2방향 슬래브의 요건과 배근

핵심 정리

2방향 슬래브는 하중을 두 방향으로 나누어 네 변의 보에 전달하는 철근콘크리트 판 구조다. 콘크리트 슬래브는 건축에서 구조물의 바닥이나 천장을 구성하는 판 형상의 구조 부재를 말하며, 2방향 슬래브는 그 가운데 네 변이 보에 지지되고 변장비가 2 이하인 슬래브다. 두 방향 모두에서 휨이 생기므로 한 방향만 휨을 받는 1방향 슬래브와는 배근 방식이 달라진다. 하중을 두 방향으로 분산하기 때문에 보의 춤을 줄이고 바닥 공간을 넓게 쓸 수 있다는 것이 이 구조의 의의다. 설계 방법은 요건에 따라 고른다. 직접설계법은 각 방향으로 3경간 이상 연속된 슬래브에 적용한다. 여기에 기둥 배치 조건이 더해진다. 직접설계법에서 연속 기둥 중심선의 어긋남은 그 방향 경간의 10% 이하이어야 한다. 두 요건 가운데 하나라도 벗어나면 직접설계법을 쓸 수 없으므로 다른 해석법을 검토해야 한다. 배근은 주근 방향을 정하는 데서 출발한다. 2방향 슬래브에서 주근은 단변방향 철근이다. 배근 순서도 같은 방향에서 시작하는데, 2방향 슬래브에서는 단변방향의 하부 주근을 가장 먼저 배근한다. 그 위에 장변방향 철근을 올리는 순서가 되므로 배근 순서가 곧 철근의 층 순서가 된다. 굽힘 철근의 위치도 단변 기준으로 정한다. 굽힘 철근은 단변방향 길이의 1/4 지점에서 절곡시킨다. 절곡된 철근은 지지부의 부모멘트 영역으로 이어져 연속성을 확보하는 역할을 한다. 해석 방법은 여러 가지다. 중력하중에 저항하는 슬래브 시스템은 유한요소법, 직접설계법 또는 등가골조법으로 설계할 수 있다. 다만 횡하중이 함께 작용하는 골조에서는 해석 범위가 골조 전체로 넓어지는 것이 실무상의 한계다. 설계에서는 요건 확인이 계산보다 먼저다. 직접설계법을 쓸 수 있는지 판단하는 단계에서 경간 수와 기둥 배치를 보고, 그다음에 배근 순서와 절곡 위치를 정하는 순서로 진행한다.

자세히

배근 순서와 주근 방향

주근 방향을 먼저 정하는 이유는 배근 순서와 직결되기 때문이다. 단변방향 하부 주근부터 배근하는 것은 하중을 가장 짧은 경로로 보에 전달하는 철근을 가장 아래층에 두기 위함이다. 그 위에 장변방향 철근이 놓이므로 배근 순서가 곧 철근의 층 순서가 된다. 같은 하부 주근이라도 정모멘트에 저항하는 철근과 지지부 쪽의 부모멘트에 저항하는 철근은 역할이 다르다. 두 철근의 차이는 아래 표로 구분해 두면 편하다.

상부 철근과 하부 주근을 주근 방향 문제와 섞어 기억하면 혼동하기 쉽다. 방향(단변·장변)과 위치(상부·하부)를 따로 떼어 확인하는 습관이 필요하다.

기둥 배치와 주열대

직접설계법에서 기둥 중심선의 어긋남을 경간 대비로 제한하는 이유는 모멘트를 주열대와 중간대로 나누어 분배하는 방식이 기둥 격자의 규칙성을 전제로 하기 때문이다. 기둥이 격자에서 많이 벗어나면 이 분배 결과를 그대로 믿을 수 없다. 주열대는 슬래브 네 변을 단변의 1/4로 등분했을 때 외측 1/4 지점에 있는 띠 형태를 말한다. 주열대 바깥의 띠는 중간대라고 부른다. 두 띠는 모멘트를 나누어 받는 영역이므로 어느 띠에 어떤 모멘트가 집중되는지를 구분해 두어야 한다.

굽힘 철근 절곡과 연속성

절곡 위치의 숫자보다 기준 길이가 더 중요하다. 1/4이라는 비율을 장변방향 길이에 적용하면 틀린다. 기준은 언제나 단변방향 길이다. 굽힘 철근을 단변방향 길이 기준으로 절곡해야 부모멘트 영역에 필요한 철근이 놓이므로, 절곡 위치 문제는 방향과 기준 길이를 함께 묻는 형태로 나온다.