건축기사 실기 · 2020년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

드라이브 핀(Drive Pin)

[해설]

드라이브 핀은 화약(공포탄)의 폭발력을 이용한 타정총, 즉 드라이비트로 콘크리트·강재에 직접 박아 넣는 특수 못이다.

못이 잘 박히지 않는 경질 바탕에 앵커·설비 배관·마감재를 고정할 때 사용하며, 머리형(H형)과 나사형(T형)이 있다.

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]

연약 점성토 지반에 모래말뚝을 촘촘히 박아 배수거리를 짧게 만든 뒤 성토 등으로 상재하중을 가하면, 간극수가 모래기둥을 통해 빠르게 배출되며 압밀이 촉진되어 지반이 조기에 강화된다.

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

[해설]

KS F 4002 기본형 속빈 콘크리트블록은 길이 390mm·높이 190mm로 고정되고, 두께만 100·150·190mm 세 종류로 구분된다.

길이·높이는 줄눈 10mm를 더하면 400×200mm가 되어 모듈이 맞는다는 점과 함께 외우면 된다.

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

[해설]

열가소성 수지는 가열하면 연화·성형되고 냉각하면 굳는 것을 반복할 수 있는 수지로 아크릴·염화비닐(PVC)·폴리에틸렌·폴리스티렌 수지 등이 있다.

열경화성 수지는 한 번 경화되면 재가열해도 다시 연화되지 않는 수지로 페놀·멜라민·요소·에폭시·우레탄 수지 등이 있다.

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

[해설]

강관말뚝은 재질이 균질해 이음부 신뢰성이 높고 지지력이 크며, 두부 가공이 쉬워 상부 구조물과의 결합이 용이하다. 다만 부식에 대한 대책(방청도장 등)이 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]

슬러리월(지중연속벽)은 안정액(벤토나이트)으로 굴착면을 유지하며 패널 단위로 굴착·철근망 삽입·콘크리트 타설을 반복해 벽체를 형성하는 공법으로, 강성과 차수성이 우수해 본구조체로도 활용되나 패널 이음부 시공관리가 까다롭고 공사비가 높다.

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 액체에 가까운 상태로 거푸집 벽면을 미는 압력이다. 따라서 콘크리트가 묽고(슬럼프가 크고) 오래 굳지 않을수록, 그리고 한 번에 높이 부어 액체 기둥이 높아질수록 측압이 커진다고 이해하면 개별 요인이 모두 설명된다.

슬럼프가 크면 유동성이 커져 액체에 가까워지고, 벽 두께가 두꺼우면 콘크리트 자중이 커지며, 타설 속도가 빠르면 아래쪽이 응결하기 전에 위쪽이 계속 쌓여 액압이 그대로 전달된다. 또 기온이 낮고 대기 습도가 높으면 응결이 지연되어 굳지 않은 상태가 오래 유지되므로 측압이 증가한다. 반대로 기온이 높거나 응결촉진제를 쓰면 측압은 작아진다.

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

[해설]

시스템비계 일체형 작업발판은 비계 조립과 동시에 발판이 일체로 구성되는 방식으로, 별도 발판 설치공정이 줄어 시공성이 좋고 낙하물 방지 등 안전성도 높다. 공장에서 부재를 표준화 제작하므로 재래식 강관비계 발판보다 품질이 균일하다는 점이 주요 차이다.

(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]

두 공법의 차이는 긴장 시점이다. 프리텐션은 콘크리트 타설 전에 강재를 긴장해 두었다가 경화 후 긴장을 풀어 부착력으로 응력을 전달하므로 공장 제작 PC부재에 주로 쓰인다.

포스트텐션은 콘크리트 경화 후 매입된 시스 안에 강재를 넣어 긴장·정착하고 정착구로 힘을 전달하므로, 교량 거더 같은 현장타설 대형 부재나 장스팬 구조에 적합하다. 두 방식 모두 사용하중 아래에서 콘크리트에 미리 압축력을 도입해 인장균열을 억제하는 것이 목적이다.

· 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]

목재가 건조되면 세포 사이의 자유수부터 빠져나가고, 자유수가 모두 없어지고 세포벽의 결합수만 남는 함수율 약 30% 지점을 섬유포화점이라 한다.

섬유포화점 이상에서는 자유수만 증감할 뿐 결합수에 변화가 없어 강도가 거의 일정하다. 그 이하로 건조가 진행되면 결합수가 감소하며 세포벽이 수축·치밀해져 함수율이 낮을수록 강도가 급격히 증가한다.

(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]

부대입찰제도는 하도급계열화를 유도해 하도급 대금 지급을 투명화하려는 제도이고, 대안입찰제도는 원안설계보다 동등 이상 성능을 유지하면서 공기·공사비를 절감할 수 있는 기술제안을 유도하는 제도다. 둘 다 입찰 단계에서 발주자가 요구하는 서류를 추가로 제출하게 하는 특수 입찰방식이라는 공통점이 있다.

