기둥 부등축소

기둥 부등축소의 정의

기둥 부등축소는 같은 높이에서 기둥마다 축소량이 달라지는 현상이다.

기둥은 위층 하중을 받아 콘크리트가 압축되며 길이가 줄어든다.

이 줄어듦은 한 번에 끝나지 않고 시간이 지나며 계속된다.

원인은 탄성 축소, 크리프, 건조수축, 온도 변화의 네 가지다.

원인별 특징

네 요인 중 탄성 축소와 크리프가 축소량의 대부분을 차지한다.

건조수축은 부재 치수와 재령에 따라 변하며 코어 벽체에서 느리게 진행된다.

부등축소의 원리는 기둥별 응력이 다르다는 데 있다.

축소량 계산식

기둥 응력은 축력 P를 단면적 A로 나눈 값으로 구한다.

탄성 축소량은 축력과 기둥 길이에 비례하고, 탄성계수와 단면적에 반비례한다.

장기 축소는 탄성 축소에 크리프와 건조수축을 더해 본다.

크리프 항은 응력이 큰 기둥에서 커져 기둥 간 차이를 키운다.

탄성 축소 계산 예제

가상의 기둥으로 탄성 축소량을 직접 계산해 본다.

축력 6,000kN, 길이 4m, 단면적 0.25㎡, 탄성계수 30,000MPa를 대입한다.

계산하면 탄성 축소량은 3.2mm다.

이 값은 탄성 성분만 본 것이다. 실제 설계는 크리프와 건조수축을 더한다.

설계와 시공의 보정

보정은 설계 단계와 시공 단계로 나뉜다. 사전 보정은 축소량을 예측해 기둥 길이에 반영한다.

시공 중 보정은 실측 결과로 층별 높이를 조정해 예측 오차를 줄인다.

보정 설계의 목표는 층 높이를 설계대로 맞추고 외장재의 변형과 균열을 막는 것이다.

계측 되먹임이 핵심이다. 예측과 실측이 다르면 해석을 다시 돌려 보정량을 고친다.

이 되먹임이 없으면 누적 오차가 상부로 갈수록 커진다.

국내 사례와 보강

해운대 아이파크는 축소량을 예측해 설계에 반영하는 보정 설계를 적용했다.

삼성 타워팰리스도 수직부재의 변위 차를 고려한 보정이 필요하다고 기록되어 있다.

기존 기둥을 보강한 서울 GTX-A 삼성역 사례는 보강 시점이 중요함을 보여 준다.

두께 22mm 강판은 지하 5층 공사 완료 직후 당초 설계강도의 123%였다.

지하 2층 공사 완료 시에는 105%로 낮아졌다. 상부 공사 뒤 보강하면 강판이 더 두꺼워진다.

정리와 시험 포인트

정리하면 기둥 부등축소는 같은 층에서 기둥마다 축소량이 달라지는 현상이다.

원인은 네 가지이고, 문제점은 외장재 변형과 배관 손상으로 나타난다.

대책은 설계 단계에서 축소량을 예측해 기둥 길이에 반영하고, 시공 단계에서 계측해 보정하는 것이다.

시험에서는 원인과 대책을 설계와 시공으로 나누어 쓴다.