배력철근과 온도철근

왜 배우는가: 슬래브와 벽체처럼 면적이 넓은 콘크리트 부재는 건조수축과 온도 변화로 균열이 쉽게 생긴다. 실무에서는 배력철근과 온도철근의 배치 누락이 균열 원인으로 자주 지적되며, 이 때문에 시험에서도 1교시 용어 문제로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제136회 1교시 11번, 제109회 1교시 1번, 제91회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

배력철근은 하중을 분포시키고 수축·온도 균열을 제어하는 보조철근이다. 온도철근은 온도 변화에 따른 콘크리트 수축으로 생긴 균열을 최소화하기 위해 배치하는 철근이다.

핵심 키워드

• 배력철근
• 온도철근
• 수축·온도철근
• 건조수축
• 온도균열
• 하중 분포
• 균열 제어
• 주철근 직각 방향

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면, 콘크리트는 굳으면서 줄어들고 온도에 따라 늘었다 줄었다 한다. 이 변형을 철근이 붙잡지 않으면 표면에 가늘고 긴 균열이 한 곳에 몰려 생긴다. 배력철근과 온도철근은 이 변형을 여러 곳에 나눠 작은 균열로 분산시키는 역할을 한다.

정식 정의에서 배력철근은 하중을 분포시키거나 온도 변화나 건조수축에 의한 균열을 제어할 목적으로 주철근과 직각에 가까운 방향으로 배치한 보조철근이다. 온도철근은 온도 변화에 따른 콘크리트 수축으로 생긴 균열을 최소화하기 위한 철근이다. 두 철근은 배치 방향과 목적이 같아 실무에서 흔히 수축·온도철근으로 묶어 부른다.

배력철근의 핵심은 하중을 넓게 퍼뜨리는 데 있다. 주철근이 집중 하중을 받는 줄을 따라 힘을 전달하면, 배력철근은 그 힘을 주철근과 직각 방향으로 나누어 전달한다. 그래서 주철근이 설계하중에 의해 단면적이 정해지는 것과 달리, 배력철근은 주로 최소 철근량 규정으로 정해진다.

온도철근은 구조 해석상 설계하중을 받지 않아도 필요한 철근이다. 온도 변화와 건조수축으로 생기는 변형은 외력이 아니므로 해석에 잡히지 않는다. 이 변형을 억제하지 않으면 균열이 집중되므로, 최소 철근비 규정으로 양을 확보한다. 수축·온도철근의 최소 철근비는 설계기준항복강도 400MPa 이상 이형철근에서 관련 기준이 정한 값 이상이다.

건조수축은 콘크리트 속 수분이 증발하면서 체적이 줄어드는 현상이다. 시멘트 수화에 따라 내부 수분이 소비되며 생기는 자기수축과 구분된다. 구속된 상태에서 건조수축이 일어나면 인장응력이 생긴다.

온도균열은 시멘트 수화열로 부재 내부 온도가 올라가고, 외부는 대기온도를 유지할 때 생기는 온도차 때문에 발생한다. 내부 팽창과 외부 수축이 맞물리면서 표면 쪽에 인장응력이 집중된다.

3. 등장 배경과 필요성

철근콘크리트는 콘크리트의 인장강도가 낮으므로 인장 응력을 철근이 부담하도록 만든 구조다. 보에서는 주철근이 휨 인장을 맡는다. 그러나 주철근은 힘의 방향으로만 배치되므로, 힘이 걸리지 않는 방향의 수축 변형은 그대로 남는다. 슬래브처럼 면적이 넓은 부재에서는 이 문제가 특히 크다.

콘크리트는 굳는 과정에서 열을 낸다. 시멘트의 수화열이 부재 내부에 쌓이면 내부 온도가 상승하고, 표면은 대기온도에 가깝게 유지된다. 이 온도차로 온도응력이 생기고, 식으면서 생기는 수축응력이 더해진다. 두 응력이 콘크리트의 인장강도를 넘으면 균열이 생긴다. 이는 댐 같은 매스콘크리트에서 뚜렷하게 나타나지만, 일반 슬래브와 벽체에도 같은 원리가 적용된다.