플랫슬래브 뚫림전단

왜 배우는가: 플랫슬래브는 보 없이 슬래브가 기둥에 직접 지지되어 기둥 주위에서 뚫림전단(펀칭전단)이 지배하는 구조다. 뚫림전단은 파괴가 취성적으로 갑자기 일어나고, 불균형모멘트가 함께 작용하므로 기둥-슬래브 접합부 검토는 실무 설계와 기술사 시험에서 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제120회 2교시 1번, 제114회 4교시 4번, 제96회 2교시 6번, 제91회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

플랫슬래브 뚫림전단은 보 없이 기둥이 직접 지지하는 슬래브가 기둥 주위의 둘레 단면에서 원뿔 모양으로 뚫려 나가는 전단 파괴로, 기둥 주변 전단응력과 불균형모멘트에 의한 전단응력의 합으로 검토한다.

핵심 키워드

• 플랫슬래브(Flat Slab): 보 없이 기둥에 직접 지지되는 슬래브
• 뚫림전단(Punching Shear): 기둥 둘레에서 슬래브가 뚫려 나가는 2방향 전단 파괴
• 지지점 둘레 단면(Critical Section): 기둥 면에서 d/2 떨어진 둘레의 전단 검토 단면
• 불균형모멘트(Unbalanced Moment): 기둥 양쪽 슬래브의 하중 차이로 접합부에 전달되는 모멘트
• 전단 보강 철근(Shear Reinforcement): 스터럽 또는 전단 헤드로 뚫림 저항을 높이는 철근
• 드롭 패널(Drop Panel): 기둥 위 슬래브 두께를 키워 전단 저항을 늘리는 부분
• 유효깊이(d): 압축 연단에서 인장 철근 도심까지의 거리

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 슬래브가 기둥 머리에 얹혀 있다가 기둥 주위가 도장 찍히듯 뚫고 내려가는 현상이다. 보가 없으므로 하중을 받아 넘길 부재가 없고, 기둥 주변 한 점에 힘이 몰린다.

정식 정의는 다음과 같다. 플랫슬래브는 보 없이 슬래브가 기둥에 직접 지지된 2방향 슬래브 구조이며, 뚫림전단은 집중하중 또는 반력이 기둥 둘레의 슬래브에 전달될 때 기둥 둘레를 따라 생기는 2방향 전단 파괴다.

지지점 둘레 단면은 기둥 면에서 유효깊이 d의 1/2만큼 떨어진 둘레다. 이 단면에서 전단응력을 계산한다. 기둥 면의 전단응력이 아니라 이 둘레의 평균 전단응력을 본다.

불균형모멘트는 기둥 양쪽 슬래브의 지간이나 하중이 다를 때 생긴다. 외부 기둥이나 가장자리 기둥에서 특히 커진다. 이 모멘트가 슬래브로 전달되면서 둘레 한쪽의 전단응력이 더해진다.

전단 보강 철근은 뚫림전단이 콘크리트 단독으로 부족할 때 쓴다. 스터럽이나 전단 헤드를 기둥 주위에 배치해 뚫림 저항을 높인다.

3. 등장 배경과 필요성

플랫슬래브는 층고를 낮추고 거푸집을 단순하게 하며 공사 기간을 줄이기 위해 쓰인다. 보가 없으므로 천장이 평평해 설비 배관과 마감이 쉽다. 주거·업무시설, 주차장 등에서 널리 쓰인다.

그러나 보가 없으면 기둥 주변의 전단 저항을 보가 맡지 못한다. 이 때문에 기둥 주위에서 뚫림전단이 설계를 지배하게 된다. 뚫림은 휨 파괴와 달리 예고 없이 발생하므로 취성적이다. 실제 붕괴 사고에서도 기둥 주위 뚫림이 원인으로 지목된 사례가 있어, 설계 단계에서 반드시 검토해야 하는 항목이 되었다.

이 때문에 설계기준은 기둥 둘레의 전단응력 상한과 보강 철근 배근 조건을 정한다. 기둥 크기, 슬래브 두께, 콘크리트 강도, 불균형모멘트 크기가 검토의 주요 변수다.

지지점 둘레 단면은 기둥 면에서 관련 기준이 정한 거리만큼 떨어진 위치

4. 구성요소·원리·절차

플랫슬래브의 뚫림전단은 기둥 주변 슬래브가 기둥을 중심으로 원뿔(또는 角뿔) 모양으로 뽑혀 나가는 파괴다. 전단면은 기둥 면에서 d/2 떨어진 둘레(위험단면 둘레 bo)에 정의하며, 이 둘레 위의 전단응력이 콘크리트 전단강도를 넘지 않도록 검토한다. 구성요소는 다음과 같다.