스캘럽

왜 배우는가: 스캘럽은 철골 보와 기둥을 접합할 때 용접선이 서로 교차하는 것을 피하는 기본 처리라서 실무 시공 도면과 현장 용접에서 자주 쓰인다. 시험에서는 정의와 설치 목적을 묻는 1교시 용어 문제로 반복 출제되므로, 용접 액세스홀과의 차이까지 함께 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제127회 1교시 9번, 제120회 1교시 2번, 제111회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

스캘럽은 용접선의 교차를 피하고 용접 연속성을 확보하기 위해 한쪽 부재에 설치하는 홈이다.

• 스캘럽(Scallop)
• 용접선 교차
• 용접 액세스홀
• 응력 집중
• 열응력 완화
• 플랜지·웨브
• 모살용접·맞댐용접

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 스캘럽은 철골 부재 모서리를 둥글게 파낸 홈이다. 보의 플랜지(날개)를 기둥에 용접할 때, 웨브(복부)와 용접선이 한 점에서 겹치면 용접이 중첩되어 재료가 손상되기 쉽다. 이를 피하려고 한쪽 부재의 해당 부분을 파내는데, 그 홈이 스캘럽이다.

정식 정의는 건축 용어 사전 기준으로 '용접선의 교차를 피하기 위해 한쪽 부재에 설치한 홈'이다. 철골 실무에서는 H형강 보의 웨브 모서리를 파내는 경우를 가장 많이 본다.

• 용접선 교차부: 두 부재의 용접선이 같은 위치에서 만나는 지점이다. 이 지점에 용접 금속이 겹쳐 쌓이고 열이 한곳에 몰린다.
• 웨브(Web): H형강에서 두 플랜지를 잇는 세로판이다. 웨브가 플랜지 용접을 막는 것이 스캘럽이 필요한 기본 이유다.
• 플랜지(Flange): H형강의 날개 부분이다. 보와 기둥의 접합에서 주로 인장과 압축을 받는다.
• 용접 액세스홀(Weld Access Hole): 웨브 일부를 잘라 낸 구멍이다. 플랜지 전폭을 연속으로 용접할 수 있게 하며, 현장에서는 쥐구멍(Rat Hole)이라고도 부른다.

스캘럽과 용접 액세스홀은 목적이 같고 형태만 조금 다르다. 두 용어를 구분해 쓰면 답안의 정확도가 올라간다. 또 전기로 원료로 쓰는 철 스크랩을 가리키는 '스캘럽'과는 전혀 다른 개념이므로 혼동하지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

철골 접합부는 용접선이 많이 모인다. 보 플랜지와 기둥 플랜지, 웨브와 스티프너 등 여러 용접이 한곳에 겹치면 용접 금속의 양이 늘고 열 입력이 집중된다. 이 상태에서 냉각이 진행되면 잔류응력이 커지고, 용접 균열이나 취성 파괴가 생길 위험이 높아진다.

또 용접선이 교차하면 용접 작업자가 용접 부위에 접근하기 어렵다. 플랜지 안쪽 용접을 웨브가 가로막으면 용접의 전폭 연속성을 확보할 수 없다. 이런 문제를 해결하려고 설계 단계에서 웨브를 파내는 방식이 도입되었다.

스캘럽은 응력 측면에서도 필요하다. 용접 액세스홀은 용접된 구간을 부분적으로 풀어 주어 열응력을 줄이고, T형 단면을 만드는 용접을 피하게 한다. 냉각 조건도 좋아져 용접 열이 한곳에 머무르지 않는다. 결과적으로 접합부의 구속도가 낮아지고 잔류응력이 감소한다.

용접선 교차 회피 는 품질과 구조 성능을 함께 지키는 설계 원칙이다. 스캘럽의 형태는 보가 휨을 받을 때 접합부의 회전 거동에도 영향을 주므로, 구조 해석과 시공 조건을 함께 맞춰야 한다. 시공 측면에서는 용접 작업 공간을 확보하고 검사를 가능하게 하는 효과도 크다.

따라서 스캘럽의 필요성은 세 가지로 정리된다. 첫째는 용접선 교차에 따른 과도한 용접 금속 중첩을 막는 것이다. 둘째는 열응력과 잔류응력을 줄여 균열 위험을 낮추는 것이다. 셋째는 플랜지 전폭 용접과 용접 검사를 가능하게 하는 것이다.

4. 구성요소·원리·절차

스캘럽(Scallop)은 두 부재가 직교하여 용접될 때 용접선 교차를 피하도록 한쪽 부재에 둥글게 도려낸 홈이다. 보의 플랜지와 웨브가 만나는 부분에서 주로 쓰며, 용접선이 서로 겹치지 않게 해 용접을 연속으로 시공하게 한다. 구성요소는 홈의 형상, 반경, 절단면 처리, 설치 위치 네 가지로 나눠 본다.

표의 값은 상세도에 명시해야 한다. 반경을 정하면 가공 도면과 현장 용접 계획이 같은 값을 따른다.

원리는 두 가지다. 첫째, 직교하는 용접선이 만나면 용접 금속이 겹쳐 입열이 한 곳에 집중된다. 이때 잔류응력과 균열 위험이 커진다. 둘째, 스캘럽을 두면 교차 구간이 비워져 용접선이 끊기지 않고 이어진다. 웹 쪽 용접 열이 플랜지 용접부를 덜 구속하므로 열응력이 분산되고 냉각 조건도 좋아진다. 웹 일부를 잘라내는 웰드 액세스 홀(Weld access hole)도 같은 원리를 쓴다.

스캘럽 형상은 부재의 응력 집중에도 영향을 준다. 모서리가 날카로우면 응력이 한 점에 몰리므로 원호형으로 완만하게 만든다. 절단면을 그대로 두면 노치가 되어 피로 강도와 취성 파괴 저항이 떨어진다. 그래서 절단 후 그라인딩으로 노치와 거칠기를 없앤다.

절차는 다음과 같다.

• 도면에서 플랜지와 웨브 용접선이 교차하는 위치를 확인한다.
• 스캘럽의 형상과 반경을 시공상세도에 표시한다.
• 가스 또는 플라즈마로 홈을 절단한다.
• 절단면을 그라인딩하여 노치와 거칠기를 제거한다.
• 절단면을 검사한 뒤 용접을 연속으로 시공한다.

5. 관련 법령·기준·표준

스캘럽의 형상과 치수를 직접 규정하는 법령 조항은 없다. 건축 구조물에서는 강구조 설계기준과 제작 상세도가 기준이 된다. 강구조 부재 설계는 KDS 14 31 10(강구조 부재 설계기준, 하중저항계수설계법, 2017년 판)을 따른다. 용접 접합부의 강도와 시공 품질은 설계기준과 구조 시방서의 용접 규정에 따른다. 발주처 시방서가 따로 있으면 그 값을 우선한다.

표의 값은 설계 조건에 따라 달라진다. 설계자는 상세도에 반경과 가공 방법을 명기하고, 제작 공장과 현장이 같은 기준을 쓰도록 한다. 구조 계산에서 접합부 조건이 바뀌면 스캘럽 형상도 함께 검토한다.

국내 기준에서 스캘럽은 용접 접합부 상세의 한 요소로 다뤄진다. 용접 방법이나 용접사 자격과 달리 독립된 시험 항목은 아니다. 따라서 답안에서는 형상, 반경, 가공 방법, 응력 집중 저감을 함께 쓴다.