실무
시공이음 위치 선정 — 전단력이 작은 곳은 어디인가
레미콘 발주 글에서 “이어치기 위치를 전단력이 작은 곳으로 잡는다”고 한 줄 쓰고 넘어갔습니다. 전단력이 작은 곳이 정확히 어디인지, 왜 거기인지는 설명하지 않았습니다.
이 글에서는 시공이음과 콜드조인트의 차이, 부재별 이음 위치, 이음면 검토와 처리 방법을 정리합니다.
시공이음과 콜드조인트는 다릅니다
같은 말처럼 쓰이지만 하나는 계획이고 하나는 사고입니다.
시공이음 (Construction Joint)
└─ 계획된 이음. 위치·처리방법·철근배치를 설계에서 정함
콜드조인트 (Cold Joint)
└─ 계획에 없던 이음. 먼저 친 콘크리트가 굳은 뒤 이어쳐서
일체화되지 않은 면| 구분 | 시공이음 | 콜드조인트 |
|---|---|---|
| 발생 | 계획 | 사고 |
| 위치 | 설계가 지정 | 타설이 끊긴 곳 |
| 이음면 처리 | 사전 계획 | 없음 |
| 구조적 취급 | 검토된 단면 | 결함 |
콜드조인트는 어디에 생길지 모릅니다. 하필 전단력이 최대인 지점에 생기면, 그 단면은 검토된 적이 없는 단면이 됩니다.
시공이음을 계획한다는 것은 이음이 생길 위치를 우리가 고르겠다는 뜻입니다.
위치 선정의 두 가지 원칙
기준이 요구하는 것은 두 줄로 요약됩니다.
1. 전단력이 작은 위치에 둘 것
2. 이음면은 압축력을 받는 방향과 직각일 것왜 전단인가. 이음면은 콘크리트가 연속되지 않은 면입니다. 압축력은 면끼리 눌러서 전달되니 상대적으로 안전하고, 인장력은 이음면을 관통하는 철근이 받습니다. 철근은 이음면에서 끊기지 않으니까요.
남는 것이 전단입니다. 전단은 콘크리트의 부착과 골재 맞물림에 의존하는데, 이음면에는 그 둘이 온전하지 않습니다.
부재별 이음 위치
보와 슬래브 — 스팬 중앙부
등분포하중을 받는 단순보의 전단력 분포입니다.
V (kN)
160 ┤●
│ ●
│ ●
│ ●
0 ┼────────────●──────────── ← 스팬 중앙
│ ●
│ ●
│ ●
-160 ┤ ●
└────┬─────┬─────┬─────┬───
0.0L 0.25L 0.5L 0.75L Lwu = 40 kN/m, L = 8 m 기준으로 위치별 전단력을 뽑으면 이렇습니다.
| 위치 | Vu | 지점부 대비 |
|---|---|---|
| 0.0L (지점) | 160 kN | 100% |
| 0.1L | 128 kN | 80% |
| 0.25L | 80 kN | 50% |
| 0.4L | 32 kN | 20% |
| 0.5L (중앙) | 0 kN | 0% |
전단력이 지점부의 20% 이하로 떨어지는 0.4L ~ 0.6L 구간이 이음 위치입니다. 실무에서 “중앙부 1/3”이라 부르는 구간이 여기입니다.
여기서 걸리는 게 하나 있습니다. 스팬 중앙은 정모멘트가 최대인 지점이기도 합니다. 그런데도 이음이 성립합니다. 휨 인장은 하부 주철근이 받고 그 철근은 이음면을 관통해 연속이며, 압축측은 이음면이 서로 눌리므로 전달됩니다. 휨이 최대여도 전단이 작으면 이음이 성립합니다.
다만 중앙부 전단력이 정확히 0은 아닙니다. 위 그래프는 전 스팬에 하중이 재하된 경우이고, 활하중을 반스팬만 재하하면 중앙에도 전단력이 생깁니다.
