철근의 용접 이음에 대하여
1. 문제 상황
기둥 철근 조립 시, 전도 방지 등을 위해 사보강 철근을 용접으로 연결하여 시공
2. 문제점
1) 용접 철근
우선 용접용 철근에 대한 이해가 필요합니다.
용접용 철근은 철근의 롤링마크 기준으로 끝에 "W" 자를 표시합니다.
일반적인 철근과 다른점은, 용접용 철근은 일반용과 다르게 '인'과 '황' 외에도 탄소와 규소, 망간, 질소, 탄소당량 등을 추가로 규정하고 있으며, 이를 통해 용접 시에도 인장강도 등 기계적 성질이 저하되지 않도록 보강된 제품을 뜻합니다.
2) 구조설계기준
철근의 이음과 관련한 가장 최신의 규정은 [KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준]에 나와 있습니다.
[KDS 14 20 52 콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준]
4.5.1 이음 일반
(3) 용접이음과 기계적이음은 다음 강도 규정에 따라야 한다.
① 용접이음은 용접용 철근을 사용해야 하며, 철근의 설계기준항복강도 fy의 125% 이상을 발휘할 수 있는 용접이어야 한다.
② 기계적이음은 철근의 설계기준항복강도 fy의 125% 이상을 발휘할 수 있는 기계적 이음이어야 한다.
③ 상기 ① 또는 ②의 요구 조건을 만족하지 않는 용접이음이나 기계적 이음은 4.5.2(5)를 만족하여야 하며, D16 이하의 철근에만 허용된다.
현장에서 확인할 수 있는 가장 확실한 사항은 롤링마크를 통한 '용접용' 철근 여부의 확인과,
D16 이상의 철근에 용접이음이 시공되었는지 여부의 확인입니다
(예외규정인 4.5.2(5)는 D16 이하의 철근에 대해서만 허용하는 예외 규정입니다.)
상기 설계기준에서와 같이, 철근 용접을 실시하는 경우
철근 용접부에서 열응력이 발생하며, 그로 인해 연성능력이 저하되므로 철근이 항복할 때, 해당부위에서 취성파괴가 발생할 확률이 높아지게 되며, 이를 방지하기 위하여 엄격한 제한을 하고 있는 것입니다.
3) 내진설계기준
내진설계 대상 건축물의 경우에는 한가지 규정이 더 존재합니다.
[KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준]
9.3.2 철근의 이음 및 정착
(1) 보와 기둥의 소성힌지구간에서는 겹침이음과 용접이음이 허용되지 않는다.
소성 힌지 구간은 일반적으로 보/기둥의 중앙부와 단부를 뜻합니다. (건축구조별로 약간씩 상이하지만, 대체로 그렇습니다.)
4) 건진법상 벌점 부과
건설기술진흥법의 벌점기준을 보면, 철근의 조립과 관련해서 불량이 있는 경우 벌점을 부과한다는 기준이 있습니다,
건진법상 벌점은 향후 회사의 PQ와 관련성이 있기 때문에, 건설사에서 아주 중요한 점수 중 하나인데요.
아래 벌점 관리기준을 잘 숙지하시어, 철근 부적합 용접이음으로 인한 벌점이 나오지 않도록 점검하는 것도 중요한 체크포인트입니다.
건설기술진흥법 시행령 [별표 8] 건설공사 등의 벌점관리기준(제87조제5항 관련)
3. 안전대책
그렇다면, 안전하게 철근을 용접하여 이음 하는 방법은 무엇일까?
[KCS 14 20 11 철근공사]에서 우리는 해당 조건을 찾아볼 수 있습니다.
[KCS 14 20 11 철근공사]
3.1.3.4 용접 이음
(1) 철근을 용접할 때에는 용접시공에 앞서 용접작업계획서를 제출하여야 한다.
용접작업계획서에 포함되어야 하는 사항은 KCS 14 31 20 (1.2.2)에 따른다.
(2) 용접이음은 철근의 용접이음에 대하여 충분한 경험과 지식을 가진 용접사가 수행하여야 하며, 책임기술자 승인을 받아야 한다.
(3) 용접 이음은 철근에 묻은 기름, 먼지 및 기타 이물질을 청소하고 화염으로 건조한 후에 실시하고, 용접 후에 손상된 아연도금은 보수하여야 한다.
(4) 이음길이를 확보하기 위하여 콘크리트를 파쇄할 때는 철근의 손상을 최소화하고 직선 상태를 유지할 수 있는 방법으로 작업해야 한다.
