철근 최소 순간격

왜 배우는가: 철근 최소 순간격은 철근이 콘크리트 속에 제대로 자리 잡고 다져질 수 있는지를 결정한다. 이 기준을 어기면 부착과 내력이 떨어지고, 시공 불량으로 이어진다. 시험에서는 보와 기둥의 간격 수치, 굵은 골재 최대치수와의 관계, 최소 폭 계산 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제123회 1교시 10번, 제102회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

철근 최소 순간격은 철근 사이에 콘크리트가 충분히 채워져 부착과 다짐이 확보되도록 정한 주철근 사이의 최소 순간격이다.

핵심 키워드

• 철근 순간격
• 최소 순간격
• 공칭지름
• 굵은 골재 최대치수
• 다단 배근
• 다발철근
• 부착
• 콘크리트 타설성

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 철근과 철근 사이의 빈 공간을 얼마 이상 띄워야 하는지를 정한 규정이다. 철근이 너무 촘촘하면 콘크리트가 그 틈을 빠져 들어가지 못한다. 그러면 철근 주위에 빈 곳, 즉 공극이 생기고 철근과 콘크리트가 함께 힘을 받는 부착이 약해진다.

정식으로 말하면 순간격은 인접한 두 철근 표면 사이의 깨끗한 거리다. 철근 최소 순간격은 콘크리트구조 철근상세 설계기준(KDS 14 20 50: 2016)이 보와 기둥의 주철근에 대해 정한 순간격의 하한이다. 구 KCI 2012 기준에서 쓰던 규정 체계를 이어받은 것이다. 중심간격에서 철근 지름을 뺀 값이 순간격이므로, 배근도를 볼 때 중심간격과 순간격을 혼동하지 않아야 한다.

순간격은 인접 철근 표면 사이의 빈 거리다. 설계 수치는 항상 순간격 기준으로 비교한다.

굵은 골재 최대치수는 콘크리트에 들어가는 골재 중 가장 큰 치수다. 골재가 철근 사이를 통과해야 하므로 간격 기준과 직접 연결된다.

다발철근은 2개 이상의 철근을 묶어 한 덩어리처럼 배치한 것이다. 간격 계산에서는 묶음을 하나의 등가 지름으로 본다.

보의 주철근 최소 순간격은 다음 세 값 중 가장 큰 값으로 정한다.

• 25mm 이상
• 철근 공칭지름 이상
• 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상

기둥의 주철근은 기준이 더 엄격하다. 다음 세 값 중 가장 큰 값 이상으로 둔다.

• 40mm 이상
• 철근 공칭지름의 1.5배 이상
• 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상

다단 배근에서는 위층과 아래층 사이의 순간격도 최소 25mm 이상으로 둔다. 상하 철근이 같은 연직선 위에 놓이도록 맞추는 것이 일반적인 배근 방식이다. 세 값 중 가장 큰 값을 택한다는 원칙을 외워 두면 어떤 부재에서도 같은 방식으로 계산할 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

철근콘크리트는 철근이 인장을 받고 콘크리트가 압축을 받아 함께 거동한다. 이 거동은 철근과 콘크리트 사이의 부착에 달려 있다. 철근을 과밀하게 배근하면 타설할 때 콘크리트가 철근 사이를 채우지 못한다. 그 결과 공극과 재료분리가 생기고, 부착이 떨어져 소요 내력과 내구성이 함께 낮아진다.

현장에서는 진동기로 콘크리트를 다진다. 진동기 봉이 들어갈 틈도 필요하다. 간격 규정은 이런 시공 조건을 설계 단계에서 미리 확보하는 장치다. 간격을 넓히면 배근 면적이 줄어 내력이 떨어지므로, 최소 간격 기준은 시공성과 구조 성능이 만나는 균형점이다.

굵은 골재 최대치수를 철근 간격과 함께 묶는 이유도 여기에 있다. 골재가 철근 사이를 통과하지 못하면 콘크리트에 빈 곳이 남는다. 콘크리트 배합 기준은 굵은 골재 최대치수를 거푸집 양 측면 사이 최소거리의 1/5 이하, 슬래브 두께의 1/3 이하, 개별 철근이나 다발철근 사이 최소 순간격의 3/4 이하로 정한다. 배합 설계와 배근 설계를 따로 보면 두 조건이 충돌할 수 있으므로, 두 기준을 함께 확인해야 한다.

