철골 합성보

왜 배우는가: 철골 합성보는 강재보와 슬래브 콘크리트를 전단연결재로 일체화해 휨성능과 강성을 함께 높이는 대표 구조이며, 건축구조기술사 시험에서 원리·형식 분류·유효폭·스터드 설계를 묶어 반복 출제된다. 개념의 원리와 형식을 먼저 정확히 잡아야 계산 문항도 풀린다.

출제 이력: 제128회 3교시 2번, 제125회 2교시 5번, 제100회 1교시 3번, 제98회 1교시 1번, 제93회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의: 철골 합성보는 강재보와 콘크리트 슬래브를 전단연결재로 일체화하여 두 재료가 하나의 부재처럼 휨에 저항하는 보이다.

핵심 키워드

• 합성작용(Composite Action): 강재와 콘크리트가 미끄러짐 없이 함께 거동하는 현상
• 전단연결재(Shear Connector): 강재와 콘크리트 사이 수평전단력을 전달하는 부재
• 스터드앵커(Stud Anchor): 강재 상부플랜지에 용접하는 대표적 전단연결재
• 완전합성보: 전단연결재가 충분해 합성단면으로 휨 강도를 발휘하는 보
• 불완전합성보: 전단연결재가 부족해 미끄러짐을 고려해야 하는 보
• 유효폭(Effective Width): 슬래브 중 보와 함께 휨에 저항하는 폭
• 데크플레이트(Deck Plate): 거푸집 겸 바닥판 역할을 하는 골형 강판
• 환산단면(Transformed Section): 콘크리트를 강재 등가 면적으로 바꾼 단면

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 바닥 콘크리트가 보 위에 얹혀만 있으면 보는 자기 무게만 버틴다. 콘크리트를 보에 단단히 붙여 한 덩어리로 만들면 콘크리트는 압축을, 강재는 인장을 맡아 훨씬 큰 휨을 견딘다. 이 한 덩어리 거동이 합성작용이다.

정식 정의는 두 재료가 전단연결재로 연결되어 접촉면의 수평전단력을 전달하며 단일 부재로 거동하는 것이다. 합성보는 강재보 상부(또는 전체)에 콘크리트 슬래브를 결합한 보로, 시공 방식과 연결재 형식에 따라 여러 종류로 나뉜다.

핵심 용어 풀이

• ****합성작용****: 두 재료의 변형률이 접촉면에서 같이 맞아 떨어져 일체로 휨을 받는 상태다. 연결이 약하면 접촉면에서 슬립이 생겨 합성효과가 줄어든다.
• 전단연결재: 콘크리트와 강재의 접촉면에서 생기는 수평전단력을 부담한다. 스터드, 채널형, 강판형 등이 있다.
• 완전합성 / 불완전합성: 연결재 강도가 합성단면의 최대 전단력을 모두 전달할 수 있으면 완전합성, 그렇지 않으면 불완전합성이다.

3. 등장 배경과 필요성

철골보 단독 구조는 상부 플랜지가 압축을 받아 횡좌굴과 국부좌굴에 취약하고, 보 춤을 키워야 강성이 확보된다. 반면 철근콘크리트 보는 자중이 크고 스팬이 길어질수록 단면이 커진다. 두 재료의 장점을 결합하면 보 춤을 줄이면서 휨강도와 강성을 높일 수 있다.

기존 철골 합성보는 H형강 상부플랜지 위에 슬래브를 올리므로 바닥 전체 높이가 철근콘크리트 구조보다 크게 높아지는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 슬래브를 보 춤 내부에 넣는 슬림플로어 공법과 같은 매입형 방식이 개발되었다. 바닥판 전체 높이를 줄여 층고를 확보하는 것이 실무상 가장 큰 동기다.