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철근
철근은 철로 만들며, 보통 막대 모양으로 만들어져 주로 인장력을 맡는 건설 재료이다. 철근은 토목공학, 건축공학 등에서 매우 중요하게 다루는 역학 구조체 중 하나이다. 보통 재료는 탄소강이며, 따로 쓰기 보다는 압축력을 받는 콘크리트와 합쳐 철근콘크리트 구조물로 만들어진다.
목차
개요
철근은 콘크리트와 함께 철근콘크리트를 구성하는 주요 건축자재이자, 건축공학에서 중요하게 다루는 역학 구조체 중 하나이다.
- 철근은 철근콘크리트 구조물을 구성하는 주요 재료로서 압축력에 강한 콘크리트와 인장력에 강한 이형철근을 결합하여 사용
- 철근과 콘크리트는 온도 변화에 따른 구조변화가 매우 적어 일정 강도 유지
- 단위는 kgton 으로, 국내 7대 제강사수입(중국산, 대만산, 일본산) 주로 거래 중
- 철 스크랩비전기료 감안해 제강사 고시가(건자회와 분기별 협의가) 책정
철근은 흔히 철골과 혼동하는데, 명칭만 봐도 알겠지만 철근은 근육, 철골은 뼈대에 해당하는 자재이다. 철근은 콘크리트가 하중(상하 압력)으로 터져나가는 것을 막아주며, 철골은 그 자체로서 하중을 지탱하는 뼈대이다.
일반적으로 철근은 탄소강으로 이루어져 있으며, 해양구조물 등에서 해수에 노출되는 경우에는 에폭시 도막 철근이나 아연 도금 철근, 스테인리스 스틸로 된 철근, 더 높은 부식환경에서는 섬유에폭시 수지 분체 철근을 쓰기도 한다.
크기와 명칭 또한 용도와 모양, 사용처에 따라 제각기 다른 사이즈의 철근, 다른 명칭으로 불린다.
쇠로 만든 뼈대라는 뜻에서 철근(鐵筋)으로 부르고, 영어권에서는 보통 보강 막대(영어: reinforcing bar, reinforcement bar)라는 뜻으로 리바(영어: rebar)라고 부른다.
기본 철근은 끝이 뭉툭하지만 자르는 과정에서 날카로워지는 경우도 있고 철근 자체가 무겁기 때문에 공사장에서 철근에 찔리거나 철근에 깔리는 인명 사고도 종종 일어나는 편이다. 특히 25mm x 10m 철근은 단 25가닥만으로 1톤에 육박할 만큼 무겁고 두꺼우며, 당연히 굵을수록 잘 휘지도 않는다.
굵을수록 기둥과 보에 사용되며, 얇을수록 슬라브와 벽채, 혹은 기둥 후프(굵은 기둥근들이 서로 흩어져 모양이 흐트러지지 않도록 일정 간격으로 둥글게 감싸는 역할의 철근), 스트랍(벽체 철근들이 벌어지지 않도록 벽체 철근에 수직으로 양 끝에 모이는 철근), 족싱(벽체 철근과 수직으로 길게 결속된 철근)으로 사용된다.
한 층 슬라브의 콘크리트 타설이 끝난 뒤, 다음 층에서 사용되지 않는 철근은 슬라브 위로 돌출(이를 사시깽이라 표현한다.)되어 있으나 곧 건축과정에서 산소절단 혹은 그라인더 작업을 통해 사라지게 되는데, 이것을 두고 죽은 철근 이라고 하며, 대체로 기둥근에서 많이 나타나는 현상이다.
위에서 설명한 스트랍과 후프로 철근이 벌어지지 않게 한다 하더라도 기본적으로 얇고 긴 탄소강의 성질에 의해 자연적으로 한 쪽으로 휘거나 몰리는 현상이 일어나는 것이 당연한데, 이 현상을 해결하기 위해 유로폼 사이에 스페이서 를 삽입하여 그 간격을 유지해 준다.
철근을 가공, 조립하는 데에는 절곡기(밴딩기)와 절단기(핸디), 핸들(핸도리, 밴더)가 가공용 도구로서, 하카가 결속선 조립용으로서 사용되는데, 철근 조립에 사용되는 하카는 사용하다 보면 스킬자수 하는 느낌을 받을 수 있다.
철근의 역사
철근사용의 시초
철근의 발달은 콘크리트의 발달과 불가분의 관계를 가지고 있으므로 철근 콘크리트의 발달 과정과 그 맥락을 같이 한다.
콘크리트의 역사는 고대 이집트와 그리스, 로마시대에서 그 유래를 찾을 수 있으나, 1824년 영국의 Josef Aspdin에 의한 Portland Cement 제조가 그 기원을 이룬다.
