표피철근(skin reinforcement, surface reinforcement) : 측면의 휨 균열 억제를 위한 보강

안녕하세요! 오늘은 표피철근의 주요 역할과 배치하는 방법에 대해서 포스팅하려고 합니다. 표피철근은 영문으로 Skin reinforcement 또는 Surface reinforcement로 표현하며, 말 그대로 보 부재의 양쪽 측면 표면에 가깝게 배치되는 철근을 말합니다. 아래의 그림을 참고하면 쉽게 이해가 될 것입니다.

보의 표피철근 / 콘크리트구조 설계기준 해설 (한국콘크리트학회)

[표피철근 배근의 목적]

표피철근을 배근하는 목적은 균열과 관련있습니다. 보 부재의 깊이가 깊어지면(깊은보) 인장영역의 균열보다 보 중간높이(복부)의 위치에서의 균열이 더 커지는 경향이 실험을 통해 확인 되었습니다. 이러한 균열은 미관상 좋지 않을 뿐더라 보의 내구성을 떨어지게하는 원인될 수 있기 때문에 적절한 균열 제어를 해야합니다. 그 균열을 제어하는 방법이 바로 표피철근을 배근하는 것입니다. 

표피철근이 없는 깊은 보의 측면 균열

 

[표피철근을 적용해야하는 부재]

보 또는 장선의 깊이가 900mm를 초과하는 부재에 대해서 인장연단부터 깊이 절반(h/2)까지 균일하게 배치해야합니다. 즉, 복부의 균열이 커지는 현상은 깊은 보에서 주로 발생하기 때문에 표피철근을 배치해야하는 깊이를 규정하고 있습니다. 

 

[표피철근의 간격]

표피철근의 간격은 인장연단에 배치되는 철근의 중심간격과 동일한 규정을 적용합니다.

이전 포스팅에서 해당 내용을 다룬적이 있습니다. 아래의 링크를 참고해 주세요!

철근콘크리트의 균열 제한 : 철근의 간격과 균열은 밀접한 관계

 

그래도 다시 한번 수식을 살펴보면 다음과 같습니다.

표피철근의 간격

 

[표피철근의 직경]

관련 규정이 없으므로 D10~D16의 철근을 사용하면 됩니다. 2003년도 기준에는 철근의 양과 간격을 규정했으나 2007년도 규정부터는 표피철근의 크기보다는 간격이 주된 균열제어의 요인이라는 연구결과를 반영하여 표피철근의 간격만 기준에서 제시하고 있으며 지름이 10mm~16mm인 철근을 사용하면 충분하다고 해설에서 설명하고 있습니다.

 

위와 같은 규정을 적용하여 설계에서는 일반적으로 표피철근을 D10@150으로 배근합니다. 이것은 철근의 강도가 400MPa를 사용했을 때 보수적으로 배근하는 방법이며 만약 물량의 감소가 필요하다면 표피철근에 작용하는 응력과 최소피복두께, 노출환경의 변수를 모두 계산식에 정확하게 적용하면 150mm간격보다 여유로운 간격이 나올것입니다.

 

[표피철근을 인장 저항요소로 포함시켜서 휨 부재를 설계를 해도 될까?]

표피철근을 주인장철근과 함께 인장저항요소에 포함시켜서 부재의 휨설계를 진행 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 표피철근이 배근된 휨 부재는 휨강도가 더 커지게 됩니다. 하지만 표피철근을 포함하여 설계를 할 경우 계산량이 많아지기 때문에 간략하게 표피철근을 무시하고 설계하는 경우도 많습니다.

 

[관련 예제]

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표피철근 소요간격 산정 예제

 

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표피철근 소요간격 문제풀이

 

오늘은 표피철근에 대해서 글을 작성해 보았습니다. 보의 깊이가 900mm를 초과하는 깊은 보에 대해서는 표피철근을 배치해야하며 배치간격은 인장철근의 중심간격과 동일한 기준을 적용합니다. 또한 사용해야하는 철근의 지름은 규정되어 있지 않습니다. 해당 내용을 잘 기억하시고 설계에서 휨균열을 제어하기 위한 표피철근을 적절히 적용하셨으면 좋겠습니다. 또한, 휨설계 시 표피철근 또한 인장저항요소로 포함시켜서 설계할 수 있다는 점도 기억하셨으면 좋겠습니다. 오늘도 글을 읽어 주셔서 감사합니다. 😊