부재설계
옹벽 부재 배근 — 안정검토를 통과한 다음에 할 일
옹벽 안정검토에서 활동·전도·지지력을 다뤘습니다. 그건 옹벽이 통째로 움직이는지를 본 것입니다.
통과했다고 끝이 아닙니다. 이제 옹벽 각 부재가 자기가 받는 힘에 견디는지를 봐야 합니다. 안정검토와 부재설계는 다른 검토입니다.
세 개의 캔틸레버
역T형 옹벽은 서로 다른 방향으로 뻗은 캔틸레버 세 개로 분해됩니다.
┃ ← 벽체(줄기): 토압을 받는 수직 캔틸레버
┃ 고정단 = 저판 상면
┃
┌────╂────────────┐
│앞굽 ┃ 뒷굽 │
└────┸────────────┘
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 지반반력
앞굽: 지반반력이 위로 미는 수평 캔틸레버 (고정단 = 벽체 앞면)
뒷굽: 위의 흙 무게가 아래로 누르는 수평 캔틸레버 (고정단 = 벽체 뒷면)각각 고정단 위치와 하중 방향이 다릅니다. 셋을 따로 계산합니다.
계산 — 안정검토 예제를 이어받아
안정검토 편의 치수를 그대로 씁니다.
H = 5.0 m, 저판 4.5 m (앞굽 0.8 / 줄기 0.4 / 뒷굽 3.3)
저판 두께 0.5 m, 줄기 높이 4.5 m
γ = 19 kN/m³, φ = 30°(Ka = 0.333), q = 10 kPa벽체 (줄기)
고정단은 저판 상면, 캔틸레버 길이는 줄기 높이 4.5m입니다.
줄기가 받는 토압 (높이 4.5 m 구간)
흙 자중분 ½ × 0.333 × 19 × 4.5² = 64.1 kN/m, 작용점 4.5/3 = 1.50 m
상재분 0.333 × 10 × 4.5 = 15.0 kN/m, 작용점 4.5/2 = 2.25 m
고정단 모멘트
M = 64.1 × 1.50 + 15.0 × 2.25 = 96.2 + 33.8 = 130 kN·m/m
전단력
V = 64.1 + 15.0 = 79 kN/m인장면이 어디인가 — 토압이 흙 쪽에서 밀므로 벽체는 앞으로 휘고, 뒷면(흙 쪽)이 인장입니다.
d = 400 − 80(피복) − 10 = 310 mm
Rn = 130×10⁶ / (0.85 × 1,000 × 310²) = 1.59 MPa
ρ ≈ 0.00417
As = 0.00417 × 1,000 × 310 = 1,293 mm²/m
→ D16 @ 150 (1,324 mm²/m) 또는 D19 @ 200 (1,433 mm²/m)이 철근이 벽체 뒷면에 들어갑니다. 배근도를 볼 때 헷갈리기 쉬운 지점입니다.
뒷굽 — 가장 불리한 부재
뒷굽 위에는 흙 3.3m 폭 × 4.5m 높이가 얹혀 있습니다.
뒷굽 위 하중 (아래로)
흙 3.3 × 4.5 × 19 = 282.2 kN/m
상재 3.3 × 10 = 33.0 kN/m
저판 자중 3.3 × 0.5 × 24 = 39.6 kN/m
합계 354.8 kN/m → 등분포 107.5 kN/m²
지반반력 (위로) — 안정검토에서 q는 뒷굽 쪽이 작았음
개략 평균 40 kPa 수준으로 보면
순 하중 ≈ 107.5 − 40 = 67.5 kN/m² (아래 방향)
고정단 모멘트 M = 67.5 × 3.3² / 2 = 368 kN·m/m368 kN·m — 벽체(130)의 2.8배입니다.
여기가 옹벽 배근의 핵심입니다. 사람들은 “옹벽은 벽체가 주인공”이라고 생각하지만, 실제로 가장 큰 단면력을 받는 것은 뒷굽인 경우가 많습니다. 뒷굽이 길수록(안정검토에서 활동·전도를 이기려고 길게 뽑을수록) 더 심해집니다.
d = 500 − 80 − 10 = 410 mm
Rn = 368×10⁶ / (0.85 × 1,000 × 410²) = 2.58 MPa
ρ ≈ 0.00694
As ≈ 2,845 mm²/m → D22 @ 125 (3,097 mm²/m)인장면은 뒷굽 상면입니다(위에서 누르는 캔틸레버이므로). 저판 상부철근이 주철근이 됩니다.
안정검토와 부재설계의 트레이드오프가 여기서 드러납니다.
