콘크리트, 철근콘크리트, 철골 구조

콘크리트 구조

콘크리트는 시멘트, 모래, 작은 자갈(골재), 물을 섞은 것입니다. 처음에는 걸쭉한 반죽이지만 시간이 지나면 돌처럼 굳습니다.

힘에는 두 종류가 중요합니다. 압축은 누르는 힘이고, 인장은 당기는 힘입니다. 콘크리트는 압축에는 아주 강하고 인장에는 약합니다. 당기는 힘은 누르는 힘의 약 10분의 1밖에 견디지 못합니다.

그래서 무근콘크리트(철근이 없는 콘크리트)는 주로 누르는 힘을 받는 곳에 씁니다. 기초, 두꺼운 벽, 중력식 댐, 수로 라이닝, 단단한 땅 위의 농로 바닥판, 작은 체크 댐 등이 그 예입니다.

무근콘크리트는 휘면 갈라집니다. 그래서 두껍고 짧게 만들고, 길고 얇은 보로는 쓰지 않습니다.

철근콘크리트 구조(RCC)

보가 휘면 아랫면은 늘어나고 윗면은 눌립니다. 늘어나는 쪽 가까이에 철근(rebar)을 넣습니다. 철근은 당기는 힘에 강합니다. 콘크리트는 철근을 제자리에 붙잡고, 누르는 힘을 나눠 받고, 철근이 녹슬지 않게 지켜 줍니다.

왜 이것이 잘 될까요? 콘크리트가 철근을 꽉 붙잡고, 더울 때나 추울 때 둘이 늘고 주는 정도가 거의 같기 때문입니다. 그래서 하나의 몸처럼 움직입니다.

철근 둘레에는 콘크리트 층이 필요하며 이를 피복(cover)이라고 합니다. 피복은 물과 공기를 막아 철근이 녹슬지 않게 합니다. 보통 피복은 약 2~5 cm이고 물탱크는 더 두껍게 합니다.

농장에서 RCC는 물탱크, 사일로, 다리, 암거, 수로 수문, 낙차공, 축사 바닥, 보와 슬래브로 된 건물에 씁니다.

철골 구조

철골 구조는 앵글, 채널, H형강 같은 압연 강재를 볼트, 리벳, 용접으로 이어 만듭니다. 강철은 누르는 힘과 당기는 힘 모두에 강합니다.

장점은 무게에 비해 튼튼하고, 빨리 지을 수 있고, 긴 간격을 건널 수 있고, 오래된 부재를 다시 쓸 수 있다는 점입니다. 단점은 페인트나 아연 도금을 하지 않으면 녹슬고, 뜨거운 불에서 강도를 잃고, 길고 가는 부재는 눌릴 때 옆으로 휘어 버린다(좌굴)는 점입니다.

트러스는 막대를 삼각형으로 이은 것입니다. 삼각형은 모양이 변하지 않으므로 틀이 단단하게 유지됩니다. 농장에서는 온실과 축사의 틀, 곡물 사일로, 물탱크 탑, 스프링클러 배관 받침, 문 등에 씁니다.

세 가지 중에서 고르기

• 주로 누르는 힘, 무겁고 오래 쓰는 곳: 무근콘크리트.
• 휨, 물의 압력, 튼튼하고 오래가야 하며 나중에 옮기지 않는 곳: RCC.
• 긴 간격, 가벼운 무게, 빠른 공사, 옮기거나 늘릴 수도 있는 곳: 철골.

비용, 근처에서 구할 수 있는 재료, 아래 땅의 성질, 얼마나 오래 써야 하는지도 함께 생각하세요.

해 보기: 비스킷 실험

마른 비스킷을 한 개 준비하세요. 두 손바닥 사이에서 납작하게 눌러 보세요. 부수기 어렵습니다. 이번에는 양 끝을 잡고 휘어 보세요. 조금만 휘어도 똑 부러집니다. 비스킷은 콘크리트와 같아서 눌릴 때는 괜찮고 휠 때는 약합니다. 이제 아래쪽에 가는 막대를 눌러 넣은 진흙판을 말린 뒤 휘어 보세요. 더 오래 버팁니다. 막대가 철근 역할을 한 것입니다.

핵심 공식과 정의

• 압축 = 누름; 인장 = 당김
• 무근콘크리트: 압축에 강하고 인장에 약함
• RCC = 콘크리트 + 당겨지는 부분의 철근
• 피복 = 철근을 둘러싼 콘크리트 층 (녹 방지)
• 강철: 둘 다 강함; 강도에 비해 가벼움; 녹슬고 좌굴함

풀이 예제

자주 하는 실수

• 콘크리트가 모든 면에서 강하다고 생각하는 것. 콘크리트는 누르는 힘에만 강합니다.
• 단순 지지보에서 철근을 가운데나 위쪽에 넣는 것. 철근은 늘어나는 아래쪽 가까이에 있어야 합니다.
• 피복이 너무 얇아서 철근이 녹슬고 콘크리트가 터지는 것.
• 강철은 절대 망가지지 않는다고 믿는 것. 가는 강철은 좌굴하고, 녹슬고, 불에 강도를 잃습니다.