개구부 벽체철근 철근보강에 관하여

벽체에는 많은 개구부들이 생기게 됩니다. 도어 Open, 설비 덕트 Open, 설비 슬래브 Open, 전기박스 Open 등등 이러한 개구부들은 철근보강을 어떻게 하는 것일까요? (현장에서는 개구부를 보통 오픈이라고 부릅니다.)

벽체 개구부 보강

- 개구부의 크기가 300mm이하이고, 주철근이 개구부에 의해 끊어지지 않을 경우에 철근을 보강하지 않아도 된다. (주철근이 끊어지지 않을 때는 보강하지 않는다라는 개념이 중요하다.)

- 개구부에 의해 절단되는 철근의 1/2씩을 개구부 양측에 배근하며, 철근 단면력은 2-D16(양면) 이상일 것
1) 주철근이 끊어졌을 때
예를 들어 수직주철근이 두개 끊어졌다면 한개씩 양쪽을 보강해야 한다. 그렇다면, 수직주철근이 다섯개 끊어졌다면 1/2씩 보강이므로, 5/2=2.5개. 즉, 3개씩 양쪽에 배근을 해야 한다. (양면) 이때, 철근단면적은 D16이상
2) 수직, 수평보강철근의 경우 Ld(인장철근 정착길이)를 확보하도록 해야 합니다. 

- 보강철근은 양방향 모두 보강할 것
1) 보강철근은 양면, 양방향 모두 보강을 합니다. 

수직철근은 4-HD16, 수평철근은 4-HD13, 일반적인 사항에 없는 사인장철근(경사 보강철근) 2-HD13

사인장철근이란?

모서리 부근에는 개구부 모서리 부근에 응력집중으로 인한 사인장 응력에 의한 균열이 발생하게 됩니다. 일반사항에는 주철근 보강에, 콘크리트 설계기준에는 나와있지 않지만, 현장에서 많이 발생하는 모서리 사인장균열에 대처하기 위해 사인장 보강철근을 지침으로 넣고 있습니다. 

개구부 주변에 발생하는 균열은?

철근콘크리트 구조물에서 균열이 발견하기 가장 쉬운 곳 중의 하나가 개구부 주변입니다. 슬래브든 벽체이든 개구부의 모서리에서 45도 경사방향으로 균열이 발생된 것을 많이 볼 수 있습니다. 이러한 균열의 원인은 무엇이며, 구조적으로 문제가 되는 구조적 균열인가? 아니면 비구조적 균열인가?
단정해서 말하기는 어렵지만 원인을 풀어서 표현하자면 구조적 특성에 의해 발생되는 건조수축, 온도변화에 의한 균열이라고 할 수 있습니다. 이러한 균열은 구조물에 결정적인 손상을 주지 않겠지만 내구성과 사용성면에서 좋지 않으므로 설계 및 시공과정에서 신경을 써야 할 부분입니다. 
콘크리트 타설 후 장기적으로 건조수축과 온도변화에 의해 표면에서부터 인장력이 발생하게 됩니다. 그리고 이 인장응력이 콘크리트의 인장강도를 넘으면 콘크리트에는 균열이 발생하게 됩니다. 이때 콘크리트에 매립된 철근은 콘크리트의 수축을 방해하고 인장응력을 분산시키는 역할을 합니다. 

그러나 벽체나 슬래브의 개구부 주변에서는 인장응력에 저항할 철근이나 콘크리트가 부분적으로 없으므로 직각을 이루는 두 방향만의 인장응력이 집중되어 다른 부분에 비해 최대 6배 정도의 인장응력이 발생한다고 합니다. 따라서 개구부 주변에서 배근된 철근의 양이 충분하지 못할 경우에는 경사방향의 균열이 발생할 가능성이 높습니다. 개구부 주변에 발생되는 인장응력은 개구부의 형태나 구조물의 특성에 따라 정확한 모델링을 한 후 해석을 해 봐야하겠지만, 대체로 개구부의 모서리에서 일반부분의 최대 6배 정도, 45도 방향으로 멀어지면서 2차곡선의 형태로 급격히 감소하여 약 1.5배 정도에서 수렴한 후 점점 작아지게 됩니다. 물론 건조수축, 온도변화에 의한 인장응력이 아니라 할지라도 개구부가 있는 벽체 등의 경우에는 충격이나 진동, 부등침하 등에 의해서 구조물에 추가응력이 발생한다면 응력의 집중에 의해 균열이 가장 발생하기 쉬운 곳도 개구부 주변일 것입니다. 이러한 균열을 제어하기 위해 개구부 주변에는 보강철근을 배근해야 합니다.

콘크리트 구조설계기준(1999, p218)을 보면 "개구부 크기가 슬래브판 크기에 비해 작을 경우 개구부에 의해 절단되는 철근과 같은 단면적의 철근을 개구부 양쪽에 보강하여야 한다"ㄹ고 되어 있으며, 도로교시방서(1996, p350)에는 "개구부를 두었기 때문에 배치할 수 없었던 주철근과 배력철근은 개구부 주변에 배치함과 동시에 개구부의 모서리에 철근을 배치하여 확실히 정착시켜야 한다"라고 되어 있습니다. 

즉, 개구부 주변의 보강은 개구부 때문에 배근할 수 없었던 만큼의 철근량을 수직 및 수평방향으로 배근하고, 벽 두께를 한변으로 하는 정방향 면적의 1% 정도의 철근을 경사방향으로 배근하는 것이 일반적이다.

건설기술, 쌍용에 나온 구조부재 개구보 보강과 관련된 자료입니다. 참고하시기 바랍니다.

개구부보강기술정보.pdf

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