스터드볼트

왜 배우는가: 스터드볼트는 철골 구조체와 데크플레이트·콘크리트를 일체화하는 전단연결재와 기계적 고정 부재로 쓰여 시공 품질이 구조 안전에 직결된다. 1교시 용어 문제와 4교시 시공·검사 논술에 반복해서 나오므로 정의와 검사 항목을 정확히 익혀야 한다.

출제 이력: 제134회 1교시 11번, 제122회 4교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

스터드볼트는 한쪽 끝을 모재에 용접 또는 고정해 콘크리트·데크플레이트와 강재를 일체화하는 원주형 볼트형 연결재이다.

• 스터드볼트(Stud Bolt)
• 스터드 용접(Stud Welding)
• 전단연결재(Shear Connector)
• 아크 스터드 용접(Arc Stud Welding)
• 용접 플럭스(Flux Ball)
• KS B 1037
• 데크플레이트 합성
• 머리 부분 외관검사

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 강재 위에 용접으로 박아 세운 짧은 볼트다. 강재 표면에 콘크리트나 데크플레이트를 붙일 때 두 재료가 미끄러지지 않도록 붙잡는 역할을 한다.

정식으로는 한쪽 끝을 모재에 용접하고 다른 쪽 끝을 나사 또는 머리 형태로 두어 부재에 정착시키는 고정 볼트를 말한다. 철골공사에서는 합성보의 전단연결재, 데크플레이트 고정, 철골 피복 및 설비 부착 등에 쓰인다.

스터드 용접은 스터드 선단과 모재 사이에 아크를 발생시켜 두 금속을 동시에 녹여 접합하는 방법이다. 아크를 발생시키는 방식에 따라 드로우드 아크 방식과 충격 방식 등으로 나뉜다. 드로우드 아크 스터드 용접은 선단에 플럭스 볼을 두어 용접 품질을 돕는다.

전단연결재는 강재와 콘크리트 사이의 수평 전단력을 전달하는 부재다. 스터드볼트는 이 기능을 가장 널리 수행하는 형식이다. 전단력 전달이 확보돼야 합성 거동이 성립한다.

3. 등장 배경과 필요성

철골 구조와 콘크리트를 함께 쓰는 합성구조가 보편화되면서 두 재료를 확실히 일체화할 연결 요소가 필요해졌다. 볼트 구멍을 뚫고 너트로 조이는 방식은 용접 부위 근처에서 시공이 어렵고 공정이 길었다.

스터드 용접은 한 번의 아크 작업으로 부재를 고정할 수 있어 현장 시공 속도를 높였다. 데크플레이트 위 바닥판 시공에도 적합해 건축 철골 공사에 널리 도입됐다.

다만 용접이 현장에서 이뤄지므로 모재 표면 상태, 용접 전류, 용접 시간에 따라 품질 편차가 생긴다. 그래서 시공 전 시험편 확인과 시공 후 외관·타격 검사가 필수가 된다.

4. 구성요소·원리·절차

스터드볼트(Stud Bolt)는 양 끝에 나사산이 있는 봉 형태의 볼트로, 한쪽 끝은 모재에 박히고 다른 쪽 끝에 너트를 체결해 부재를 고정한다. 철골공사에서는 스터드볼트 체결과 너트 조임이 핵심 작업이다. 구성요소별 역할은 아래 표와 같다.

스터드볼트의 원리는 너트 조임으로 발생하는 축력(볼트 장력)이 접합부의 마찰과 인장으로 하중을 전달하는 데 있다. 조임 축력이 충분해야 접합부의 미끄럼과 풀림을 막을 수 있다. 시공 절차는 다음과 같다.

• 설계도서에서 스터드볼트 규격(KS B 1037 스터드 볼트 기준)과 위치를 확인한다.
• 모재의 구멍 위치와 직경을 측정하고 먼지·기름·녹을 제거한다.
• 스터드를 설치 공구로 정위치에 체결하고 수직도를 확인한다.
• 너트를 손으로 조인 뒤 규정 토크 또는 회전각으로 본조임한다.
• 풀림 방지(이중너트, 분할핀, 록크 와이어 등)를 설치한다.
• 체결 후 나사산 돌출 상태를 확인하고 방청 도장을 실시한다.

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스터드볼트의 조임 품질은 축력 관리에 달려 있다. 축력이 부족하면 접합부가 미끄러지고, 과도하면 나사산이 손상되거나 스터드가 파단된다. 따라서 토크 관리와 회전각 관리를 병행하고, 조임 후 육안과 토크 점검으로 결과를 확인한다. 풀림이 우려되는 부위는 이중너트나 분할핀으로 추가 방지한다.

5. 관련 법령·기준·표준

스터드볼트의 규격과 검사는 항만시설장비 분야의 「항만시설장비검사기준」에 그 기준이 있다. 주요구조부분의 스터드볼트는 KS B 1037 규격 또는 동등 이상의 것을 사용하고, 자재증명서 또는 시편채취 검사로 규격 일치를 확인한다. 건축 철골공사에서는 설계도서와 시방서를 따르며, 아래 표는 확인된 기준값을 정리한 것이다.

건축 철골 현장에서는 스터드 용접 규격으로 ISO 13918(스터드 및 세라믹 페룰)과 ISO 14555(금속 재료의 아크 스터드 용접)가 널리 인용된다. 이 두 표준은 용접형 스터드의 기준이며, 볼트형 스터드볼트의 조임 기준과는 구분해 쓴다.

스터드 용접과 스터드볼트 조임은 서로 다른 공정이다. 전자는 모재에 스터드를 용접하는 공정이고, 후자는 볼트 체결로 접합하는 공정이다. 답안에서는 두 공정의 기준을 섞지 않도록 주의한다.