(5) 철근의 용접부에 순간최대풍속 2.7 m/s 이상의 바람이 불 때는 철근을 용접할 수 없으며,
풍속을 2.7 m/s 이하로 저감 시킬 수 있는 방풍시설을 설치하는 경우에만 용접할 수 있다.
(6) 대기의 온도가 영하 18 °C 이하일 때에는 철근을 용접할 수 없으며, 대기의 온도가 영하 18°C보다는 높지만 0 °C 이하일 때는
용접을 시작할 때 철근의 온도가 21°C 이상이 되도록 철근을 예열하는 경우에만 용접할 수 있다.
(7) 예열이 필요한 경우 용접구간 끝에서 150 mm 씩 연장된 부위를 예열하여야 한다.
(8) 용접 겹침이음되는 철근 사이 간격은 일정하게 유지되어야 하며, 용접 루트간격의 상한 값은 용접작업계획서에 따른다.
(9) 콘크리트에 매립된 철근을 용접할 때는 용접열에 의해 콘크리트에 유해한 균열이나 손상이 발생되지 않도록 용접열을 차단하는 조치를 하여야 한다.
(10) 피복아크용접(SMAW)용 용접봉은 KS D 7006, 플럭스코어드아크용접(FCAW)용 용접봉은 KS D 7104에 적합해야 하며
용접되는 철근 강종에 적합한 강도를 가져야 한다. 용접재료의 품질관리는 KCS 14 31 20 (2.3, 3.3.1, 3.3.4(1))에 따른다.
(11) 용접은 아래보기자세나 수평자세 또는 수직자세로 실시하여야 하며 위보기 자세로 용접해서는 안 된다.
수직자세로 용접할 때에는 상향으로 용접을 진행하여야 한다.
(12) 용접작업의 일반사항은 KCS 14 31 20 (3.1.1)에 따르며, 피복아크용접(SMAW)은 KCS 14 31 20 (3.5),
플럭스코어드아크용접(FCAW)은 KCS 14 31 20 (3.7)에 따라 실시한다.
(13) 용접이 완료된 후 용접부는 공기 중에서 자연 냉각시켜야 한다.
(14) 철근의 용접이음 검사는 표 3.1-2에 의하며 검사 성적서를 책임기술자에게 제출하여 승인을 받아야 한다.
(15) 용접 결함부의 보수는 KCS 14 31 20 (3.12)에 따른다.
개인적인 의견으로, 가장 중요한 사항은 용접작업계획서의 작성과 책임기술자(CM)의 승인이라고 생각합니다.
용접 이후 검사를 실시하고, 검사성적서를 제출하는 것 또한 중요한 것은 마찬가지입니다.
4. 의견
최근 튀르키예-시리아의 지진 뉴스를 보며 느낀 점이 참 많습니다.
특히 구조물이 붕괴된 사진을 보면, 철근 등이 부실하게 배근되어 있어
내진설계의 실제 적용이 안 돼있는 것 같은 느낌이 많이 듭니다. (조사가 아직 진행 중이므로 개인적인 추측입니다)
기사 내용에 따르면 튀르키예에서는 1999년 1만 7천 명의 사망자를 낸 북서부 대지진 이후,
내진규제를 강화하여 2018년부터는 지진 위험구역에서 내진 성능을 확보한 고품질 철근 (내진철근)을 사용토록 규제하고 있습니다.
다만, 건설업자들이 비용 줄이기에 몰두하면서 이러한 규제가 실제로는 준수되지 않았고,
공무원들이 이를 묵인하며 불법 부실 건축물을 시공하여,
이번 지진을 계기로 시공사 및 공무원 관계자 100여 명이 체포된 것을 확인할 수 있습니다.
우리나라의 현주소도 돌아볼 시기입니다.
우리나라가 더 이상 지진의 안전지대가 아니라는 것은, 지난번 포항 지진 때 모든 국민이 알게 된 바 있습니다.
우리도 예전부터 내진과 관련된 기준과 규정을 강화해 왔지만,
설계도와 시방서에서만 내진을 외치고 있는 것은 아닌지.
실제 현장의 시공하는 사람들이 이를 모두 이해하고 규정을 준수하고 있는지
안전관리자 및 관리감독자 모두가 철근에 대해 점검하고 돌아볼 시간을 가져야 할 시기입니다.
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