전단철근의 형태와 전단강도

핵심 정리

전단철근은 전단력을 받는 부재의 복부에 배치되어 사인장 응력에 저항하는 철근이다. 복부보강근 또는 사인장철근이라고도 하며, 보의 주철근을 둘러싸고 직각 또는 경사지게 배치한 스터럽과, 정철근 또는 부철근을 구부려 올리거나 구부려 내린 굽힘철근이 대표적인 형태다. 굽힘철근은 전단철근의 일종이고, 철근 끝을 구부린 갈고리와는 목적이 다르다. 따라서 형태를 판단할 때는 재료 이름보다 주철근에 대해 어떤 방향과 각도로 놓였는지를 먼저 본다.

형태의 요건은 배치각과 조합이다. 주인장철근에 45° 각도로 구부린 굽힘철근은 전단철근으로 쓰이는 옳은 형태다. 스터럽과 굽힘철근을 조합한 형태도 철근콘크리트 부재의 전단철근으로 쓰인다. 부재축에 직각으로 배치한 용접철망 역시 전단철근으로 쓰인다. 여러 형태를 가를 때 기준이 되는 것은 재료 이름보다 배치 조건이다.

부재의 전단강도는 식으로 계산한다. 부재축에 직각인 전단철근의 전단강도는 A_v f_yt d / s로 계산하며 0.2(1-f_ck/250)f_ck b_w d 이하로 한다. 이 식에서 강도는 항복강도와 간격 s에 따라 달라지며, 그 크기에는 상한이 있다.

효과는 균열 억제다. 복근보는 인장측과 압축측에 모두 길이 방향 철근을 배근한 보이며, 그 복부 전단보강근은 전단력에 의한 경사 균열을 억제한다. 인장부에서 철근을 절단하면 보의 연성과 전단강도가 줄어들므로, 절단은 조건을 만족할 때만 허용된다.

자세히

전단철근의 형태와 배치각

형태 쟁점은 굽힘철근, 스터럽, 용접철망의 세 가지 배치를 어떤 기준으로 보는지에 따라 갈린다. 굽힘철근의 기준선은 주인장철근이고, 스터럽의 기준선은 부재축이다. 두 기준선이 다르므로 같은 각도 숫자라도 어느 축을 기준으로 잰 것인지 먼저 확인해야 한다.

경사 스터럽은 각도 기준이 따로 있다. 전단철근으로서 경사 스터럽은 부재축에 대해 45° 이상으로 설치하여야 한다. 스터럽은 보의 주철근을 둘러싸는 보강철근이므로, 경사 스터럽도 주철근과의 관계 속에서 배치 각도를 정한다.

용접철망은 배치 방향을 기준으로 본다. 부재축에 직각으로 놓인 용접철망은 전단철근으로 인정되며, 이 형태는 뒤의 항복강도 상한과 함께 확인하는 것이 안전하다.

간격과 응력 위치

간격은 전단철근이 부담하는 전단강도의 크기에 따라 나뉜다. 전단철근에 의한 전단강도 Vs가 λ√fck/3·bw·d 이하이면 직각 전단철근의 간격은 d/2 이하이고 600mm 이하로 한다. 이 조건은 강도가 작은 구간에 적용되는 간격 한도라는 점을 기억하면 된다.

부재축에 직각으로 배치된 철근콘크리트 부재의 전단철근 간격은 d/2 이하 또한 600mm 이하로 한다. 간격을 좁힐수록 전단강도가 커지므로, 전단철근 간격 s가 작을수록 Vs는 커진다. 두 조건은 한 식에서 함께 쓰이므로 간격을 바꾸면 강도도 함께 바뀐다.

위치에 따라서도 전단력이 달라진다. 보의 단부로 갈수록 전단력이 커지므로 전단보강철근의 간격을 좁게 배근한다. 등분포하중을 받는 캔틸레버 보의 전단응력은 자유단보다 고정단 위치에서 크다. 같은 부재라도 응력이 큰 위치에 간격을 좁게 두는 것이 원칙이다.

설계기준 항복강도와 Vs

강도 쟁점은 재료 상한과 항복강도 비례 관계로 정리된다. 벽체의 전단철근 또는 용접 이형철망의 설계기준 항복강도는 600MPa 이하로 한다. 이 상한은 식에 넣는 항복강도를 고를 때 먼저 확인하는 조건이다.