철골 철근 콘크리트 구조

철골 골조의 주위에 철근을 배근하고 그 위에 거푸집을 짜서 콘크리트를 타설함으로써 만들어지는 건축물을 철골철근콘크리트(SRC : Steel framed Reinforced Concrete) 조라 부른다. SRC조는 일반적으로 통상의 RC조에 비해 강재의 비율이 많기 때문에 내진성이 뛰어나며, 강재가 콘크리트로 피복되어 있어 S조보다 내화적이라 할 수 있다. 이러한 이유에서 초고층건축물의 하층부 기둥에 사용되는 경우가 많다. SRC조는 지진이 많은 일본에서 독특하게 발전시킨 구법이다. 구조원리상, 다량으로 필요한 철근 대신에 철골을 넣은 것으로 고려할 수 있다. 극단적으로 RC조에 가까운 것에서부터 콘크리트 내화피복 두께가 대단히 두꺼운 것인 S조에 가까운 것에 이르기까지 종류가 다양하다. 구조설계에 있어서도 철골을 동등한 단면적을 가진 철근으로 보고 계산하는 철근콘크리트식과 철골 부분과 철근콘크리트 부분과의 허용 휨 모멘트의 합이 설계 모멘트를 상회하도록 설계하는 누가강도식의 2가지가 있으며, 최근에는 후자로 설계하는 경우가 많다. 다만 보의 경우는 콘크리트의 충전성 불량 등 SRC로 처리했을 경우의 장점보다는 단점이 많아 국내에서는 채용이 극히 제한적인 상황이다. SRC조에 사용되는 재료는 원칙적으로 RC조나 S조에 사용되는 것과 같으며, SRC조의 비중은 강재의 비율이 많을수록 통상의 철근콘크리트보다 0.1t/㎥ 정도 무겁다. 배근 중 콘크리트의 피복두께는 설계기준에서는 철골이 5cm 이상, 철근이 3cm 이상으로 정해져 있지만, 내화피복으로서의 실효성이나 주위에 철근을 배근했을 때의 콘크리트 충진성을 고려하여 철골에 대해서는 12~15cm 정도로 하는 것이 보통이다. 철골과 철근의 간격에 대해서도 콘크리트 충진성을 고려한 최저치가 정해져 있다. 기둥, 보 접합부에서의 철골과 철근의 관계를 나타내고 있는데 이 부분은 시공상 문제가 되는 경우가 생기기 쉬우므로 주의가 필요하다. 이외 RC조는 콘크리트를 타설 하여 구조체를 완성하지만, SRC조는 철골을 사용하는 관계상, 상당한 높이나 층수까지 미완성의 그대로 철골만 시공되는 경우가 많으므로 그 사이의 강풍이나 지진에 대해서도 충분한 배려가 필요하다. SRC조에서의 이음은 철골과 철근 양쪽이 고려되지만, 기본적인 생각은 S조나 RC조에서와 마찬가지로서 주의해야 한다. 철골보다 철근콘크리트 부분의 내력 분담이 큰 기둥의 경우는 기둥의 철골이 보보다 작은 경우가 많으며, 기둥 쪽의 보의 플랜지 상하단에 용접 접합하는 방법도 많이 사용된다. 철골의 기둥, 보 접합부는 응력의 전달 기구가 명쾌하여 기둥과 보의 응력 전달에 무리가 없을 것, 국부 변형이나 국부적인 응력집중이 생기지 않을 것, 주근의 배근을 무리 없게 할 수 있을 것, 콘크리트가 용이하게 타설될 수 있어 충진성이 좋을 것, 그리고 철골의 용접 공작이 용이할 것 등을 고려하여야 한다. 수평 스티프너 형식과 보플랜지 관통 형식은 응력 전달에는 뛰어나지만, 콘크리트 충진성에는 주의를 요한다. 역으로 연직 스티프너 형식은 콘크리트 충진성이 뛰어나지만, 응력 흐름에는 주의를 요한다. 삼각 수평 스티프너 형식은 스티프너를 작게 하여 응력 전달을 약간 희생하면서 콘크리트 충진성을 좋게 하려고 한 방식이다. 고대로부터 건축물의 주요 구조부를 벽돌이나 돌 등의 결합재인 모르타르로 한 장씩 접착시켜 쌓아 올리는 건축구조방식이 널리 사용되어 왔다. 또한, 이런 벽돌이나 돌을 미리 큰 판으로 제작하여 구성하는 방법과 함께 콘크리트 블록이나 패널(panel)도 출현하게 되었다. 벽과 같은 정도의 두께로 한 실 정도의 폭과 한 층높이를 가진 것을 대형 패널이라고 한다. 또한 높이는 한 층높이지만 폭 방향이 1m 정도인 것 혹은 폭이 한 실 정도이지만 높이가 1m 정도인 것을 중형 패널이라고 한다. 이에 비해, 폭과 높이 모두 소구획한 것을 소형 패널 또는 블록이라고 한다. 이렇나 블록 모양의 부재를 쌓여 올려 만든 건축물을 일반적으로 조적조(masonry construction)라고 하며, 벽돌구조, 보강 블록 구조, 돌 구조 등으로 대별된다. 조적조는 풍압력이나 지진력과 같은 수평력에는 약한 구조이므로 유럽에서처럼 지진이 많지 않고, 연직하중만 처리하면 되는 경우에 적합하며, 지진을 고려하여야 하는 경우에는 철근으로 보강해야 한다. 대표적인 것으로 배근용 공동을 가지는 블록에 철근으로 보강하면서 쌓아 올린 보강 블록조, 일종의 거푸집 역하을 하는 블록을 사용한 거푸집 블록조 등이 있다. 또한 철근 보강이 없는 벽돌이나 돌 등에 의한 단순 조적조도 한정된 소규모의 건축물에서 사용되고 있다. 조적조는 기둥이 없는 일종의 벽식구조이다. 조적조의 주요 구성 부재로는 상부의 하중을 기초로 전달하여 기둥이나 내진 벽의 역할을 하는 내력벽과 분산된 벽체를 일체화시켜 하중을 분산시키는 테두리보, 조적조 벽체의 기초로 사용되는 연속 기초 등이 있다. 조적조에서의 내력벽이란 상층의 벽, 지붕, 바닥 등의 연직하중과 건물에 가해지는 풍압력, 지진 등의 수평력에 저항하도록 만든 벽체이다. 내력벽에 관해서는 벽돌이나 블록을 조적 해서 만드는 만큼 일체적으로 만들어지는 벽식 철근콘크리트조보다 더 자세한 규정이 있다. 말하자면, 층수 등에 따라 벽두께나 벽의 배근 요령 등이 결정되어 있는 것은 벽식 철근콘크리트조와 같지만 그 외에도 구조적인 제한이 있다. 이러한 규정은 조적조가 수평력이나 인장력에 매우 취약하기 때문에 실효성 있는 내력벽을 평균적으로 분산 배치하기 위해서 만들어진 것이다. 또한, 개구부 상부에는 인방을 설치하여 상부의 하중을 좌·우벽으로 안전하게 전달시키도록 하여야 한다.