철근 콘크리트, 순살 아파트의 공학적 문제점
"철근 없으면 어떻게 되나요 ?", "철근 없으면 왜 무너지나요 ?", "순살 OO 붕괴"
철근과 콘크리트는 각자의 특성으로 인해 서로 보완적인 조합을 이룹니다. 철근은 압축에 약하고 인장에 강하며, 콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약합니다. 따라서 이 두 재료를 조합하면, 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도를 조화시킬 수 있습니다. 이러한 조합은 구조물의 강도와 내구성을 향상시키는데 중요한 역할을 합니다.
1. 철근-콘크리트 조합의 이유 및 철근콘크리트 작용 원리
- 철근과 콘크리트는 각자의 특성으로 인해 서로 보완적인 조합을 이룹니다. 철근은 압축에 약하고 인장에 강하며, 콘크리트는 압축에 강하고 인장에 약합니다. 따라서 이 두 재료를 조합하면, 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도를 조화시킬 수 있습니다. 이러한 조합은 구조물의 강도와 내구성을 향상시키는데 중요한 역할을 합니다.
- 콘크리트의 압축 강도는 매우 높지만 인장 강도는 낮습니다. 반면, 철근은 인장 강도가 매우 높지만 압축 강도는 상대적으로 낮습니다. 철근과 콘크리트를 조합함으로써 각 재료의 장점을 살려 구조물이 다양한 하중에도 효과적으로 저항할 수 있습니다.
- 철근이 들어있을 경우와 들어있지 않을 경우에 대하여, 아래 그림에서 간단하며 상세하게 그 원리를 알 수 있음.
- 윗 쪽의 압축력은 콘크리트가 버틸 수 있고, 아래쪽의 인장력은 철근이 버텨줄 수 있음
2. 철근 콘크리트의 장점
철근 콘크리트 구조물은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다:
- 강도와 내구성이 뛰어나다.
- 변형이 적고 구조적 안정성이 높다.
- 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도를 조화시켜 하중에 대한 효과적인 저항이 가능하다.
- 다양한 형태의 구조물을 설계할 수 있다.
- 비교적 경제적인 재료를 사용하여 건축 비용을 절감할 수 있다.
가장 핵심적인 장점은 철근과 콘크리트의 열팽창 계수가 같다는 것임
열팽창 계수가 같아서, 철근과 콘크리트가 서로 부착되어 하나의 구조물로 유지될 수 있음
: 계절에 상관없이 구조물이 유지될 수 있어, 반영구적인 건축구조물을 제작하는 데에 혁신적인 재료임.
3. 철근 콘크리트의 구조적 특성 : 철근/콘크리트 없을 경우
철근 콘크리트 구조물은 철근과 콘크리트가 조합되어 특별한 구조적 특성을 갖습니다:
- 철근은 콘크리트의 인장 강도를 보완하고, 콘크리트는 철근의 압축 강도를 보완합니다.
- 두 재료가 협력하여 구조물이 하나의 단단한 체계로 작용합니다.
- 철근은 콘크리트에 묻혀 있어 부식을 방지하고, 콘크리트로 감싸져 있어 철근의 내구성을 향상시킵니다.
- 철근 콘크리트는 고온이나 화재 상황에서도 비교적 높은 내화성을 가집니다.
- 구조물의 크기와 형태를 다양하게 조정하여 다양한 건축물을 구현할 수 있습니다.
철근이 없을 경우
a. 아래 사진과 같이, 아래 U 자로 내려 앉아 붕괴되는 현상이 일어남 : 보의 하부에 인장력을 버텨주는 철근이 부족함.
b. 주로 가로로 놓은 보에서 아래로 내려 앉는 형태의 붕괴가 일어나기 쉬움.
c. 세로로 놓인 형태의 기둥에는 상대적으로 영향이 적음.
콘크리트가 적을 경우 (철근이 과다할 경우)
a. 압축력을 버티지 못함
b. 철근과 콘크리트 간의 부착력이 떨어져, 균열 발생이 매우 쉬움
c. 콘크리트의 탈락으로 인하여 철근콘크리트 전체 구조물 자체의 손상이 쉽게 이루어짐.
4. 철근 콘크리트의 설계와 사용
철근 콘크리트 구조물의 설계는 정확한 계산과 신중한 고려가 필요합니다. 콘크리트와 철근의 특성을 고려하여 적절한 재료의 선택과 적정한 비율로 혼합해야 합니다. 또한, 구조물이 견딜 하중과 환경에 맞도록 적절한 설계가 이루어져야 합니다.
철근 콘크리트는 건축물의 다양한 부분에 사용됩니다. 주로 건축물의 기둥, 보, 슬래브, 지붕 등의 종류에 따라 적절한 철근 콘크리트 구조물이 설계되며, 다양한 형태의 건축물을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 주거용 건물의 경우는 층간 슬래브와 기둥에 철근 콘크리트가 사용되며, 상업용 빌딩에서는 큰 스팬을 갖는 보와 기둥에 철근 콘크리트가 많이 사용됩니다.
철근 콘크리트는 건축물 외에도 다리, 터널, 댐 등의 다양한 인프라 구조물에도 널리 사용됩니다. 이러한 구조물들은 대량의 하중과 외부 환경 요인에 노출되기 때문에 철근 콘크리트의 강도와 내구성이 더욱 중요해집니다. 따라서 철근 콘크리트 구조물의 설계는 전문가들의 지식과 노하우를 필요로 합니다.
철근 콘크리트는 현대 건축에 있어서 핵심적인 재료로 자리잡고 있으며, 건축물의 안전성과 내구성을 확보하는 데에 큰 역할을 합니다. 더불어 경제성과 생산성 측면에서도 우수한 재료로 인정받고 있습니다. 또한, 철근 콘크리트는 건축물의 지속가능성을 높이는데에도 기여하며, 친환경적인 재료로서의 가치를 가지고 있습니다.
- 우리나라 최초의 철근콘크리트 건물 : 1910년 11월 준공, 부산세관 본청사
- 1912년 1월 준공된 한국은행 본점은 현재까지 남아 사적 280호로 지정되어 보존
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