철근을 삽입한 철근 콘크리트의 경우는 1855년 제1회 파리 만국박람회에 프랑스의 Lambot가 철망을 넣은 콘크리트 선반을 출품하여 특허를 받은 것이 시작이다. 1861년 Joseph Monier가 시멘트 화분을 철망으로 보강하는 방법을 개발하여 1867년 「Monier 식 철근 콘크리트」공법의 특허를 받은 것을 필두로, 1868년에는 Pipe와 Tank, 1869년 Flat Plate, 1873년 교량, 1875년 계단으로 발전시켰다.
이후 1887년에는 독일의 G.A Wayss와 J.Bauschinger, M.Koenen이 철근 콘크리트의 이론적 해석 방법을 발표하였으며, 1890년 미국에서는 Ransome이 San Francisco에 The Leland Stanford Jr.Museum 건설을 시작으로 하여 철근 콘크리트의 빠른 발전을 이루었다.
20세기에 들어와서 철근 콘크리트 구조물은 Pre-Stressd Concrete와 Precast Concrete 등의 응용물이 개발되었고, 압축강도를 증가시킨 고강도 콘크리트, 인장력을 증대시킨 고장력 철근 등의 많은 연구 활동과 실용화가 이루어졌다.
한국에서의 철근콘크리트 공법의 변천
우리나라의 철근콘크리트 건물은 1910년대에 건립되기 시작하였다. 최초의 건물은 1910년 11월에 준공된 부산세관으로 본 청사 2층 건물이나 현재 남아 있지 않고, 1912년 1월에 준공된 한국은행 본점은 지하 1층, 지상 3층에 연면적 7,575㎡의 그 당시로서는 큰 규모의 건물로 현재 사적 280호로 보존되고 있다. 1920년대 들어 점차 철근콘크리트 건물이 많이 건립되었으며, 이 시대에 건립된 건물로는 1925년에 준공된 서울역 건물과 1926년에 준공된 서울시청사 및 국립박물관 건물 등이 있다.
1930년대에는 우리나라 건축가에 의해서도 철근콘크리트 건물이 설계되었는데, 박동진이 설계하여 1934년 준공된 고려대학교 본관 건물과 박길룡이 설계하여 1937년 준공된 화신 백화점 등이 대표적인 건물이다. 1938년대 건립된 반도 호텔은 지하 1층, 지상 8층에 연면적 18,300㎡으로 1960년대에 이르기까지 우리나라에서 가장 높은 건물로 군림하였다.
철근의 분류
표면 형상에 따른 분류
강도에 따른 분류
직경에 따른 분류
길이에 따른 분류
세부구분
용도
- 주철근: 설계하중에 의해 그 단면적이 정해지는 철근.
- 부철근: 부(-) 모멘트로 인한 인장 응력을 받도록 배치한 주철근
- 종방향 철근: 부재에 길이방향으로 배치한 철근.
- 휨철근: 휨모멘트에 저항하도록 배치하는 부재축 방향의 철근.
- 스터럽: 보의 주철근을 둘러싸고 이에 직각되게 또는 경사지게 배치한 복부보강근으로서 전단력 및 비틀림 모멘트에 저항하도록 배치한 보강철근.
- 비틀림 철근: 비틀림 응력이 크게 일어나는 부재에서 이에 저항하도록 배치되는 철근.
- 복부보강근: 전단력을 받는 부재의 복부에 배치되어 사인장 응력에 저항하는 철근, 사인장철근이라고도 함.
- 배력철근: 하중을 분포시키거나 온도 변화나 건조수축에 의한 균열을 제어할 목적으로 주철근과 직각에 가까운 방향으로 배치한 보조철근.
- 띠철근: 기둥에서 종방향 철근의 위치를 확보하고 전단력에 저항하도록 정해진 간격으로 배치된 횡방향의 보강철근 또는 철선.
- 나선철근: 기둥에서 종방향 철근을 나선형으로 둘러싼 철근 또는 철선.
- 굽힘철근: 구부려 올리거나 또는 구부려 내린 복부 철근. 전단 철근의 일종이며, 정철근 또는 부철근을 구부려 만든다.
- 갈고리: 철근의 정착 또는 겹침이음을 위해 철근 끝을 구부린 부분 : 철근의 끝부분을 180˚, 135˚, 90˚ 등의 각도로 구부려 만듦.
용접이음
철근을 용접하여 잇는 경우에 강도가 fy의 1.25배 이상이어야 한다.
철근 결속
철근끼리의 결속은 철선을 사용한다.
대한민국에서 철근 연결은 한국 산업 규격에 결속선은 담금질된 결속철선(0.9mm), 철근용 클립을 사용.
참고자료
- 〈철근〉, 《위키백과》
- 〈철근〉, 《나무위키》
- stray, 〈철근에 대한 이해와 종류〉, 《티스토리》, 2021-01-23
- 〈철근의 역사 알아보기〉, 《대한제강》
같이 보기
