구조설계도 작성기준

왜 배우는가: 구조설계는 계산으로 끝나지 않고 도면으로 시공자에게 전달되어야 완성된다. 구조설계도에 빠진 내용이 있으면 시공 중 임의 판단이 생기고 구조 안전이 떨어진다. 그래서 건축구조기준이 구조설계도에 담을 내용을 정해 두며, 이 내용은 1교시 용어형과 논술형에서 반복해 묻는다.

출제 이력: 제117회 1교시 11번, 제112회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

구조설계도는 구조설계의 최종 결과물로서 구조체의 구성, 부재의 형상과 치수, 배근, 접합 상세를 시공자가 따라 지을 수 있게 표현한 도면이다.

• 구조체 구성
• 부재 형상·치수
• 배근 상세
• 접합 상세
• 설계기준·설계하중
• 재료 강도
• 기초 상세
• 구조설계도서

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 구조설계도는 구조 설계자가 "이 건물의 뼈대는 이렇게 세워 짓는다"는 내용을 그림과 표기로 전달하는 문서다. 설계 계산이 옳아도 도면에 치수나 철근이 빠지면 현장은 그대로 지을 수 없다.

정식 정의는 건축구조기준(KBC2016)이 요구하는 구조설계의 최종 결과물이다. 구조설계도는 설계 결과를 구조체의 구성, 부재의 형상, 접합 상세로 표현한다. 구조설계도서는 도면과 시방서, 구조계산서를 묶은 설계도서 전체를 가리킨다.

구조설계도서는 건축물 건설을 위해 필요한 도면과 사양서를 말하며, 계약서의 일부로 취급된다. 따라서 구조설계도에 적힌 내용은 공사 계약의 기준이 된다.

구조체 구성은 기초, 기둥, 보, 벽체, 바닥의 배치와 연결 관계를 보여 주는 것이다. 하중이 바닥에서 보와 기둥을 거쳐 기초로 내려가는 힘의 흐름이 드러나야 한다.

접합 상세는 부재와 부재가 만나는 자리의 형상과 연결 방법을 뜻한다. 접합부는 모재와 구별해 따로 다루는 것이 실용적이며, 설계에서 가장 민감한 부분이다.

3. 등장 배경과 필요성

구조설계는 해석과 부재 검토를 거쳐 치수와 철근량을 정한다. 이 결과를 시공 현장에 전달하는 매체가 구조설계도다. 계산서만 있으면 현장 기술자가 부재 위치와 배근을 해석해야 하므로 시공 오차와 임의 변경이 생긴다.

구조물의 안전은 접합부에서 자주 결정된다. 접합부에 문제가 생기면 시공 후에도 구조 안전에 큰 영향을 준다. 접합부 상세가 도면에 명확히 없으면 용접, 볼트, 철근 정착의 실제 방법이 달라져 설계 의도가 훼손된다.

또 건축물 하중 전달 경로를 도면으로 확인할 필요가 있다. 바닥 하중은 보를 거쳐 기둥으로 전달되고, 기초를 통해 지반에 전달된다. 이 경로를 도면에서 끊김 없이 보여야 구조 시스템의 연속성을 검토할 수 있다.

구조설계도에는 설계하중과 재료 강도도 함께 표시된다. 고정하중, 활하중, 적설하중, 풍하중, 지진하중 등 설계에 쓰인 하중 조건을 적어야 감리와 시공 검토가 가능하다. 재료는 설계기준강도 같은 값으로 표시해 현장 품질 관리의 기준으로 삼는다.

점진적 붕괴를 막기 위한 인장 연결 요구도 도면에 드러나야 한다. 현장 주조 콘크리트 구조는 일반적인 연결 상세가 이 요구를 충족하지만, 사전 제작 구조는 접합 상세를 별도로 확인해야 한다. 이런 차이는 구조설계도의 접합 상세에 명시되어야 한다.

구조설계도는 법정 도서이기도 하다. 건축 허가와 구조 검토, 준공 검사에서 구조 적합성을 판단하는 자료가 된다. 따라서 필요한 내용을 빠짐없이 담는 것이 설계자의 책임이다.

4. 구성요소·원리·절차

구조설계도서는 구조설계 결과를 도면으로 옮긴 것이다. 설계의 최종 결과물로서 구조체의 구성, 부재의 형상, 접합상세를 시공자가 그대로 따라 만들 수 있도록 표현한다. 구성요소는 일반사항, 기초, 구조평면도, 부재 상세, 접합 상세, 재료 기준으로 나눈다.

구조설계도서의 구성요소는 다음과 같다.

구성 항목을 표로 정리하면 도면 검토 시 누락을 빠르게 찾을 수 있다. 표는 설계자가 작성 여부를 점검하는 체크리스트로도 쓰인다.

원리는 설계 결과가 시공 단계에서 오해 없이 한 가지로 읽히도록 하는 데 있다. 하중의 흐름은 슬래브, 보, 기둥, 기초, 지반 순으로 전달되므로 도면도 이 순서로 부재 관계를 드러내야 한다. 부재 번호와 단면 기호가 평면도와 상세도에서 같은 이름으로 연결되어야 한다.

작성 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 구조계획과 구조계산 결과를 확정한다.
• 일반사항과 설계기준, 재료 기준을 먼저 적는다.
• 기초 평면과 기초 상세를 작성한다.
• 층별 구조 평면도에 기둥, 보, 슬래브와 부재 번호를 표시한다.
• 부재 단면 상세와 철근 배근도를 그린다.
• 접합 상세와 용접·볼트 기호를 표시한다.
• 도면 간 번호와 치수가 서로 일치하는지 대조한다.

다음 도식은 작성 절차를 보인다.

흐름도에서 도면 대조 단계가 평면도로 되돌아가는 것은 수정 이력이 생길 때마다 번호를 다시 맞추기 위해서다. 이 되먹임 과정을 거쳐야 도면 간 불일치가 줄어든다.

구성도는 도면 세트가 서로 어떻게 연결되는지 보인다.

구성도에서 일반사항이 모든 도면의 기준이 되는 것을 답안에서 강조하면 좋다. 평면도와 상세도는 번호로 서로 연결된다.

구조도서는 구조설계 결과를 시공 가능한 도면으로 표현한 최종 산출물이다.

5. 관련 법령·기준·표준

구조설계도서의 작성 근거는 건축구조기준(KBC)과 그 하위 설계기준이다. 건축구조기준은 하중의 종류와 조합, 구조 해석 방법을 정하고, 설계도서는 그 결과를 표현한다. 콘크리트 구조는 한국콘크리트학회 기준(KCI), 강구조는 강구조 설계기준을 따른다. 기준 이름은 현행 명칭으로 쓴다.

공작물 풍압 산정은 개방형 건축물 및 기타 구조물 조항을 따르며, 설계속도압과 외압계수의 합으로 풍력을 구한다. 이 값은 구조 도면의 하중 조건란에 옮겨 적는다.

다음 표는 도면에 옮겨 적는 주요 기준값과 조건을 정리한 것이다.

표의 값 중 하중 조합과 고정하중, 활하중의 정의는 건축구조기준 용어 정의를 따른다. 표피철근 기준은 2007년 콘크리트구조설계기준의 개정 내용이며, 2003년 기준은 유효깊이를 기준으로 했다. 도면에는 현행 기준의 전체 깊이 기준을 적는다.

설계도서의 재료 기준은 설계기준강도와 철근 규격을 함께 적는다. 강재는 구조설계기준에서 강종별 기준강도를 준다. 도면의 재료 표에 강도 등급과 규격을 명시해야 시공 검사가 가능하다.