철근콘크리트 장기처짐

왜 배우는가: 장기처짐은 지속하중과 콘크리트 크리프·건조수축이 시간에 따라 처짐을 키우는 현상이라, 사용성 검토에서 즉시처짐과 함께 반드시 합산해 검토해야 한다. 기술사 시험에서는 장기처짐 계수 λΔ와 지속하중 조건을 묻는 계산형 문항과 처짐 감소 방안을 묻는 서술형 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제131회 4교시 6번, 제126회 1교시 5번, 제115회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장: 철근콘크리트 장기처짐은 지속하중 아래에서 시간이 지나며 콘크리트의 크리프와 건조수축으로 추가로 증가하는 처짐이다.

핵심 키워드

• 장기처짐(long-term deflection)
• 크리프(creep, 지속하중에 의한 변형 증가)
• 건조수축(drying shrinkage)
• 지속하중(sustained load)
• 압축철근비(compression reinforcement ratio)
• 장기처짐계수(time-dependent factor, λΔ)
• 즉시처짐(immediate deflection)
• 총처짐(total deflection)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 보에 하중을 오래 두면 처짐이 계속 늘어난다. 처음 재하 때 생기는 처짐은 즉시처짐이고, 그 뒤 시간이 지나며 더해지는 부분이 장기처짐이다. 장기처짐은 콘크리트가 지속된 응력 아래서 변형이 커지는 크리프와, 물이 빠지며 부피가 줄어드는 건조수축이 원인이다.

정식 정의는 다음과 같다. 장기처짐은 지속하중에 의한 콘크리트의 크리프 변형과 건조수축 변형이 휨부재의 곡률과 처짐으로 나타난 값이다. 건축구조기준의 산정식은 장기처짐을 즉시처짐에 장기처짐계수를 곱해 구하는 방식이다.

$\delta_{LT} = \lambda_{\Delta} \cdot \delta_{i}$

\delta_{LT}는 장기처짐(mm), \lambda_{\Delta}는 장기처짐계수(무차원), \delta_{i}는 지속하중에 의한 즉시처짐(mm)이다.

장기처짐계수는 시간계수 \xi와 압축철근비 \rho'로 결정한다.

$\lambda_{\Delta} = \frac{\xi}{1 + 50\rho'}$

\xi는 하중 지속기간에 따른 시간계수이고, \rho'는 압축철근비(As'/bd)다. 압축철근이 많을수록 장기처짐이 줄어드는 이유가 이 식에 담겨 있다.

시간계수 \xi는 지속기간이 길수록 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

콘크리트 구조물은 시공 후 수년 동안 하중과 환경의 영향을 받는다. 설계 초기에 즉시처짐만 검토하면 완공 후 처짐이 허용값을 넘는 사례가 생긴다. 그래서 사용성 검토에서 장기처짐을 별도로 합산하는 규정이 필요하게 되었다.