에 시공하는 방식으로, 타설은 거푸집을 대고 콘크리트를 붓는 방식, 뿜칠은 습식 모르타르를 분사하는 방식, 미장은 모르타르를 바르는 방식, 조적은 경량콘크리트블록 등을 쌓는 방식이다. 부착력은 우수하나 별도의 양생기간이 필요하다.

⑤ → ① → ④ → ② → ⑦ → ③ → ⑧ → ⑥ → ⑨

(대상선정 → 정보수집 → 기능정의 → 기능정리 → 기능평가 → 아이디어 발상 → 평가 → 제안 → 실시)

[해설]

VE 실시 절차(Job Plan)는 준비 → 기능분석 → 아이디어 창출 → 실시의 네 덩어리로 묶어 외운다. 준비 단계에서 대상을 선정하고 정보를 수집하며, 기능분석 단계에서 기능을 정의·정리·평가하고, 이어서 아이디어를 발상·평가한 뒤 제안하고 실시한다.

암기 포인트는 기능의 정의·정리·평가 세 단계가 연속으로 끝난 다음에야 아이디어 발상으로 넘어간다는 점이다. 기능을 충분히 분석해 개선 여지를 확인하기 전에 대안부터 내면 가치(V = F/C)를 높이는 방향을 잡을 수 없기 때문이다. 보기 기호가 ㉮~㉶ 등으로 바뀌어 출제되어도 항목 순서는 동일하다.

· 반력 $V_A = V_B = \dfrac{40 \times 3}{2} = 60$ kN
(1) $\sum M_F = 0 : +(60)(6) - (40)(3) + U_2 \times 3 = 0$
  $\therefore U_2 = -80$ kN(압축)
(2) $\sum M_E = 0 : +(60)(3) - L_2 \times 3 = 0$
  $\therefore L_2 = +60$ kN(인장)

[해설]

절단법(Method of Sections)은 트러스를 가상의 단면으로 절단해 미지 부재력을 세 개 이하로 줄인 뒤, 절단면 한쪽 부분의 모멘트평형·힘평형 조건으로 각 부재력을 구하는 방법이다. U₂는 F점, L₂는 E점에 대한 모멘트평형식을 세워 각각 다른 두 부재력을 소거함으로써 구한다. 검산 결과 U₂=−80kN(압축), L₂=+60kN(인장)으로 일치한다.

(1) 보통 — 콘크리트의 종류(보통콘크리트)
(2) 25 — 굵은골재 최대치수 25mm
(3) 24 — 호칭강도 24MPa
(4) 150 — 슬럼프 150mm

[해설]

레미콘(KS F 4009) 표기는 「콘크리트 종류 - 굵은골재 최대치수 - 호칭강도 - 슬럼프(또는 슬럼프플로)」 순이다.

「보통-25-24-150」은 보통콘크리트, 굵은골재 최대치수 25mm, 호칭강도 24MPa, 슬럼프 150mm를 뜻한다. 종류 표기가 빠진 「25-24-150」 형태로도 출제되므로 순서를 기준으로 읽으면 된다.

① 표준체(Standard Sieve) 분석법
② 블레인(Blaine) 공기투과법

[해설]

분말도는 시멘트 입자의 고움 정도를 나타내며 수화 속도·초기강도에 영향을 준다. 표준체법은 일정 눈금체로 쳐서 남는 잔분율로 조립도를 판정하는 방법이고, 블레인 공기투과법은 일정량의 시멘트층을 공기가 통과하는 시간(비표면적)으로 분말도를 산정하는 방법으로, 현재 KS 시험에서는 블레인법이 주로 쓰인다.

(1) 마찰 접합
(2) 인장 접합
(3) 지압 접합

[해설]

마찰접합은 고장력볼트의 강한 조임력으로 부재 접합면에 생기는 마찰저항으로 힘을 전달하는 가장 일반적인 방식이다. 인장접합은 외력이 볼트축 방향(인장) 하중으로 작용해 볼트 인장력은 늘고 부재 간 압축(밀착)력은 줄어드는 접합이며, 지압접합은 볼트 축과 직각 방향 하중을 볼트 축부의 지압력으로 저항하는 접합이다.

