6장. 철근콘크리트구조 (흙막이벽 • 굴뚝 • 이음새 - 2)

5. 굴 뚝

 

(1) 개 요

철근콘크리트조 굴뚝에는 독립굴뚝과 건물에 불터 옥상에서 솟아 나와 상부만이 외부에서 보이는 붙임굴뚝이 있다. 그 규모(높이, 지름)는 보일러의 종류 • 용량 또는 연료의 종류 • 소비량에 의해 먼저 결정된다. 굴뚝은 역학적으로는 지면에 고정된 내민보로 생각하여 설계응력은 주로 고정하중에 의하여 생기는 압축응력 N, 수평하중(풍압력, 다만 지진력을 고려할 때도 있다)에 의하여 생기는 휨응력 M과 전단응력 Q이다. 또 내민보로 생각하기 위하여 기초는 충분히 안전하여 전도되지 않고 접지압도 허용지내력도 이하라야 한다. 또 내민보로  생각하기 위하여 기초는 충분히 안전하여 전도되지 않고 접지압도 허용지내력도 이하라야 한다. 구조계산상 주의할 점은 열과 배기가스 때문에 콘크리트는 풍화작용을 받기 쉽고, 보통 구조물에 비하여 내구력이 저하된다. 따라서 굴뚝 내부에 라이닝을 하여 단열성이 있게 하되 내화벽돌의 안쌓기벽돌은 자립할 수 있어야 하고 수평력은 외부의 철근콘크리트조 원통이 부담하는 것으로 설계한다. 또 콘크리트의 강도는 보통구조물보다 20% 정도 낮게 150kg/cm² 정도로 잡고 피복두께도 5cm 이상 두껍게 잡는다. 굴뚝 단면의 모양과 면적은 상하가 급한 변화가 없고 부분적 약점이 생기지 않게 한다. 보통바깥지름의 경사는 약 1/60, 안지름은 1/75~1/85 정도이다. 위 끝의 두께는 10~13cm 정도로 하고, 굴뚝벽의 최소두께는 굴뚝의 내경이 6m 이하이면 15cm 이상이고, 6m를 넘을 때에는 높이 1m 증가할 때마다 두께는 1cm씩 증가시킨다. 기초의 크기는 굴뚝높이의 1/6 정도가 필요하다. 연도가 접속되는 상부는 아치로 하고 그 반대쪽에는 사람이 들어갈 수 있는 맨홀을 두고 쇠문을 단다. 하부는 연도바닥보다 30cm 정도 낮게 하여 재모임자라를 만든다. 연도 및 굴둑의 내부에는 굴뚝높이의 1/3~2/3까지 내화벽돌의 안쌓기를 한다. 안쌓기는 굴뚝과 3~10 cm 정도의 간격을 두고 0.5~1.0B 두께로 연결을 한다. 연결고정용 벽돌은 10단마다 75cm 간격 정도로 한다. 그 외부에는 청소 • 수리 • 기타용으로 사다리를 설치하고 또 피뢰침 도선을 고정하는 애자를 설치하는 것을 빠뜨리지 않아야 한다.

 

(2) 굴뚝설계

굴뚝의 각부치수, 구조는 다음과 같이 결정하고 재료강도  •  기타는 다음과 같다.

굴뚝계획

 

6. 이음새

 

(1) 신축이음

신축이음새가 필요한 이유는 온도변화, 콘크리트의 수축, 부동침하, 적재하중변화 및 이동하중의 영향 등으로 콘크리트에 균열 또는 파손부가 생긴다. 이 균열 등에 대비하여 두는 이음새를 신축줄눈, 또는 팽창줄눈이라 한다. 철근콘크리트조 건물의 장대한 평며느 굴곡된 평면 또는 고저층이 결합된 건축물에 있어서의 기후변화, 하중변화 등에 따른 상당한 신축성에 대비하여 신축줄눈을 두는 위치는 다음과 같다.

# 기존건물과 증축건물의 접합부

# 저층의 긴 건물이 고층건물과의 접속부

# 건물의 한 끝에 달린 날개형 건물

# 50 ~60를 넘는 긴 건물

# 두 고층 사이에 있는 긴 저층건물

# 평면이  ㄴ • ㄷ • T 형의 교차부분

신축줄눈을 계단실 근처에 배치하면 그 부분의 강성이 커서 신축변형이 되기 어렵기 때문에 불리하다. 