간격 기준은 정착 상세와도 연결된다. 확대머리 이형철근은 순간격을 4db 이상으로 두는 것이 원칙이다. 상하 기둥이 있는 보-기둥 접합부의 보 주철근에서 접합부 횡보강철근이 0.3% 이상이고 확대머리 뒷면이 횡보강철근 바깥면에서 50mm 이내에 있으면 2.5db까지 완화할 수 있다. 같은 순간격 개념이 부재 종류와 정착 방식에 따라 다른 값으로 나타난다는 점을 이해해야 한다.

이 절의 기준은 철근상세 전체의 출발점이다. 피복두께, 겹침이음 길이, 정착길이는 간격이 확보된 뒤에야 의미가 있다. 간격이 맞지 않으면 나머지 상세도 시공에서 맞출 수 없다.

4. 구성요소·원리·절차

철근 최소 순간격은 철근 사이로 콘크리트가 충분히 흘러 들어가고 다져져 철근과 부착이 확보되도록 정하는 제한값이다. 간격이 좁으면 충전이 불량해 공극이 생기고, 철근과 콘크리트의 부착강도가 떨어진다. 따라서 최소 순간격은 철근 크기와 골재 크기를 함께 고려해 결정한다.

구성요소는 다음과 같이 나눈다.

원리는 세 가지 제한값 중 가장 큰 값을 최소 순간격으로 정하는 것이다. 철근이 굵을수록 간격을 넓게 잡고, 골재가 클수록 골재가 철근 사이를 통과할 공간을 남긴다. 기둥은 보보다 철근이 밀집하고 다짐이 어려워 더 큰 제한값을 적용한다.

보의 수평 순간격은 25mm, 철근 공칭지름, 굵은 골재 최대치수의 4/3 중 가장 큰 값 이상으로 한다.

절차는 다음과 같다.

• 부재 종류(보 또는 기둥)와 배근 단수를 확인한다.
• 철근 공칭지름 d_b와 굵은 골재 최대치수 d_g를 구한다.
• 기준별 제한값(보 25mm, d_b, \frac{4}{3}d_g)을 각각 계산한다.
• 세 값 중 최대값을 최소 순간격 s_{min}으로 정한다.
• 2단 이상이면 연직 순간격 기준을 따로 검토하고, 상하 철근은 같은 연직면에 맞춰 배치한다.
• 보폭을 산정하여 철근과 간격이 폭 안에 들어가는지 확인한다.

단면 폭은 다음 식으로 구한다.

$b_{min}=2c+2d_s+n\,d_b+(n-1)\,s_{min}$

여기서 b_{min}은 최소 보폭(mm), c는 피복두께(mm), d_s는 스터럽 공칭지름(mm), n은 한 단의 철근 개수, d_b는 주철근 공칭지름(mm), s_{min}은 최소 순간격(mm)이다. 단 1단 배근이면 n개 철근 사이의 간격은 n-1개이다.

5. 관련 법령·기준·표준

최소 순간격의 현행 기준은 콘크리트구조 철근상세 설계기준인 KDS 14 20 50이다. 시험 문항은 구 KCI 2012 기준 명칭으로 같은 내용을 묻기도 하므로 두 명칭을 함께 알아 둔다. 골재 최대치수는 콘크리트 배합설계 기준에서도 제한되는데, 이 제한은 철근 간격과 직접 연결된다.

표의 골재 제한에서 순간격의 3/4 이하라는 조건을 정리하면 순간격은 골재 최대치수의 4/3 이상이어야 한다. 그래서 보와 기둥의 최소 순간격 기준에 \frac{4}{3}d_g가 들어간다.

확대머리 이형철근은 별도 조건을 둔다. 철근 설계기준항복강도 400MPa 이하, 콘크리트 설계기준압축강도 40MPa 이하, 공칭지름 35mm 이하, 보통중량콘크리트에 적용한다는 조건이 먼저 충족되어야 한다. 이 조건에서 순간격은 4db 이상이다. 상하 기둥이 있는 보-기둥 접합부의 보 주철근은 접합부 횡보강철근이 0.3% 이상이고 확대머리 뒷면이 횡보강철근 바깥면에서 50mm 이내에 있으면 순간격을 2.5db까지 줄일 수 있다.

보와 기둥의 일반 기준은 정착 규정과 별개로 적용한다. 확대머리 철근 조건은 접합부 상세에서만 쓰는 특례로 이해하고, 일반 보 설계에는 KDS 14 20 50 의 세 가지 제한값을 쓴다.

6. 유형과 비교

철근 최소 순간격은 배근 방식과 부재 종류에 따라 적용 기준이 달라진다. 보 주철근은 한 단 배근과 여러 단 배근을 구분해서 본다. 다발철근은 개별 철근으로 보지 않고 등가 직경으로 환산한다.