(1) 주공정선 B → D → H(더미 포함), 총공사기간 17일
· 작업(작업일수): A 5, B 6, C 5, D 7, E 3, F 4, G 2, H 4
· 결합점 EST/LST: 0 → 0/0, 2 → 6/6, 1 → 6/6, 3 → 11/13, 4 → 13/13, 5 → 17/17
※ △ = 결합점 EST(최조시각), □ = LST(최지시각), 굵은 선 = 주공정선
(2) 여유시간(작업 — TF/FF/DF/CP)
· A 1/1/0 · B 0/0/0 ※ · C 2/0/2 · D 0/0/0 ※
· E 4/2/2 · F 3/3/0 · G 4/4/0 · H 0/0/0 ※

[해설]

화살표형(ADM) 네트워크 공정표에서 EST(최조시작시각)는 선행작업 완료시각 중 최댓값, LST(최지시작시각)는 후속작업 개시시각 중 최솟값으로 구한다. TF=LST(후속)-EFT, FF=후속 EST-EFT, DF=TF-FF이며, TF=0인 작업을 이으면 주공정선(CP)이 된다. 본 문제는 B→D→H가 주공정선으로 총공사기간 17일이며, 나머지 작업은 표의 여유시간만큼 지연이 가능하다.

① 시멘트모르타르계 방수
② 규산질계 도포 방수
③ 발수제 도포 방수

[해설]

조적조 지상 외벽은 지하와 달리 수압이 거의 없으므로 두꺼운 멤브레인 방수보다 표면 침투·도포형 방수를 주로 쓴다.

시멘트모르타르계는 방수모르타르를 발라 표면을 치밀하게 만들고, 규산질계 도포 방수는 규산나트륨 등이 조적·콘크리트 내부 공극을 메워 방수층을 형성하며, 발수제 도포는 표면장력으로 물을 튕겨내는 방식으로 시공이 간단하다.

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

[해설]

보링 방법은 천공 원리로 구분한다. 충격식은 충격날을 낙하시켜 지반을 파쇄·배토하는 방식으로 자갈층·암반 확인에 유리하고, 회전식은 날을 회전 압입해 천공해 시료 교란이 적어 정밀 시험용 시료 채취에 적합하다. 오거보링은 나선형 오거를 회전·인발해 얕은 깊이의 교란시료를 채취하는 간이 방법이며, 수세식은 관을 압입하며 물을 분사해 흙과 물을 함께 배출시키는 방식으로 연약층에 주로 쓰인다.

· 최대 전단력 $V_{max} = V_A = V_B = \dfrac{P}{2} = \dfrac{200}{2} = 100$ kN
· 최대 전단응력 $\tau_{max} = \dfrac{3}{2} \cdot \dfrac{V_{max}}{A} = \dfrac{3}{2} \times \dfrac{100 \times 10^3}{300 \times 500} = 1$ MPa

[해설]

중앙 집중하중을 받는 단순보의 반력(최대 전단력)은 하중의 절반(P/2)이며, 직사각형 단면의 최대 전단응력은 평균전단응력(V/A)의 1.5배(τmax=1.5V/A, 중립축에서 발생)로 산정한다. 하중을 N, 단면치수를 mm로 맞춰 계산하면 τmax=1.5×100,000/(300×500)=1MPa이다.

용접 수축으로 판 두께 방향(Z방향)에 강한 인장 구속력이 작용하는 이음부에서, 강재 내부의 개재물층을 따라 강재 표면과 평행하게 계단 모양으로 진전되는 층상 박리 균열

[해설]

라멜라 테어링은 두꺼운 강판의 T형·십자형 이음 등에서 용접 수축응력이 판 두께 방향(Z방향)으로 집중될 때, 압연 과정에서 생긴 강재 내부의 개재물층을 따라 표면과 평행하게 계단형으로 갈라지는 층상 균열이다.