뒷굽을 길게 → 안정(활동·전도)에 유리 → 뒷굽 단면력 급증(L²)
뒷굽을 짧게 → 뒷굽 배근은 가벼움 → 안정이 불리해져 다른 대책 필요안정검토 편에서 활동 때문에 저판을 3.0→4.5m로 키웠는데, 그 대가가 여기서 청구됩니다.
앞굽
앞굽 0.8 m, 지반반력이 위로 (안정검토의 qmax 쪽, 개략 130 kPa)
자중 공제 후 순 상향 ≈ 118 kN/m²
M = 118 × 0.8² / 2 = 38 kN·m/m작습니다. 앞굽은 짧아서 대개 최소철근·구조 최소 배근으로 결정됩니다. 인장면은 앞굽 하면(아래에서 밀어 올리므로) — 저판 하부철근입니다.
배근 정리 — 인장면이 셋 다 다릅니다
┃▓ ← 벽체 뒷면 (주철근)
┃
┌────╂▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓┐ ← 뒷굽 상면 (주철근, 가장 큼)
│▓▓▓▓┸────────────┘
↑ 앞굽 하면 (주철근)| 부재 | 인장면 | 주철근 위치 | 예제 M |
|---|---|---|---|
| 벽체 | 흙 쪽(뒷면) | 벽체 뒷면 수직근 | 130 |
| 뒷굽 | 상면 | 저판 상부근 | 368 |
| 앞굽 | 하면 | 저판 하부근 | 38 |
저판은 상부와 하부에 각각 다른 주철근이 들어갑니다. 뒷굽 상부근과 앞굽 하부근이 벽체 위치에서 만나므로, 그 접합부의 정착이 중요합니다.
벽체-저판 접합부 — 옹벽의 급소
벽체 주철근(뒷면)은 저판 안으로 내려가 정착되어야 합니다.
┃▓ 벽체 뒷면 주철근
┃▓
───┸─╂──────
╰──▶ 저판 안에서 정착 (갈고리 또는 직선)여기가 실무 사고의 단골입니다.
· 저판 두께가 얇으면 [정착길이]가 안 나옴 → 갈고리·확대머리
· 벽체 철근을 저판 타설 시 미리 심어두는데(다월),
위치가 틀리면 벽체 배근이 통째로 어긋남
· 시공이음이 이 위치에 생김 → [전단마찰] 검토 대상
([시공이음 위치 선정]에서 다룬 이음면 처리가 그대로 적용)세 번째가 중요합니다. 저판을 먼저 치고 벽체를 나중에 치는 것이 일반적이므로, 벽체 하단은 반드시 시공이음입니다. 그리고 그 위치가 벽체 최대 모멘트·최대 전단 위치입니다. 이음면 처리(레이턴스 제거·거칠게)가 구조 성능에 직결됩니다.
수축·온도철근 — 옹벽 균열의 주범
옹벽에서 실제로 가장 자주 보는 균열은 휨 균열이 아닙니다.
벽체에 수직으로 난 균열들 (일정 간격)
→ 수축·온도에 의한 균열
→ 저판이 먼저 굳어 벽체 수축을 구속하기 때문온도하중과 매스콘크리트에서 다룬 외부 구속 문제입니다. 저판이 벽체의 수축을 막고, 막힌 수축이 인장이 되어 갈라집니다.
대책
· 수평철근을 충분히 (균열 분산 — 굵게 적게보다 가늘게 촘촘히)
· 신축·수축 줄눈: 일정 간격마다
· 균열유발줄눈: 갈라질 위치를 지정
· 타설 구획 분할 (한 번에 긴 구간을 치지 않음)벽체 수평철근은 “남는 철근”이 아니라 균열 제어의 주역입니다. 최소 규정은 하한이고, 긴 옹벽일수록 여유를 둡니다.
배수 — 배근보다 중요할 수도
안정검토 편에서 배수가 깨지면 수평력이 85% 늘어난다고 했습니다. 부재 설계 관점에서도 같습니다 — 계산의 전제가 무너지면 배근이 아무 의미가 없습니다.
배수 상세 (구조도면에 명기할 것)
· 배수구멍(weep hole): 간격·직경·필터
· 뒷채움 배수재: 투수성 재료 또는 배수판
· 유공관: 저판 뒤쪽 하단
· 뒷채움 재료 규정: 세립분 많은 흙 금지이 상세들이 “토목 시공 항목”으로 밀려나면 안 됩니다. 구조 계산이 무배수를 전제하므로 배수는 구조 도면 항목입니다.