신축이음새는 기초에서부터 각층 각부재를 통하여 설치한다. 온도변화에 따른 팽창줄눈은 특히 건물의 남쪽면 또는 옥상지붕에 필요하고, 화재의 위험이 많은 공장에서는 팽창줄눈을 여러 곳에 설치하며, 열을 받는 부재로서 길이의 변화가 생길 곳, 또는 구조체에 피해를 줄 곳은 이음새를 설치한다. 

신축이음새의 구조

이음새에는 신축성 재료를 쓰고 변형이 잘 안 되는 재료는 피해야 한다. 줄눈은 빗물 스며들기, 음성의 전파 등을 차단할 수 있는 것으로 한다. 신축이음새의 구조부는 기초부에서부터 기둥을 두 개 나란히 세우거나 부동침하에 대비하여 기둥에 설치한 까치발에 보 끝을 단순지지로 하거나 또는 서로 내민보로 맞닿게 하는 법 등이 있다. 기초의 이음새는 간격을 충분히 하여 그 신축이동을 완만하게 하고 상호간섭에 의한 지중응력의 커짐을 방지한다. 까치발로 받는 식의 음새는 접속부분마찰력으로 미끄러짐이 원활하지 못하면 불리하므로 가능하다면 두기둥 세우기로 하는 것이 좋다. 줄눈의 외부, 보이는 면 철제 • 알루미늄제 또는 황동제의 금속판덮개를 한쪽구조체에 고정하고 다른 한 쪽 면에 얹혀 미끄러지게 한다. 

 

(2) 시공이음

시공이음은 시공줄눈이라고도 하며, 벽과 바닥판 또는 큰 바닥판의 중간에서 콘크리트를 한 번에 계속하여 부어나가지 못할 곳에 둔 이음이다. 이음에는 철근을 정착하여 외부로 연장해 두고, 콘크리트는 직각으로 끊고 면에 홈을 파서 물리면 콘크리트 사이의 부착효과가 증대되고 전단력저항에도 유리하게 된다. 철근콘크리트의 시공이음 위치는 부재에 전단력이 가장 적게 생기는 곳을 택하고 재축에 직각으로 가장 짧은 거리가 되게 하는 것이 원칙이다. 그러나 기둥은 시공의 편의 및 외관 등을 고려하여 각 층 바닥에 접하는 면을 이음위치로 하고 보나 바닥판의 이음위치는 그 부재의 중앙부에 둔다. 보 및 바닥판은 간사이의 중앙부에서 휨에 의한 압축응력이 크지만, 이는 재축에 수직으로 작용하므로 콘크리트는 그 강도를 충분히 발휘할 수 있으나 전단력이 크게 작용하는 단부에 시공이음을 두면 강도가 저하되므로 좋지 않다. 작은보가 접속되는 큰보에 있어서는 응력이 크게 변하는 곳을 피하기 위하여 작은보 너비의 2배 가량 떨어진 곳에 이음을 두어, 작은보가 있는 곳보다 전단력을 적게 받오록 한다. 그래도 이곳은 작은보가 없는 중앙부에 비하면 전단력이 크므로 아래 그림과 같이 45 °방향의 빗인장철근으로 이음새를 보강하여야 한다. 

큰보 시공이음새의 보강

(3) 조절줄눈

조절줄눈은 지반 위에 있는 콘크리트바닥판이 수축에 의하여 표면에 균열이 생기는 것을 막기 위하여 설치하는 것이고 수축줄눈이라고도 하며 시공줄눈을 겸하기도 한다. 조절줄눈의 간격은 보통 4.5 ~ 7.5m 정도마다 설치한다. 

바닥조절줄눈

위그림에서 바닥이 벽 • 기둥에 접속되는 부분은 완전히 구조체와 격리되므로 신축줄눈을 설치하고 중간은 조절줄눈으로 구획하여 1회 콘크리트시공 범위 내에서 조절줄눈을 둔 것이다. 조절줄눈은 미리 줄눈재를 설치하고 콘크리트를 시공할 때도 있고 특수콘크리트 절단톱으로 켜내는 법도 있다.