콘크리트 슬래브
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1. 개요
콘크리트 슬래브는 건축 구조의 바닥을 구성하는 데 사용되는 평평한 콘크리트 판이다. 슬래브는 철근 콘크리트 구조에서 보로 둘러싸인 형태(4변 고정 슬래브) 또는 보 없이 기둥이 직접 슬래브를 지지하는 형태(플랫 슬래브, 무량판 구조)로 제작될 수 있다. 슬래브는 지면 슬래브, 중단 슬래브, 무보강 슬래브 등 다양한 종류가 있으며, 지지 방식에 따라 일방향 또는 이방향으로 분류된다. 열적 특성으로는 높은 열 질량과 열전도율을 가지며, 단열재와 함께 사용되기도 한다. 시공 방식은 현장 타설과 프리캐스트 방식이 있다. 2023년 대한민국 인천의 아파트 지하 주차장 붕괴 사고는 부실 시공으로 인한 철근 부족이 원인으로 지목되어 사회적 문제로 부각되었다.
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| 콘크리트 슬래브 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 건축 구조에서 평평하고 수평적인 콘크리트 구조 요소 |
| 종류 | |
| 바닥 슬래브 | 건물의 바닥을 구성하는 콘크리트 슬래브 |
| 지붕 슬래브 | 건물의 지붕을 구성하는 콘크리트 슬래브 |
| 흙 슬래브 | 흙 위에 직접 타설하는 콘크리트 슬래브 |
| 리브 슬래브 | What is a rib and block slab? |
| 설계 고려 사항 | |
| 하중 | 슬래브가 지지해야 하는 하중 |
| 스팬 | 슬래브의 지지점 간 거리 |
| 재료 | 콘크리트 강도 및 철근 배근 |
2. 구조
전형적인 철근 콘크리트 구조에서는 기둥 사이에 큰 보와 작은 보가 지나가고, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 있으며, 바닥 슬래브와 보는 일체로 타설된다. 경우에 따라서는 네 변 모두에 보를 확보할 수 없어 3변 고정 슬래브, 양단 고정 슬래브, 캔틸레버 슬래브(1변) 등이 되기도 한다.
주차장이나 창고 등 하중이 커지는 건물에서는 보를 사용하지 않고, 기둥이 직접 바닥 슬래브를 지지하는 플랫 슬래브(무량판 구조)가 사용되는 경우가 있다.[28] 플랫 슬래브는 위에서 가해지는 하중에는 강하지만, 옆에서 가해지는 힘에 약해 내진성이 떨어진다.
바닥 슬래브에는 철근이 종횡으로 배치된다.
2. 1. 4변 고정 슬래브
전형적인 철근 콘크리트 구조에서는 기둥 사이에 큰 보와 작은 보가 지나가고, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 있다. 바닥 슬래브와 보는 일체로 타설된다. 이러한 바닥 슬래브를 주변 고정 슬래브(4변 고정 슬래브)라고 한다.2. 2. 3변 고정 슬래브
철근 콘크리트 구조에서 네 변 모두에 보를 확보할 수 없을 때, 삼변 고정 슬래브가 되기도 한다.[28]2. 3. 2변 고정 슬래브
철근 콘크리트 구조에서 모든 변이 보로 둘러싸여 있지 않은 경우, 2변 고정 슬래브가 될 수 있다.[28]2. 4. 캔틸레버 슬래브 (1변 고정 슬래브)
철근 콘크리트 구조에서 기둥 사이에는 큰 보와 작은 보가 지나가며, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 있다. 바닥 슬래브와 보는 일체로 타설된다. 이러한 바닥 슬래브를 주변 고정 슬래브(사변 고정 슬래브)라고 한다. 경우에 따라 네 변 모두에 보를 확보할 수 없을 때, 삼변 고정 슬래브, 양단 고정 슬래브, 캔틸레버 슬래브(1변 고정 슬래브) 등이 사용된다.[28]2. 5. 플랫 슬래브 (무량판 구조)