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

[해설]

강구조 내화피복은 습식·건식·합성·복합공법으로 나뉘며, 타설·조적·미장 공법은 습식공법에 속한다.

타설공법은 부재 둘레에 콘크리트·경량콘크리트를 타설하고, 조적공법은 석재·벽돌·콘크리트블록 등을 쌓아 피복하며, 미장공법은 철망을 심재로 모르타르를 발라 마감한다. 이 밖에 뿜칠공법, 성형판 붙임공법, 멤브레인공법 등이 있다.

① → ② → ④ → ③ → ⑤

[해설]

MCX(최소비용에 의한 공기단축)는 주공정선상에서 비용경사가 가장 작은 작업을 골라 단축 한계까지 단축한 뒤, 이로 인해 새로 생기는 보조 주공정선을 확인하고 필요시 두 공정선을 동시에 단축하는 순서로 진행한다. 이 순서를 지켜야 최소 비용으로 최대 공기단축 효과를 얻을 수 있다.

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

[해설]

용접부 검사는 시공 단계별로 나눈다. 착수 전에는 모재의 청소 상태, 홈의 각도·간격·치수, 부재의 밀착 상태를 확인한다.

작업 중에는 아크 전압·용접 속도 등 용접조건과 밑면 따내기(가우징) 상태를, 완료 후에는 비드 외관인 필릿 크기와 균열·언더컷 등 결함 유무를 검사한다.

시기별로 나눠 점검하는 이유는 결함을 조기에 발견해 재작업 비용을 줄이기 위함이다.

① 3 ② 450

[해설]

콘크리트구조기준상 벽체·슬래브의 휨주철근 간격은 부재 두께의 3배 이하, 또한 450mm 이하로 제한한다(콘크리트 장선구조는 예외). 별도로 1방향 슬래브의 정·부모멘트 철근은 최대 휨모멘트가 생기는 단면에서 두께의 2배 이하·300mm 이하로 더 엄격히 제한하므로 두 규정을 구분해 외운다. 간격 제한의 취지는 균열폭 제어와 하중의 고른 전달이다.

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

[해설]

휨부재의 최대철근비는 철근량 자체가 아니라 최외단 인장철근의 순인장변형률 하한(최소허용변형률)으로 규정한다. $f_y \le 400$MPa이면 $\epsilon_t = 0.004$ 이상, $f_y \gt 400$MPa이면 $\epsilon_t = 2\epsilon_y$ 이상이어야 하며, 고강도철근일수록 항복변형률 자체가 크므로 기준을 $\epsilon_y$에 연동시킨 것이다. 취성(압축)파괴를 막고 최소한의 연성을 확보하려는 규정으로, 인장지배단면의 한계변형률(0.005)과는 별개의 값이니 혼동하지 않는다.

① 2
② 4
③ 5
④ 3
⑤ 6
⑥ 8

[해설]

기초·보 옆·기둥·벽의 거푸집널은 연직하중을 지지하지 않는 측면 거푸집이므로 압축강도 시험 없이 재령(일수)만으로 해체할 수 있다. 존치기간은 평균기온이 낮을수록 길어지고, 초기강도 발현이 느린 시멘트일수록(조강 → 보통·고로슬래그 1종 → 고로슬래그 2종·포틀랜드포졸란 2종) 길어진다. 20℃ 이상은 2·4·5일, 20℃ 미만 10℃ 이상은 3·6·8일로 묶어 외운다.

[해설]

화살표선과 기준선이 만나는 정점의 원은 이음부를 부재 둘레 전체에 걸쳐 용접하라는 일주(둘레)용접 표시이고, 기준선에 붙는 깃발(flag) 기호는 공장이 아닌 현장에서 용접하라는 지시이므로 두 요소가 합쳐져 "현장 일주용접"이 된다.

일주용접 기호가 없으면 화살표가 가리키는 이음부 한 곳만 용접하라는 뜻이 되고, 현장용접 깃발이 없으면 공장(shop) 용접으로 해석되므로 두 부가기호를 모두 읽어내는 것이 핵심이다.

채점 포인트는 "현장"과 "일주(전체 둘레)"라는 두 조건을 모두 명시하는 것이며, 기준선에 붙은 직각삼각형이 필릿용접을 뜻한다는 점까지 함께 쓰면 완전한 답이 된다.

[해설]

피복두께는 콘크리트 표면에서 가장 가까운 철근 표면까지의 최단거리로 정의되며, 이를 확보해야 철근이 콘크리트와 충분히 부착되고 시공 중 골재가 철근 사이로 원활히 채워질 수 있다.

