철골 접합의 종류 및 주의 사항

1. 리벳접합

리벳접합은 철골을 접합하는 데 사용되는 접합 방법의 하나로 고력 볼트를 개발·사용하기 전까지는 철골조 건물이나 교량 등에서 많이 사용되었다. 리벳 작업에는 리벳을 불에 달궈 던져 올리는 작업자와 리벳을 받아 집게로 리벳을 리벳 구멍에 끼우는 작업자, 리벳 머리를 받치는 작업자, 리벳해머로 타격하는 작업자 등 적어도 4명의 작업자가 필요하다. 리벳접합은 인건비가 많이 들고 타설 시 소음과 화재의 위험 그리고 리벳 치기 후의 정밀한 검사 등으로 효율이 다른 접합 방법보다 낮아 최근에는 고력 볼트에 의한 접합과 용접으로 대체되는 실정이다. 리벳은 수압, 공기압에 의한 죠 리벳터, 뉴매틱 리벳터 등의 기계치기로 한다. 리벳은 1,100℃를 넘지 않도록 가열하고, 600℃ 이하로 식지 않게 하여 사용한다. 800℃ 정도로 가열한 것이 좋으며, 일단 백열색이 되게 가열된 것은 부적당하다. 리벳 치기 후의 검사에서 불량 리벳으로 지적되는 것은 헐거운 것, 리벳 머리가 갈라진 것, 모양이 부정한 것, 리벳 머리가 판에 밀착되지 않은 것, 리벳 머리와 중심선이 일치되지 않는 것, 기타결함이 있는 것이 있다. 또한 리벳 접합 관련 용어로는 피치, 게이지 라인, 게이지, 클리어런스, 그립 등이 있다. 피티는 게이지 라인상의 리벳의 간격으로 최소 피치 2.5d, 표준 피치 4.0d이고 최대 피치는 인장재 12d, 30t 이하, 압축재 8d, 15t 이하로 한다. 게이지 라인은 리벳의 중심 축선을 연결하는 선이며 게이지는 게이지 라인 상호의 간격 또는 게이지 라인과 재면과의 거리를 말한다. 클리어런스는 리벳으로 접합하는 재의 총 두께를 말하며 그립은 리벳으로 접합하는 재의 총 두께를 말한다. 연단 거리는 게이지 라인에 재의 연단까지의 거리를 말한다.

2. 볼트접합

볼트접합은 재료의 강도에 따라서 보통 볼트와 고력 볼트로 나뉘는데, 리벳접합의 소음이나 검사의 어려움 그리고 낮은 효율성을 보완하기 위해서 사용되기 시작한 것이다. 보통 볼트에 의한 접합은 경미한 구조재나 가설건물 또는 리벳 치기를 하기 전에 임시 접합용으로 주로 사용되며, 구조재의 접합에는 거의 사ᅟᅭᆼ되지 않는다. 볼트의 종류에는 흑 볼트, 중 볼트, 상 볼트 등이 있으며 흑 볼트는 가조립용, 중 볼트는 구조 내력용, 상 볼트는 핀으로 사용된다. 고력 볼트 접합은 강재에 구멍을 뚫고 고력 볼트를 죄어 강재 간의 마찰력에 의한 접합공법을 말하는데 고력 볼트의 조임 방법에 따라서 다음과 같이 세 가지로 대별된다.

1. T.C 볼트식 : 6각형의 핀테일과 브레이크 넥의 회전 방해력으로 조이는 방법이다.

2. PI 너트식 : 표준 너트와 짧은 너트로 결합하여 소켓의 반력에 의해 조이는 방법이다.

3. 그립 볼트식 : 큰 인장 홈을 가진 핀테일과 브레이크 넥으로 조이는 방법이다.

고력 볼트 접합공법의 특징은 소음이 적고 경제적이며 불량개소의 수정이 쉽고 시공 설비가 간단하다. 이음부의 강도가 크고 공기가 단축되어 인건비가 절약된다. 고력 볼트 접합부의 품질은 여러 가지 요인들에 의하여 영향을 받으므로 시공 시 여러 요인을 잘 숙지하여 원하는 품질의 접합부를 얻도록 하여야 한다.

3. 용접 접합

최근 철골의 용접 접합은 강재의 절약, 건물의 경량과 가능, 소음 문제가 없는 관계로 인해서 널리 사용되고 있다. 용접 접합의 장점은 철골 중량이 감소하며 응력 전달이 확실하다. 소음공해가 없고 단면처리 및 이음이 쉬우며 공사비가 적게 든다. 특히 외관상 보기가 좋다. 단점은 용접공의 숙련도에 따라서 품질이 좌우되며 용접열에 의한 모재의 변형이 생기기 쉽고 응력이 집중되기 쉽다. 검사방법이 확실하지 않고 용접재의 재질에 영향이 크다.

맞댄 용접은 접합제를 동일 평면으로 유지하며 그 끝을 적당한 모양 또는 각도로 가공하여 용접 살을 개선부에 채워 넣는 용접방식이다. 맞댄 용접에는 부재 단면 전체를 녹여 용접하는 방법으로 완전 녹임 용접과 부분 녹임 용접이 있다. 모살 용접은 부재의 끝을 깎아내지 않고 부재와 부재의 교차 선을 따라 등변 또는 부등변 삼각형 모양으로 용접 살을 덧붙여서 용접하는 방식이다. 그리고 모살 용접은 공장용접에서 많이 쓰이는 용접으로 모재를 가공하지 않고 용접이 가능한 공법이다.

용접 시공 시 주의해야 할 사항은 다음과 같다. 금속의 용접할 표면에 있는 슬래그, 녹, 기름, 수분 페인트 같은 불순물을 제거한다. 기온이 0℃ 이하는 용접을 가급적 중지하고, 0℃~-15℃에서는 10cm 이내 부위를 36℃ 이상 가열하면 무방하다. 그러나 비나 눈이 내릴 때는 야외 용접을 하지 않는다. 또한 바람이 강한 날에는 바람막이를 사용한다. 용접봉 교환 시나 용접 완료 시에 슬래그와 스패터를 제거한다. 용접할 모재는 수축변형 또는 마무리 작업을 고려하여 치수에 여유를 둔다. 현장 용접할 부위는 녹막이 칠을 하지 않는다. 그러나 엷은 보일드유는 가능하다.

용접의 질은 용접작업의 기능도에 따라 직접 영향을 받으므로 용접의 위치는 용접작업에 큰 비중을 차지하고 있다. 대부분의 용접은 편리한 위치에 맞춰서 할 수 있으나 경우에 따라서는 위치의 제한을 받는 경우가 있다. 용접의 위치는 대개 하향, 수평, 수직 및 상향의 네 가지로 나눌 수 있다. 네 가지 방법 중 가장 좋은 용접 위치는 하향이며 상향용접에 비하여 하향용접은 4배 정도 빨리할 수 있다. 용접의 품질은 자세와 직접적인 관계가 있으므로 가급적 가장 편한 자세인 하향 자세가 좋다.

용접부 결함의 종류에는 변형, 오버랩, 언더컷, 슬래그의 함입, 블로우 홀, 불완전 용입, 핏트, 위필 홀, 균열 등이 있다. 앞에서 언급한 여러 가지 용접 결함을 사전에 억제하여 용접 품질을 확보하기 위해서는 용접 품질에 영향을 미치는 다양한 요인들에 대한 관리가 필요하다.