기둥-기초 접합부 지압·정착

왜 배우는가: 기둥과 기초의 접합부는 축력을 콘크리트 지압과 연결철근으로 나눠 전달하는 곳이라, 지압강도와 연결철근 정착을 틀리면 설계 전체가 무너진다. 시험에서는 지압강도 식, 다우얼 철근량, 정착길이 산정을 묶어 반복해서 묻는다.

출제 이력: 제134회 3교시 4번, 제128회 2교시 4번, 제96회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

기둥-기초 접합부의 지압·정착은 기둥의 축력을 기초 콘크리트 접촉면의 지압으로 전달하고, 지압만으로 부족한 만큼을 다우얼 철근(연결철근)으로 기초에 정착해 보완하는 설계 검토이다.

기둥 축력은 접촉면 지압과 다우얼 철근으로 나누어 기초에 전달한다

핵심 키워드

• 지압강도(bearing strength)
• 다우얼 철근(dowel bar)
• 최소 연결철근량(minimum dowel area)
• 압축 이형철근 정착길이
• 겹침이음길이
• 기초 콘크리트 확대 지압
• 지압 저항계수

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 기둥이 기초 위에 올라앉는 면에서 기둥 하중이 콘크리트를 누르는 힘이 지압이다. 두 콘크리트의 강도가 다르면 약한 쪽이 지압 한계를 정한다. 지압만으로 축력을 다 받을 수 없을 때 기둥 주근과 기초 사이를 잇는 철근이 연결철근이다.

정식으로는 기둥 콘크리트의 지압강도와 기초 콘크리트의 지압강도를 비교해 작은 값을 쓰고, 기초 콘크리트 지압강도는 기초 면적이 기둥 면적보다 넓을 때 확대 효과를 고려할 수 있다.

지압강도는 접촉면에서 콘크리트가 견디는 설계 압축 저항이다. 다우얼 철근은 기둥 축력 중 지압으로 전달되지 않는 부분을 맡는 철근이다. 최소 연결철근량은 접합부가 완전한 축력 전달을 못 할 때를 대비한 하한 철근량이다.

압축 정착길이는 다우얼 철근이 기초 콘크리트 안에서 압축력을 충분히 전달하도록 묻는 길이다. 기둥 쪽에서는 주근과 겹침이음으로 연결되므로 겹침이음길이도 함께 본다.

계산 순서는 다음과 같다.

• 기둥 단면과 기초 상면의 지압면적을 구한다.
• 기둥 콘크리트와 기초 콘크리트 강도로 지압강도를 구한다.
• 지압강도가 축력을 못 받으면 부족분을 다우얼 철근이 맡는다.
• 다우얼 철근의 정착길이와 겹침이음길이를 산정한다.

3. 등장 배경과 필요성

현장 타설에서는 기둥 콘크리트와 기초 콘크리트를 시간 차이를 두고 치는 경우가 많다. 이때 접촉면은 일체 구조와 달라 축력 전달 능력이 떨어질 수 있다. 그래서 지압과 연결철근을 따로 검토해야 한다.

설계기준압축강도 차이가 클수록 지압 검토가 중요하다

고층 건물과 대형 기둥에서 축력이 커지면서 기둥 단면만으로는 기초 상면의 지압 한계를 쉽게 넘는다. 기초 면적을 넓히거나 지압 확대를 적용하는 이유가 여기에 있다.

반대로 연결철근이 부족하면 접합부가 인장이나 전단에 취약해진다. 기둥 주근이 기초 안으로 정착되지 않으면 축력 전달 경로가 끊긴다. 따라서 기둥-기초 접합부 검토는 콘크리트 지압과 철근 정착을 함께 확인하는 기본 절차가 된다.