판 두께 방향 인성이 낮은 강재나 구속이 큰 이음 상세에서 발생하기 쉬우므로, 판 두께 방향 인장특성이 보증된 강재(Z방향 성능 보증강) 사용, 개선 형상 변경·용접 순서 조정으로 구속 완화, 저수소계 용접봉 사용과 예열로 방지한다.

① 기존 건축물의 기초를 보강·개량할 때
② 새 기초를 설치해 기존 건축물을 받쳐야 할 때
③ 인접 굴착·터파기로 기존 건물의 침하·균열이 우려될 때

[해설]

언더피닝은 기존 구조물을 사용하면서 그 기초를 보강하거나 새 기초로 교체·지지하는 공법이다. 기초 자체의 노후·손상 보강, 증축 등으로 기초 지지력 부족 시 새 기초 신설, 인접 대지 굴착으로 기존 건물의 침하·균열이 우려될 때의 사전 보강이 대표적인 적용 사례다.

(1) ①, ⑤, ⑦
(2) ②, ④, ⑧
(3) ③, ⑥, ⑨, ⑩

[해설]

용접부 검사는 시점별로 확인 항목이 다르다. 착수 전에는 트임새(개선) 모양, 부재 모아대기 정밀도, 구속(고정) 상태 등 준비 상태를 점검하고, 작업 중에는 용접봉 종류, 전류, 운봉 방법 등 시공 조건을 관리한다. 완료 후에는 외관 판단과 함께 침투탐상·초음파검사 같은 비파괴검사, 필요 시 절단검사로 내부 결함까지 확인한다.

· 콘크리트 부담 전단강도 $V_c = \dfrac{1}{6}\lambda\sqrt{f_{ck}}\,b_w d = \dfrac{1}{6} \times 1.0 \times \sqrt{24} \times 300 \times 550 = 134{,}722$ N
· 전단철근 부담 전단강도 $V_s = \dfrac{A_v f_{yt} d}{s} = \dfrac{(2 \times 71.33) \times 400 \times 550}{150} = 209{,}235$ N
· 설계전단강도 $\phi V_n = \phi(V_c + V_s) = 0.75 \times (134{,}722 + 209{,}235) = 257{,}968$ N $\approx 257.97$ kN

[해설]

콘크리트구조기준(KDS 14 20 22)에 따라 설계전단강도는 콘크리트 부담분과 전단철근 부담분의 합에 전단 강도감소계수 $\phi=0.75$를 곱해 산정한다. 스터럽 D10@150은 2가닥(다리)이므로 전단철근 단면적은 $2 \times 71.33$mm²를 사용한다. 검산 결과 257.97kN으로 계산값과 일치한다.

(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]

스캘럽은 웨브와 플랜지의 용접선이 만나는 지점처럼 용접선끼리 교차하는 부위에서 열영향부가 중첩되어 취약해지고 응력이 집중되는 것을 피하기 위해, 한쪽 부재를 미리 부채꼴로 따내 만든 홈이다.

엔드탭은 아크가 불안정한 용접 시작·종료부에 생기기 쉬운 블로홀·크레이터·언더컷 등의 결함을 본 용접부 밖으로 유도하기 위해 모재 양 끝단에 덧대는 보조 강판으로, 용접이 끝나면 잘라내는 것이 원칙이다.

① 보통 포틀랜드 시멘트
② 중용열 포틀랜드 시멘트
③ 조강 포틀랜드 시멘트
④ 저열 포틀랜드 시멘트
⑤ 내황산염 포틀랜드 시멘트

[해설]

KS L 5201은 용도·발열 특성에 따라 포틀랜드 시멘트를 5종으로 구분한다. 보통형은 일반 구조물에, 중용열형은 매스콘크리트 등 수화열 억제가 필요한 곳에, 조강형은 초기강도 발현이 급한 공사에, 저열형은 중용열보다 발열을 더 낮춘 곳에, 내황산염형은 황산염 토양·지하수 등 화학적 침식 환경에 각각 사용한다.