피복두께가 부족하면 철근의 부착강도 확보가 어려워 설계강도를 발휘하지 못하고, 타설 시 굵은골재가 철근 뒤쪽까지 돌지 못해 재료분리·공극이 생기기 쉽다.

채점 포인트는 정의에서 "콘크리트 표면~철근 표면"이라는 기준점을 정확히 쓰는 것과, 목적 2가지(부착·소요강도 확보, 시공성 확보)를 구분해 서술하는 것이다. 그림에서는 늑근 바깥면 기준의 측면 피복과 최하단 주근 기준의 하부 피복을 각각 치수선으로 표시해야 한다.

· 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]

등변 ㄱ형강은 두 변을 펴서 하나의 평판으로 환산해 계산하며, 모서리에서 두께 t가 중복되므로 전개폭은 $b_1+b_2-t=100+100-7=193$ mm, 전단면적은 $A_g=t(b_1+b_2-t)=1{,}351$ mm²이다. 볼트구멍 지름은 공칭지름에 여유 2mm를 더해 M20 → 22mm를 적용하고, 순단면적은 전단면적에서 구멍 결손면적(구멍 수 × 지름 × 두께)을 공제해 $A_n=1{,}351-2\times22\times7=1{,}043$ mm²로 구한다. 연단거리·볼트간격 50mm는 파단선 판정을 위한 치수로, 파단선상 구멍이 2개인 이 문제에서는 엇모배치 보정($s^2/4g$)이 필요 없어 계산에는 쓰이지 않는다.

· 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]

3등분점 2점가력 시 지간 중앙 구간은 등모멘트 구간이 되며, 이때 파괴하중은 두 하중의 합인 2P가 된다. 무근콘크리트 보의 휨균열강도(휨파괴계수)는 $f_r=\dfrac{PL}{bh^2}$로 산정하며, 계산 결과 3.2MPa로 답안과 일치한다.

(1) 처짐각 $\theta_A = \dfrac{PL^2}{16EI} = \dfrac{(30 \times 10^3)(6 \times 10^3)^2}{16 \times (206 \times 10^3)(1.6 \times 10^8)} = 0.00204$ rad
(2) 최대처짐 $\delta_C = \dfrac{PL^3}{48EI} = \dfrac{(30 \times 10^3)(6 \times 10^3)^3}{48 \times (206 \times 10^3)(1.6 \times 10^8)} = 4.095$ mm

[해설]

단순보 중앙에 집중하중이 작용할 때 지점 처짐각은 $\theta=\dfrac{PL^2}{16EI}$, 중앙 최대처짐은 $\delta=\dfrac{PL^3}{48EI}$이다. 단위를 N·mm로 통일하는 것이 관건으로, $E=206$GPa$=206\times10^3$N/mm², $L=6$m$=6\times10^3$mm로 바꿔 대입한다. 검산값은 $\theta_A=0.002048$ rad, $\delta_C=4.096$ mm으로 답안(0.00204 rad, 4.095 mm)과 끝자리 반올림만 다를 뿐 같은 결과다.

· 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 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 정정구조로, 지점반력은 전체 평형 3식과 중앙 힌지에서의 모멘트=0 조건을 더해 구한다. $\Sigma M_B=0$으로 수직반력을, 중앙 힌지 좌측 자유물체도의 $\Sigma M=0$으로 수평반력을 구하며, 검산 결과 $V_A=4.5$kN, $H_A=1$kN, 합력 4.61kN으로 답안과 일치한다.

(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 여유폭을 더한 평면치수에 굴착깊이를 곱해 구하고, 되메우기량은 터파기량에서 지하구조물 체적을 뺀 값이며, 잔토처리량은 지하구조물 체적에 토량환산계수 L을 곱해 산정한다. 검산 결과 각각 1,441.44m³, 430.58m³, 1,314.12m³로 답안과 일치한다.

[해설]

A·B·C 세 작업이 모두 끝나야 D·E·F를 시작할 수 있으므로 후속 결합점의 EST는 가장 늦게 끝나는 A($5$일)가 결정하고, 가장 긴 A→D($5+4=9$일)가 총 공사기간이자 주공정선이 된다.

여유시간은 TF=다음 결합점 LST−해당 작업 EST−공기, FF=다음 결합점 EST−해당 작업 EST−공기, DF=TF−FF로 구한다. B·C는 A보다 일찍 끝나도 D를 시작할 수 없어 그 차이($3$일·$1$일)가 그대로 여유로 남고, E·F는 총공기 $9$일과 자신의 EFT 차이가 여유가 된다.

이 문제처럼 후속 작업이 모두 종료결합점으로 모이면 각 작업의 TF와 FF가 같아져 DF가 전부 0이 된다는 점, 그리고 결합점에 EST·LST를 표기하고 주공정선을 굵은 선으로 표시했는지가 채점 포인트다.