계수활하중 wL = 16 kN/m, 반스팬 재하 시
중앙부 Vu ≈ wL · L / 8 = 16 × 8 / 8 = 16 kN작지만 0은 아닙니다. 하중조합과 부분재하를 어떻게 잡느냐에 따라 달라집니다.
기둥 — 보 하면과 기초 상면
│ 슬래브 │
─────┼───────────┼─────
│ 보 │ ✕ 접합부 안에 두면 안 됨
═════╧═══════════╧═════ ○ 보 하면 (시공이음)
│ │
│ │
│ 기둥 │
│ │
═════╪═══════════╪═════ ○ 기초 상면 (시공이음)
│ 기초 │기둥-보 접합부는 지진 시 전단이 집중되고 소성힌지가 형성되는 곳입니다. 여기에 이음면을 만들면 가장 불리한 위치에 결함면을 두는 셈입니다.
헌치가 있으면 헌치까지 보와 함께 칩니다. 헌치 하단이 기둥 타설의 끝입니다.
벽체 — 수직이음은 개구부 부근
수평이음은 슬래브 상면·하면에 둡니다. 수직이음은 개구부 부근이 유리합니다.
개구부 모서리는 어차피 응력이 집중되어 균열이 모이는 곳입니다. 이음을 거기에 두면 이음면이 개구부에 흡수되어, 벽 한가운데 이음선이 노출되지 않습니다.
캔틸레버 — 이음을 두지 않습니다
V
●─────────────
●
●
●
●
고정단 자유단
(최대)캔틸레버는 전 구간이 부모멘트 구간이고, 상부 인장철근이 이음면을 지나게 됩니다. 전단력이 작아지는 자유단 쪽은 정작 이을 이유가 없는 위치입니다.
이음 없이 한 번에 칩니다. 캔틸레버 물량은 대개 크지 않으니 계획으로 해결되는 문제입니다.
이음면은 전단마찰로 검토합니다
이음면의 전단 전달은 전단마찰(shear friction)로 봅니다.
Vn = μ · Avf · fy
Avf : 이음면을 가로지르는 철근 단면적
μ : 마찰계수마찰계수는 이음면 상태로 정해집니다.
| 이음면 조건 | μ |
|---|---|
| 일체로 친 콘크리트 | 1.4λ |
| 굳은 콘크리트 + 표면을 거칠게 처리 | 1.0λ |
| 굳은 콘크리트 + 거칠게 처리하지 않음 | 0.6λ |
| 구조용 강재에 정착된 콘크리트 | 0.7λ |
λ는 경량콘크리트계수로, 보통중량콘크리트는 1.0입니다.
여기서 실무 결론이 하나 나옵니다. 표면을 거칠게 처리하느냐 마느냐로 계수가 1.67배 갈립니다. 치핑 한 번의 값입니다.
계산 예제 — 보 400×600, 스팬 중앙 이음
보 400 × 600, fck = 24 MPa, 주철근 SD400
이음면 관통 철근: 상부 D22 4본 + 하부 D22 4본
Avf = 8 × 387 = 3,096 mm²
Ac = 400 × 600 = 240,000 mm²거칠게 처리한 경우 (μ = 1.0):
Vn = 1.0 × 3,096 × 400 = 1,238,400 N = 1,238 kN
상한값 검토
0.2 fck Ac = 0.2 × 24 × 240,000 = 1,152 kN ← 지배
(3.3 + 0.08 fck) Ac = 5.22 × 240,000 = 1,253 kN
11 Ac = 11 × 240,000 = 2,640 kN
Vn = 1,152 kN φVn = 0.75 × 1,152 = 864 kN거칠게 처리하지 않은 경우 (μ = 0.6):
Vn = 0.6 × 3,096 × 400 = 743,040 N = 743 kN
상한값 min(0.2 fck Ac, 5.5 Ac) = min(1,152, 1,320) = 1,152 kN
Vn = 743 kN φVn = 0.75 × 743 = 557 kN| 이음면 처리 | μ | φVn | 앞 예제 Vu(0.4L) = 32 kN 대비 |
|---|---|---|---|
| 거칠게 처리 | 1.0 | 864 kN | 27배 |
| 미처리 | 0.6 | 557 kN | 17배 |
전단마찰 강도가 이렇게 여유 있게 나오는 이유는 이음면을 관통하는 주철근이 이미 충분하기 때문입니다. 보의 중앙부 시공이음은 계산상 거의 문제가 되지 않습니다.