주차장이나 창고 등 하중이 커지는 건물에서는 보를 사용하지 않고, 기둥이 직접 바닥 슬래브를 지지하는 플랫 슬래브(무량판 구조)가 사용되는 경우가 있다.[28] 위에서 가해지는 하중에는 강하지만, 옆에서 가해지는 힘에 약해 내진성이 떨어진다.2023년 4월, 대한민국 인천광역시에서 건설 중이던 아파트 지하 주차장이 갑자기 붕괴되었다. 시공사인 한국토지주택공사가 조사한 결과, 플랫 슬래브(무량판 구조)에 필수적인 보강을 위한 철근이 빠져 있는 것이 확인되었다. 이어서 한국토지주택공사가 다른 분양 아파트를 조사한 결과, 15개 단지 12,000세대에서 철근 부족이 드러나 사회 문제화되었다.[29]
2. 6. 슬래브 내 철근 배치
철근 콘크리트 구조에서는 기둥 사이에 큰 보와 작은 보가 지나가고, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 일체로 타설된다. 이러한 바닥 슬래브를 주변 고정 슬래브(사변 고정 슬래브)라고 한다. 경우에 따라 네 변 모두에 보를 확보할 수 없는 경우 삼변 고정 슬래브, 양단 고정 슬래브, 캔틸레버 슬래브(1변) 등이 되기도 한다.주차장이나 창고 등 하중이 큰 건물에서는 보를 사용하지 않고 기둥이 직접 바닥 슬래브를 지지하는 플랫 슬래브(무량판 구조)가 사용되는 경우가 있다.[28] 플랫 슬래브는 위에서 가해지는 하중에는 강하지만, 옆에서 가해지는 힘에 약해 내진성이 떨어진다.
바닥 슬래브에는 철근이 종횡으로 배치되며, 철근은 일반적으로 상하 2층으로 나뉜다.
3. 종류
콘크리트 슬래브는 다양한 종류가 있으며, 크게 지면 슬래브, 중단 슬래브, 무보강 슬래브로 나눌 수 있다.
- 지면 슬래브 (Ground-bearing slabs): "지상 슬래브" 또는 "슬래브 온 그레이드"라고도 불리며, 주택이나 일부 상업용 건물의 1층에 주로 사용된다. 반응성이 없는 토양과 경사가 거의 없는 부지에 적합하며 경제적이고 시공이 빠르다.[11] 하지만 점토와 같이 불안정한 토양에서는 균열이나 변형이 발생할 수 있으므로 주의해야 한다.[11] 콘크리트 타설 전에는 부지 레벨링이 중요하며, 필요한 경우 "절토 및 성토" 방식을 사용한다.[12] 채움 방식으로는 ''제어된 채움''과 ''다짐 채움'' 두 가지가 있다.[12] 지면 슬래브는 현장에서 타설되므로 양생 과정이 중요하며, 플라스틱 막이나 액체 화합물 막을 사용하기도 한다.[13] 일반적으로 철근 등으로 보강되지만, 콘크리트 도로와 같이 적절히 설계된 경우에는 무보강 슬래브를 사용하기도 한다.
- 중단 슬래브 (Suspended slabs): 무게 대비 강성을 높이기 위해 다양한 설계가 적용된다. 상단 표면은 평평하고 하단면은 변형된다.
- '''골판 슬래브''': 골판 강철 트레이(데킹)에 콘크리트를 부어 만든다. 강철 트레이는 슬래브의 강성을 높이고 자체 무게로 인한 구부러짐을 방지한다. 골판은 한 방향으로만 뻗는다.
- '''리브 슬래브''': 한 방향으로 높은 강성을 제공한다. 교각이나 기둥 사이에 하중을 지지하는 콘크리트 보와 수직 방향의 얇은 리브로 구성된다. 와플 슬래브보다는 약하지만, 골판 슬래브나 평 슬래브보다는 하중 지지 능력이 높다.[14]
- '''와플 슬래브''': 슬래브 아래에 매립된 세그먼트 매트릭스를 사용하여 양방향으로 강성을 추가한다.[15] 와플 슬래브 기초와 동일한 원리이다. 리브 슬래브보다 더 깊고 무거워 강력한 기초가 필요하지만, 진동 저항 및 토양 이동에 강하다.[16]
- 무보강 슬래브 (Unreinforced slabs): "무근" 슬래브라고도 하며,[17] 드물게 사용되고 적용 분야가 제한적이다. 보강재가 없으므로 콘크리트 자체의 강도로 하중을 지지해야 한다.[18] 인장 강도에 약하므로 반응성 토양, 풍압, 열팽창 등을 고려해야 한다.[19] 콘크리트 도로 등에 사용되기도 한다.