실무에서 자주 틀리는 지점
안정검토만 하고 부재 배근을 관행으로 처리하는 경우
가장 흔합니다. 뒷굽이 벽체보다 몇 배 큰 단면력을 받는데, 표준도 배근을 그대로 쓰면 뒷굽이 부족해집니다.
인장면을 반대로 잡는 경우
벽체는 뒷면, 뒷굽은 상면, 앞굽은 하면. 하나라도 뒤집히면 그 부재는 무근이나 마찬가지입니다. 배근 상세도에서 반드시 확인할 항목입니다.
벽체 다월(dowel) 위치를 현장 재량으로 두는 경우
저판 타설 시 심는 벽체 철근의 위치·간격이 곧 벽체 배근입니다. 위치가 어긋나면 피복 부족이나 유효깊이 감소로 이어집니다.
벽체 하단 시공이음면 처리를 생략하는 경우
최대 모멘트·최대 전단 위치의 이음면입니다. 전단마찰 검토와 이음면 거칠기 확보가 필요합니다.
수평철근을 최소로 깎는 경우
옹벽 균열의 주된 원인은 수축 구속입니다. 수평철근이 그 균열을 분산시키는 철근입니다.
배수 상세를 시방서로만 넘기는 경우
계산의 전제입니다. 도면에 그려야 시공되고 검사됩니다.
자주 묻는 질문
부벽식 옹벽은 배근이 어떻게 다른가요?
높이가 커지면(대략 6~8m 이상) 캔틸레버 벽체의 단면력이 급증해 부벽(counterfort)을 둡니다. 그러면 벽체가 캔틸레버가 아니라 부벽 사이의 연속 슬래브로 거동해 수평 방향 휨이 주가 되고, 부벽 자체는 T형 캔틸레버 보가 됩니다. 배근 사고방식이 완전히 바뀝니다.
뒷굽 계산에서 지반반력을 빼는 게 맞나요?
뒷굽은 위에서 흙이 누르고 아래에서 지반이 미는 양쪽을 받습니다. 순 하중으로 계산하는 것이 원칙이며, 안전측으로 지반반력을 무시(흙 무게만 고려)하는 방법도 실무에서 쓰입니다 — 지반반력 분포 자체가 불확실하기 때문입니다.
옹벽에도 전단 검토가 필요한가요?
필요합니다. 특히 벽체 하단과 뒷굽 고정단의 전단이 큽니다. 다만 옹벽은 두께가 커서 대개 콘크리트만으로 만족하며, 전단철근(스터럽)을 넣는 경우는 드뭅니다. 부족하면 두께를 키우는 것이 기초와 같은 방식입니다.
저판 두께는 어떻게 정하나요?
뒷굽 휨이 지배하는 경우가 많습니다. 예제에서 500mm로 D22@125가 나왔는데, 두께를 키우면 철근이 급격히 줄어듭니다. 전단 검토와 시공성(철근 조립 공간)을 함께 봅니다.
L형 옹벽(앞굽 없음)은 왜 쓰나요?
부지 경계 때문에 앞굽을 낼 수 없을 때 씁니다. 앞굽이 없으면 전도에 불리해져 뒷굽을 더 길게 하거나 전단키를 씁니다. 부재 설계 관점에서는 검토 대상이 벽체와 뒷굽 둘로 줄어듭니다.
정리
- 안정검토와 부재설계는 다른 검토입니다. 통과했다고 끝이 아닙니다.
- 옹벽은 캔틸레버 셋으로 분해됩니다 — 벽체(수직), 뒷굽·앞굽(수평).
- 뒷굽이 가장 불리합니다. 예제에서 368 kN·m로 벽체(130)의 2.8배였습니다. 안정을 위해 뒷굽을 늘린 대가가 여기서 청구됩니다.
- 인장면이 셋 다 다릅니다 — 벽체 뒷면, 뒷굽 상면, 앞굽 하면. 뒤집으면 무근입니다.
- 벽체-저판 접합부가 급소입니다. 정착·다월 위치·시공이음면 처리 세 가지.
- 실제 옹벽 균열의 주범은 휨이 아니라 수축 구속입니다. 수평철근과 줄눈이 대책입니다.
- 배수는 구조 도면 항목입니다. 계산의 전제가 거기 있습니다.
안정 3검토는 옹벽 안정검토, 캔틸레버 휨 계산은 RC 보 휨설계, 이음면 처리는 시공이음 위치 선정, 수축 구속 균열은 온도하중과 매스콘크리트 수화열에 정리해 두었습니다.