배근 기초 - 최소 철근비, 온도철근, 슬래브 배근

보가 있는 슬래브는 변장비(λ=Ly/Lx)에 따라 1방향 슬래브와 2방향 슬래브로 나뉩니다.

 

 

단변의 순경간 길이(Lx)에 대한 장변 순경간길이(Ly)의 비가 2배 이상이 되면 하중 대부분이 단변 방향으로만 전달(하중의 분담비율이 94% 이상)되기 때문에 1방향 슬래브로 구분합니다.

 

 

1방향 슬래브로 설계한다면 위 그림에서 볼 수 있는 것처럼 하중이 거의 대부분 한 방향으로만 전달되기 때문에 다른 방향으로는 철근의 거의 필요 없는것 아닌가 하고 생각할 수 있습니다. 그런데 콘크리트는 경화하는 과정에서 건조수축이 발생하고 온도변화에 따라 팽창하거나 수축할 수 있는데, 이렇게 작은 인장력에도 콘크리트에는 균열이 발생할 수 있기 때문에 철근으로 보강해야만 합니다. 이것을 최소 철근비라고 합니다.

 

최소 철근비

콘크리트구조 설계기준에서는 구조부재요소마다 최소철근을 규정하고 있습니다.

KDS 14 20 50 콘크리트구조 철근상세 설계기준에서는
4.6 수축·온도철근
4.6.1 설계 일반   
(1) 슬래브에서 휨철근이 1방향으로만 배치되는 경우, 이 휨철근에 직각방향으로 수축·온도철근을 배치하여야 한다.

 

위 기준의 내용에서 볼 수 있는 것처럼 1방향 슬래브의 경우 장변방향으로도 수축·온도철근을 배치하도록 규정하고 있습니다. 그리고 최소 철근비에 대한 내용을 다음에 설명하고 있습니다.

 

4.6.2 1방향 철근콘크리트 슬래브
(1) 수축·온도철근으로 배치되는 이형철근 및 용접철망은 다음의 철근비 이상으로 하여야 하나, 어떤 경우에도 0.0014 이상이어야 한다. 여기서, 수축·온도철근비는 콘크리트 전체 단면적에 대한 수축·온도철근 단면적의 비로 한다.
① 설계기준항복강도가 400MPa 이하인 이형철근을 사용한 슬래브    0.0020
② 설계기준항복강도가 400MPa을 초과하는 이형철근 또는 용접철망을 사용한 슬래브 

따라서 위 기준에 따라 최소 철근비를 배치해야 하는데, 일반적으로 슬래브에 사용하는 철근은 보통 SD400을 사용하기 때문에 콘크리트 단면적의 0.2%만큼의 철근량을 X방향과 Y방향 모두 배치해야만 합니다.

 

예를 들어 슬래브 두께가 150mm일 때 1m 간격마다 배치해야 할 철근량을 구하면 다음과 같이 됩니다.

콘크리트의 단면적은 150 × 1000 = 150,000mm²입니다.

최소 0.2% 이상을 배치해야 하므로 150,000 × 0.002 = 300 mm² 이상의 철근을 넣어야 합니다.

즉 단변방향이든 장변방향이든 어느 단면에서도 철근량의 합이 300 mm² 이상이 되도록 배치해야 합니다.

 

공동주택 표준바닥구조에서 벽식구조 슬래브의 표준두께는 210mm 이므로 

이 경우 최소 철근량은 210 × 1000 × 0.002 = 420mm² 이상이 되어야 합니다.

 

이 외에도 설계기준에서는 다음과 같이 정하고 있습니다. 

 

(3)수축·온도철근의 간격은 슬래브 두께의 5배 이하, 또한 450mm 이하로 하여야 한다.
(4)수축·온도철근은 설계기준항복강도를 발휘할 수 있도록 정착되어야 한다.

 

수축·온도철근도 반드시 정착을 해야 하고 또, 간격이 너무 벌어지지 않도록 최소한의 간격도 정하고 있습니다. 

 

슬래브의 배근간격은 보통 50mm 단위로 표기하고, 하부철근과 상부철근의 간격을 동일 간격으로 하거나, 한쪽이 2배 또는 1/2배의 간격이 되도록 배치하는 경우가 많습니다.