그렇다고 표면 처리를 생략해도 된다는 뜻은 아닙니다. 위 계산은 이음면이 청소되고 밀착되었다는 전제 위에 서 있습니다. 레이턴스가 남아 있으면 μ 값을 따지기 전에 접촉 자체가 성립하지 않습니다.
계산이 빠듯해지는 쪽은 다른 경우입니다. 옹벽이나 지하외벽처럼 이음면 면적은 큰데 관통 철근이 적은 부재, 그리고 계획에 없던 위치에서 끊긴 콜드조인트입니다.
이어치기 허용시간 — 숫자가 두 개입니다
콘크리트 시간 규정은 두 종류이고 값이 다릅니다. 여기서 혼동이 자주 생깁니다.
| 구분 | 25°C 초과 | 25°C 이하 |
|---|---|---|
| 비비기 시작 ~ 타설 완료 | 1.5 시간 | 2.0 시간 |
| 이어치기 허용 시간간격 | 2.0 시간 | 2.5 시간 |
앞의 것은 레미콘 한 차량의 수명입니다. 뒤의 것은 아래층과 위층 사이의 간격입니다. 대상이 다릅니다.
레미콘 발주 글에서 30 m³/h 타설의 배차 간격이 12분으로 나왔습니다. 허용 2시간에 비하면 여유로워 보입니다. 하지만 그건 순조로울 때 이야기입니다. 펌프카 고장, 차량 지연, 진입로 정체 하나면 2시간은 금방입니다. 여유가 있는 게 아니라, 여유가 있어야 하는 것입니다.
그리고 이 시간은 이어치는 두 층 사이의 간격이지 전체 타설 시간이 아닙니다. 7.9시간 걸리는 타설이라도 각 층 간격이 허용시간 이내면 콜드조인트는 생기지 않습니다.
이음면 처리 — 순서가 있습니다
1. 레이턴스·품은 물·불량 콘크리트 제거
2. 표면을 거칠게 처리 (요철 약 6mm)
3. 충분히 습윤 — 단, 고인 물은 제거
4. 이어치기그린컷은 타설 후 응결 전에 고압수와 브러시로 표면 몰탈을 씻어내는 방법입니다. 굳은 뒤 치핑하는 것보다 손이 덜 가고 골재가 드러나 μ = 1.0 조건을 만족시키기 쉽습니다. 타이밍을 놓치면 굳어버려 치핑밖에 답이 없습니다.
3번의 “고인 물 제거”가 자주 무시됩니다. 습윤시키는 목적은 굳은 콘크리트가 새 콘크리트의 배합수를 뺏어가지 않게 하려는 것입니다. 물이 고여 있으면 그 부분의 물시멘트비가 올라가 이음면이 오히려 약해집니다. 표면건조내부포화(SSD) 상태가 목표입니다.
수밀성이 필요한 부재 — 지하외벽, 수조, 옹벽 — 는 이음면에 지수판을 넣습니다. 전단 때문이 아니라 누수 때문입니다. 이음면은 구조적으로 성립해도 물길은 됩니다.
실무에서 자주 틀리는 지점
시공이음과 콜드조인트를 같은 말로 쓰는 경우
회의에서 “여기 콜드조인트 두시죠”라고 하면 뜻이 반대로 전달됩니다. 계획해서 두는 것은 시공이음입니다. 용어가 섞이면 이음면 처리 지시도 같이 흐려집니다.
두 개의 시간 규정을 혼동하는 경우
“25도 넘으면 1.5시간”만 기억하고 이어치기 간격에 적용하면 불필요하게 촘촘한 배차를 요구하게 됩니다. 반대로 2.5시간을 더운 날에 적용하면 콜드조인트가 생깁니다.