3. 1. 지면 슬래브 (Ground-bearing slabs)
지면 슬래브는 "지상 슬래브" 또는 "슬래브 온 그레이드"라고도 하며, 주택 및 일부 상업용 건물 1층에 일반적으로 사용된다. 이는 반응성이 없는 토양과 경사가 거의 없는 부지에 대한 경제적이고 빠른 시공 방법이다.[11]지면 슬래브의 경우, 점토와 같은 일부 토양이 전체 면적에 걸쳐 슬래브를 일관되게 지지하기에는 너무 역동적이므로 토양 유형에 맞춰 슬래브를 설계하는 것이 중요하다. 이로 인해 균열과 변형이 발생하여 벽 스터드와 같이 바닥에 부착된 구성 요소의 구조적 고장이 발생할 수 있다.[11]
콘크리트를 타설하기 전에 부지 레벨링을 하는 것은 중요한 단계이다. 경사진 지면은 콘크리트가 고르지 않게 양생되어 차등 팽창을 유발하기 때문이다. 경우에 따라 자연스럽게 경사진 부지는 오르막에서 토양을 제거하여 단순히 수평을 맞출 수 있다. 부지에 더 큰 경사가 있는 경우, 높은 지면에서 토양을 제거하고 낮은 지면을 채움재로 채우는 "절토 및 성토" 방식이 적합할 수 있다.[12]
슬래브의 경사진 면을 채우는 것 외에도, 이 구역은 땅속으로 연장되는 콘크리트 말뚝으로 지지될 수 있다. 이 경우 슬래브의 자중이 말뚝에 의해 지지되므로 채움재는 구조적으로 덜 중요하다. 그러나 채움재는 여전히 양생되는 콘크리트와 그 보강재를 지지하는 데 필요하다.
채움 방식에는 일반적으로 ''제어된 채움''과 ''다짐 채움''의 두 가지 방법이 있다.[12]
- '''제어된 채움''': 채움재는 진동판 또는 롤러로 여러 층으로 다져진다. 모래는 최대 약 800mm 깊이까지, 점토는 최대 400mm 깊이까지 채우는 데 사용될 수 있다. 그러나 점토는 모래보다 반응성이 훨씬 높으므로 신중하게, 그리고 적게 사용해야 한다. 점토는 균질화하기 위해 다짐하는 동안 습기가 있어야 한다.[12]
- '''다짐 채움''': 채움재는 굴착기로 반복해서 다져지지만, 이 다짐 방법은 진동기나 롤러보다 효과가 떨어진다. 따라서 최대 깊이에 대한 규정이 일반적으로 더 엄격하다.
지면 콘크리트의 적절한 양생은 적절한 강도를 얻는 데 필요하다. 이러한 슬래브는 일부 중단 슬래브처럼 사전 제작되는 것이 아니라 현장에서 불가피하게 타설되므로 양생 과정을 최적화하기 위한 조건을 제어하기 어려울 수 있다. 이는 일반적으로 플라스틱(임시) 또는 액체 화합물(영구) 막에 의해 지원된다.[13]
지면 슬래브는 일반적으로 강철 철근과 같은 형태로 보강된다. 그러나 콘크리트 도로와 같은 경우, 적절하게 설계된 경우 무보강 슬래브를 사용하는 것이 허용된다.
3. 2. 중단 슬래브 (Suspended slabs)
중단 슬래브(Suspended slabs)는 무게 대비 강성비를 향상시키기 위한 다양한 설계가 있다. 모든 경우 상단 표면은 평평하게 유지되고, 하단면은 변형된다.- '''골판 슬래브'''는 콘크리트를 골판 강철 트레이(일반적으로 데킹)에 부어 만들도록 설계된다. 이 강철 트레이는 슬래브의 강성을 향상시키고 슬래브가 자체 무게로 인해 구부러지는 것을 방지한다. 골판은 한 방향으로만 뻗어 있다.