⑤ → ④ → ③ → ② → ①

[해설]

외단열은 단열재를 방수층 위(외기 쪽)에 두는 방식이다. 바탕콘크리트를 타설한 뒤 그 위에 시트 방수층을 먼저 형성하고, 방수층 위에 단열재를 깔고, 단열재의 이동·손상과 누름콘크리트 타설 시 수분 침투를 막는 PE필름을 덮은 다음 마지막으로 보호용 누름콘크리트를 타설한다. 방수층이 단열재 아래에 놓여 구조체·방수층의 온도변화가 작고 결로에 유리한 점이 내단열 방식과의 차이다.

(1) 철근량
① 주근 D16 $[(9 \times 4) + (9 \times 4)] \times 1.56 = 112.32$ kg
② 대각선근 D13 $(4\sqrt{2} \times 6) \times 0.995 = 33.77$ kg
③ 합계 $112.32 + 33.77 = 146.09$ kg
(2) 콘크리트량 $4 \times 4 \times 0.4 + \dfrac{0.4}{6}[(2 \times 4 + 0.6) \times 4 + (2 \times 0.6 + 4) \times 0.6] = 8.90$ m³
(3) 거푸집량 $4 \times 0.4 \times 4 = 6.4$ m²

[해설]

독립기초는 상단(주두)에서 하단(저판)으로 단면이 확대되는 사다리꼴 기둥 형태이므로, 콘크리트량은 저판 직육면체 부피에 각뿔대(사다리꼴대) 부피 공식 $V=\dfrac{h}{6}[(2a+a')b+(2a'+a)b']$을 더해 산정한다. 거푸집량은 저판 측면 둘레×높이로, 철근량은 부재별 길이×단위중량(kg/m)의 합으로 산출하며 검산 결과 모두 일치한다.

① 유입 지하수를 강제 배수(Pumping)해 부력 감소
② 구조물 자중 증대로 부력에 저항
③ 인접 구조물에 긴결하거나 록 앵커(Rock Anchor)로 지반에 정착

[해설]

지하구조물 부상은 부력이 구조물 자중과 마찰저항보다 커질 때 발생하며, 대책은 크게 부력 자체를 줄이는 방법과 저항력을 늘리는 방법으로 나뉜다. 배수공법은 지하수위를 낮춰 부력을 직접 줄이고, 자중 증대는 구조물 무게로 부력에 대항하며, 록 앵커·인접 구조물 긴결은 지반 또는 다른 구조물의 저항력을 끌어와 부상을 억제한다.

(1) 표면처리법 — 폭 0.2mm 이하의 미세한 균열 표면에 수지계·시멘트계 재료를 도포해 피막을 형성하여 보수하는 방법
(2) 주입공법 — 폭 0.2mm 이상의 균열에 주입 파이프를 10~30cm 간격으로 설치하고 저점도 에폭시 수지를 주입·충전하는 방법

[해설]

콘크리트 균열 보수는 균열 폭에 따라 공법이 달라진다. 0.2mm 이하의 미세균열은 구조적 영향이 적어 표면에 수지계·시멘트계 재료를 얇게 도포해 방수성과 중성화 저항을 확보하는 표면처리법으로 충분하다.

0.2mm 이상으로 진행된 균열은 내부까지 채워야 하므로, 주입 파이프를 10~30cm 간격으로 설치하고 저점도 에폭시 수지를 압입해 균열 내부를 충전하는 주입공법을 적용한다.

(1) $\rho = \dfrac{64}{20.8 - 0.5} = 3.15$ Mg/m³
(2) $3.15 \ge 3.10$ 이므로 합격

[해설]

르샤틀리에 비중병 시험은 시멘트가 밀어낸 광유의 부피(눈금 차)로 시멘트의 실제 부피를 구해 밀도를 산정한다. 밀도=질량÷부피=64g÷(20.8−0.5)mL=64÷20.3≈3.15Mg/m³이며, 특기시방서 합격기준 3.10Mg/m³ 이상을 만족하므로 합격 판정한다.