철골공사 접합 방법 종류 및 특징

철골공사에서 가장 중요한 공정은 접합공정입니다. 이번 포스팅에서는 철골공사의 각종 접합 방법에 대해 알아보고 각각의 특징을 알아보겠습니다.

 

 

리벳 접합

리벳 접합은 접합부부터 시작합니다. 이후 가새를 접합하고, 마지막에 귀잡이를 작업하는 순서로 진행합니다. 보통 리벳 접합하는 인원은 3명이 1조로 해머 공과 받침대기, 달구기로 구성되어있습니다. 리벳의 가열온도는 800℃가 가장 적당하며, 600~1,100℃ 사이를 유지합니다. 불량한 리벳은 반출해야 하는데, 그 기준은 다음과 같습니다: 건들거리거나 밀착이 되지 않은 것, 강재 간 틈새가 있는 것, 갈라짐이 있거나 머리 모양이 다른 것, 그리고 머리와 축이 일치하지 않는 것. 접합 작업 전 리벳의 상태를 확인하고, 이렇게 불량한 리벳은 사용하지 않아야 합니다.

리벳 접합과 관련된 용어는 평소에 잘 쓰지 않는 용어이므로 한 번 정의하고 넘어가겠습니다. 피치(Pitch)란 리벳과 볼트 구멍의 중심을 잇는 직선거리를 의미합니다. 그립(Grip)은 리벳으로 접합하는 판의 총 두께를 의미하며, 5d(d=리벳 지름) 이하여야 합니다. 연단 거리란 리벳의 구멍과 볼트의 구멍 중심에서 부재 끝단까지의 거리입니다. 클리어런스(Clearance)는 CLC라고도 하며, 리벳과 수직재 면 사이의 거리입니다. 보통 작업의 여유 거리로 이해하면 됩니다. 게이지(Gauge)는 두 개의 게이지 라인 사이의 거리를 말합니다. 게이지 라인(Gauge line)은 리벳을 치는 기준선 역할을 하며, 리벳의 중심축 선을 연결하는 선입니다. 

 

고력 볼트(High tension Bolt)

고력 볼트의 접합 방식은 전단력과 지압 응력이 아닌, 마찰 접합입니다. 마찰을 100% 받는 것은 아니고 90% 이상 받는다고 생각하면 되는데, 결합한 부재끼리의 마찰에 의한 저항을 이용해 접합하는 방식입니다. 항복점은 0.7 KN/mm² 이상, 인장강도는 0.9 KN/mm² 이상으로 합금강과 고탄소강을 열처리하여 만듭니다. 원칙적으로는 토크렌치나 임팩트 렌치로 볼트를 조이는데, 보통 1차 조임에서는 표준 장력의 80%, 2차 조임에서 볼트의 표준 장력을 얻습니다. 가조임 볼트는 1군의 볼트 수의 1/3 이상 배치해야 하며 병용 이음에서는 1군의 볼트 수의 1/2 이상 배치해야 합니다. 볼트를 조이는 순서는 중앙에서부터 단부의 순서로 조입니다. 이후 조임 부를 검사하기 위해서는 토크 값이 비슷한 시공 로트 1개 중 다섯 세트의 시험 볼트를 정하여 시험했을 때 평균값이 규정 값을 만족해야 합니다. 또한 각각의 측정값이 평균값의 15% 이내 오차를 만족해야 합니다. 만약 상기의 조건을 만족하지 않는다면 다시 열 개의 세트를 같은 요령으로 검사하고, 조건을 만족시키지 못하면 작업을 중지하고 무엇이 문제인지 확인 작업을 해야 합니다. 조임 후에는 너트 회전법(금 매김법), 토크 관리법, 조합법을 이용해 검사합니다. 금 매김법은 1차 조임 후 너트 회전량이 금 매김에서 120±30˚를 초과할 경우 볼트를 교체하는 것입니다. 토크 관리법은 평균 토크 값의 ±10% 이내인 것들을 합격시키는 방법입니다. 마지막으로 조합법은 F8T나 F10T에 적용하는데, 너트 회전법과 토크 관리법 둘을 조합한 방법입니다.

고력 볼트의 장점으로는 노동력이 절약되고 공기를 단축시킬 수 있다는 점과 현장 시공 설비가 간단하다는 점, 불량한 부분의 수정이 용이하다는 것과 피로강도가 높다는 것, 접합부의 강성이 높으며 마찰 접합으로 인해 소음이 없다는 것, 화재와 재해의 위험이 적다는 것과 너트가 풀리지 않는다는 점이 있습니다.

 

용접 접합

철골공사에서 주요한 용접방법으로는 가스압접과 CO₂ 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 일렉트로슬래그 용접, 그리고 스터드 용접이 있습니다. 가스 압접이란, 산소 아세틸렌 불을 이용해 가열하고 압접 하는 방식입니다. 철골에서는 많이 사용하지 않지만 철근을 이음 할 때 사용합니다. CO₂ 아크 용접은 피복재(Flux)를 이용해 모래 사이에 아크를 발생시킴으로써 용접봉과 모재를 녹여 접합하는 방법입니다. 용접 시 금속의 변질을 방지하기 위해 CO₂를 뿌려줍니다. 서브머지드 아크 용접은 용접봉을 주입하는 것과 용접을 위한 이동을 자동화시킨 것입니다. 용접 작업을 할 때 아크가 안보이기 때문에 작업 효율이 양호하다는 장점이 있습니다. 용융되는 모재가 대기와의 접촉을 차단해 용접하는 방법이며 주로 철골공장에서 사용합니다. 일렉트로슬래그 용접은 두꺼운 강판을 용접하는 데 주로 사용됩니다. 부재와 부재 사이에 녹은 쇳물을 투입하며 수직으로 용접하는 방식입니다. 마지막으로 스터드 용접이란, 바닥 판과 철골 보와의 쉬어 커넥터(Shear Connector) 용접에 사용됩니다.

용접 접합은 소음과 진동 등 공해가 없다는 장점이 있습니다. 또한 접합부의 강성이 크고 응력의 전달이 확실하여 수밀성과 일체성 확보에 용이합니다. 도한 강재의 양을 줄일 수 있어 중량을 감소시킬 수 있습니다. 한편 단점으로는 용접부의 결함 유무를 확인할 수 있는 검사가 어렵고 비용과 시간이 많이 소요된다는 것입니다. 같은 맥락으로 용접작업은 일반인이 아닌 숙련공이 필요하기 때문에 인력 수급에 어려움을 겪을 수 있습니다. 또한 열을 이용해 용접하기 때문에 열에 의한 변형이 발생할 수 있으며, 용접 모재의 상태에 따라 응력이 한 군데 집중되는 집중 현상이 큽니다.