프리캐스트 콘크리트 구조

구조계획

건축물을 자중이나 적재하중 및 각종 외력에 안전하고 변형이 발생되지 않도록 계획하여 그 기능을 발휘하도록 하는 것을 구조 계획(Structural planning)이라 하며, 구조의 형식 및 각 부재의 크기를 결정하는 것을 구조설계(structural design)라 하고, 외력에 따라 각 부재에 대해 역학적으로 계산하는 것을 구조계산(structural analysis)이라 한다.

기둥, 보, 바닥판이 강접합(rigid frame)으로 구성되는 구조를 라멘 구조라 한다. 라멘 형식의 구조체는 바닥판, 보, 기둥, 벽 등으로 이루어진다. 경제적인 구조이기 때문에 벽체를 내진벽으로 하는 경우가 많다.

프리캐스트 콘크리트 구조

구법의 종류

벽이나 바닥의 부재를 공장에서 제작하여 현장에서는 조립하는 것만으로 완성하는 건축물을 프리캐스트 콘크리트(PC)조라 부른다. PC 조는 기후에 좌우되지 않은 생산, 현장 작업의 안정, 노무량의 삭감 등의 이점이 있다. PC 조에는 패널 형식의 바닥이나 벽을 프리캐스트화한 벽식 PC 조와 기둥 보 벽판, 바닥판, 가새 등을 공장에서 제작하고, 현장에서 조립하여 만드는 프레임형 PC조 등이 있다. 그 외 ALC판을 내부 벽에 채용하거나 바닥에만 PC를 채용하는 방법도 있으며, 슬래브의 하부근 부분을 포함하여 전체 두께의 하부 부분만을 공장 제작하여 현장에서 상부 배근을 설치하고, 현장타설 콘크리트로 일체성을 확보하는 반 PC(Half PC) 구조도 있다.

부재 제조법의 개요

PC 조의 주요한 부재는 공장에서 생산된다. 바닥이나 벽 등의 패널을 생산하는 거푸집 설치 방식에는 수평으로 설치, 타설하는 플랫 방식과 연직으로 늘여 설치, 타설 하는 배터리 방식의 2종류로 대별된다. 후자가 설치 효율, 평활도 등의 점에서 뛰어나지만(전자의 한 면은 거푸집면, 다른 한 면은 흙손 고르기 면인데 대해서 후자는 양면 모두 거푸집 면이다.) 설비비 등은 후자 쪽이 높다.

PC 공장은 이러한 거푸집 외에 증기양생 설비만 갖추면 될 정도로 극히 간단하다. 한편 운반은 트럭이나 트레일러에 의한 경우가 대부분이지만, 중량이 커지면 운반에 어려움이 생긴다. 따라서 대규모의 건축 현장에서는 부지 혹은 그 주변에 임시로 PC공장을 설치하여 부재를 제작하는 방식을 취하는 경우도 많다. 이와 같은 방식을 사이트 프리패브라 부른다. PC판의 양중에는 크레인을 사용한다. PC판은 구조재로써 사용될 때보다 양중이나 운반 시에 최대 응력이 생기는 경우가 많으므로 판의 설계 시 충분히 잘 검토하여야 한다.

벽식 프리캐스트 철근콘크리트조

기본적인 생각은 현장타설과 같지만, 부재가 공장에서 생산되므로 다음과 같은 이점이 있으므로 벽 두께를 현장타설의 경우보다 다소 얇게 할 수가 있다.

1. 콘크리트의 밀실한 충진 

2. 콘크리트의 충분한 양생 

3. 콘크리트의 높은 강도 

4. 철근의 정확한 배치

접합부에 대해서는 공법상 철근과 철근을 접합하고 콘크리트 타설 하는 습식 조인트(wet joint)와 강판과 강판을 접합하는 조인트(dry joint)로 나눈다. 전자는 힘의 분산이 예측되어 좋지만 접합 개소가 많게 되어 시공의 양부에 좌우되기 쉬운 문제점이 있고, 후자는 시공의 신뢰성이 높고 접합 개소는 줄어들지만, 응력이 집중하는 문제점이 있으므로 적절한 배려가 필요하다. 

프리스트레스트 콘크리트조

설계하중에 의한 응력의 전부 또는 일부가 제거되도록 미리 계획적으로 가한 응력을 프리스트레스라 부르며, 기둥이나 보 등의 주요한 부분에 프리스트레스를 도입한 건축물을 프리스트레스트 콘크리트(PSC : Prestressed concrete) 구조라 부른다. 프리스트레스트 구조 중에서 설계하중에 의한 응력을 전부 삭제하여 부재 단면에 인장 응력이 전혀 생기지 않게 한 것을 완전 프리스트레스(full prestress), 부재 단면의 일부에 인장 응력이 생기는 것을 부분 프리스트레스(partial prestress)라 부른다. 

(밑에 빨간색칠 부분이 가장 중요한 부분이니까 꼭 알아두셔야 합니다. 시험에도 자주 나오는 문제지요.) 

 

프리스트레스트 콘크리트는 프리스트레스를 주는 시기에 따라 프리텐션(Pretension) 방식과 포스트텐션(Post tension)방식의 2가지가 있다. 프리텐션 방식은 인장측에 인장력을 준 PC 강재를 배치하여 콘크리트를 타설 하며, 경화 후에 PC 강재의 인장력을 풀면 압축 응력이 가해지는 것으로 공장에서 제작된다. 포스트텐션은 인장측에 집어넣는 PC 강재를 배치하여 콘크리트를 타설 하고, 경화 후에 PC 강재에 인장력을 주어 콘크리트에 압축 응력을 생기게 하는 것으로 현장 시공이 가능하다.

또 건조수축이나 크리프가 크면, 프리스트레스가 시간의 경과와 함께 감소하게 되므로 팽창성 시멘트가 사용되는 경우도 있다.

PSC조에는 보통의 철근 콘크리트용 봉강과 PC강재가 사용된다. PC 강재는 프리스트레스를 가해야 하기 때문에 높은 인장강도가 필요하다. 종류로서는 PC 강봉, PC 강선, PC 강 묶은 선(스트랜드)이 있으며, 이들은 일반 강재에 비해 2배 이상의 강도를 갖고 있다. 

프리텐션 공법에서 PC 강재는 부착에 의해 콘크리트와 일체가 되지만, 포스트텐션 공법에 있어서는 프리스트레스를 가하고 있는 PC 강재를 콘크리트에 정착시키는 기구가 필요하며, 이것을 정착구라 부른다. 

정착구는 미리 콘크리트나 보강근 등과 일체가 되도록 PC 강재를 나사식, 쐐기식 등의 방법으로 긴결한다.

PSC 부재 서로의 접합부에 주입하는 줄눈용 그라우트재, 포스트텐션 공법에서 콘크리트 속에 PC 강재를 배치하기 위한 중공의 시스, 그리고 콘크리트와 PC 강재와의 부착을 위해 시스 내에 주입하는 그라우트재 등이 사용된다.