기둥 이음을 보 하면 위로 올리는 경우
거푸집 형편상 몇 십 mm 올려서 치는 경우가 있습니다. 접합부 안에 이음면이 들어가면 지진 시 가장 불리한 위치에 결함면을 만드는 것입니다.
도면에 이음 위치를 표기하지 않는 경우
표기하지 않으면 현장이 정합니다. 현장은 거푸집과 인력을 기준으로 정하지 전단력을 기준으로 정하지 않습니다. 결과가 좋을 수도 있지만 그건 우연입니다.
이음면 처리를 시방서에만 쓰는 경우
시방서의 “거칠게 처리한다”와 설계의 μ = 1.0 가정은 같은 것을 가리킵니다. 그런데 현장에서 실제로 확인되는 것은 도면입니다. 이음 상세도에 요철 깊이를 명기하는 편이 낫습니다.
자주 묻는 질문
시공이음과 신축이음은 뭐가 다른가요?
목적이 반대입니다. 시공이음은 타설을 나누기 위한 것이고 이음면 양쪽이 일체로 거동합니다. 철근도 관통합니다. 신축이음(익스팬션 조인트)은 온도변화와 건조수축에 의한 변형을 흡수하려고 구조를 의도적으로 끊는 것이고, 철근도 끊고 간격재를 넣습니다.
콜드조인트가 이미 생겼으면 어떻게 하나요?
생긴 위치의 전단력부터 확인합니다. 지점부 근처라면 그 단면을 전단마찰로 재검토해야 합니다. 표면 처리 없이 이어친 면이므로 μ = 0.6조차 보장된다고 보기 어렵습니다. 부족하면 보강이 필요합니다. 위치·시간·표면 상태를 사진과 함께 기록해 두는 것이 먼저입니다.
지수판은 시공이음마다 넣어야 하나요?
아닙니다. 수밀성이 요구되는 부재에만 넣습니다. 일반 건축물의 보·슬래브 시공이음에는 넣지 않습니다.
슬래브 시공이음은 어느 방향으로 두나요?
지지 방향을 기준으로 판단합니다. 1방향 슬래브는 주철근 방향 스팬의 중앙부에, 주철근과 직각으로 둡니다. 2방향 슬래브는 양방향 모두 중앙부에 해당하는 구간을 고릅니다. 이음선이 지점부를 지나가지 않게 하는 것이 요점입니다.
이음면에 다웰바를 추가해야 하나요?
보 중앙부 이음처럼 주철근이 충분히 관통하는 경우에는 필요 없습니다. 관통 철근이 부족하거나, 전단력이 큰 위치를 어쩔 수 없이 이어야 할 때 전단키나 다웰바로 보완합니다. 검토는 앞의 전단마찰식에서 Avf를 늘리는 것으로 시작합니다.
정리
- 시공이음은 계획이고 콜드조인트는 사고입니다. 용어부터 구분하세요.
- 위치 원칙은 두 줄입니다. 전단력이 작은 곳, 압축력 방향과 직각.
- 보·슬래브는 스팬 중앙부 1/3 구간. 전단력이 지점부의 20% 이하로 떨어지는 구간입니다.
- 기둥은 보 하면과 기초 상면. 접합부 안에는 두지 않습니다. 캔틸레버는 한 번에 칩니다.
- 이음면은 전단마찰로 검토합니다. 거칠게 처리하면 μ가 0.6에서 1.0으로 올라갑니다.
- 시간 규정은 두 개입니다. 비비기~타설 완료(1.5/2.0h)와 이어치기 간격(2.0/2.5h)은 다른 숫자입니다.
배차 계획과 타설 시간은 콘크리트 물량 산출과 레미콘 발주에, 이음면을 관통하는 철근의 정착은 철근 정착길이 계산에, 철근 자체의 이음 위치 선정은 철근 이음길이(겹침이음)에 정리해 두었습니다. 이음면 주변 균열은 콘크리트 균열 원인과 허용 균열폭에서 다뤘습니다.