- '''리브 슬래브'''는 한 방향으로 훨씬 더 높은 강성을 제공한다. 이는 교각 또는 기둥 사이에 하중을 지지하는 콘크리트 보와 수직 방향으로 더 얇고 일체형인 리브로 달성된다. 목공에서 비유하자면, 보와 장선으로 된 하부 바닥과 같다. 리브 슬래브는 골판 슬래브나 평 슬래브보다 하중 지지 능력이 더 높지만, 와플 슬래브에는 미치지 못한다.[14]
- '''와플 슬래브'''는 슬래브 아래에 매립된 세그먼트 매트릭스를 사용하여 양방향으로 강성을 추가한다.[15] 이것은 지면에 닿는 버전인 와플 슬래브 기초에서 사용되는 것과 동일한 원리이다. 와플 슬래브는 일반적으로 동일한 강성의 리브 슬래브보다 더 깊고 더 무거워서 더 강력한 기초가 필요하다. 그러나 2차원에서 기계적 강성을 증가시키며, 이는 진동 저항 및 토양 이동에 중요한 특성이다.[16]
전형적인 철근 콘크리트 구조에서는 기둥 사이에 큰 보와 작은 보가 지나가고, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 있다. 바닥 슬래브와 보는 일체로 타설된다. 이러한 바닥 슬래브를 주변 고정 슬래브(사변 고정 슬래브)라고 한다. 경우에 따라서는 네 변 모두에 보를 확보할 수 없어 삼변 고정 슬래브, 양단 고정 슬래브, 캔틸레버 슬래브(1변) 등이 되기도 한다.
주차장이나 창고 등 하중이 커지는 건물에서는 보를 사용하지 않고, 기둥이 직접 바닥 슬래브를 지지하는 플랫 슬래브(무량판 구조)가 사용되는 경우가 있다.[28] 위에서 가해지는 하중에는 강하지만, 옆에서 가해지는 힘에 약해 내진성이 떨어진다.
바닥 슬래브에는 철근이 종횡으로 배치된다. 철근은 일반적으로 상하 2층으로 나뉜다.
3. 3. 무보강 슬래브 (Unreinforced slabs)
무보강 또는 "무근" 슬래브[17]는 드물게 사용되며 실용적인 적용 분야가 제한적이다. 예외적으로 진흙 슬래브가 있다. 과거에는 미국에서 흔히 사용되었지만, 보강된 지반 지지 슬래브의 경제적 가치가 많은 엔지니어들에게 더 매력적으로 다가오게 되었다.[22] 보강재가 없으면 이러한 슬래브에 가해지는 모든 하중은 콘크리트의 강도에 의해 지지되며, 이는 중요한 요소가 된다. 결과적으로, 정적 또는 동적 하중에 의해 유발되는 모든 응력은 균열을 방지하기 위해 콘크리트의 휨 강도 한계 내에 있어야 한다.[18] 무보강 콘크리트는 인장 강도에 있어서 상대적으로 매우 약하기 때문에, 반응성 토양, 풍압, 열팽창 및 균열로 인한 인장 응력의 영향을 고려하는 것이 중요하다.[19] 무보강 슬래브의 가장 일반적인 적용 분야 중 하나는 콘크리트 도로이다.4. 지지 축
콘크리트 슬래브는 지지 방식에 따라 일방향 슬래브와 이방향 슬래브로 나뉜다.
일방향 슬래브 (One-way slabs)는 짧은 축 방향으로만 휨 모멘트에 저항하도록 철근이 배치된 슬래브이다. 긴 축 방향의 휨 모멘트는 무시할 수 있을 정도로 작을 때 사용된다. 골판 슬래브와 리브 슬래브가 여기에 속한다. 비보강 슬래브의 경우, 단 두 개의 반대쪽에서만 지지되는 경우 일방향 슬래브로 간주될 수 있다. 일방향 철근 슬래브는 하중 유형에 따라 양방향 비보강 슬래브보다 더 강할 수 있다.
이방향 슬래브 (Two-way slabs)는 양방향 모두 휨 모멘트에 저항하도록 철근이 배치된 슬래브이다. 축비(긴 변과 짧은 변의 길이 비율)가 2보다 작을 때 이방향 슬래브가 필요하다. 과도한 하중, 진동 저항, 슬래브 아래 공간 확보 등의 요건에 따라 이방향 슬래브를 사용할 수 있다. 비보강 슬래브는 두 수평 축 모두에서 지지되는 경우 이방향 슬래브이다.
4. 1. 일방향 슬래브 (One-way slabs)
일방향 슬래브는 짧은 축에만 모멘트에 저항하는 철근이 있으며, 긴 축의 모멘트가 무시할 수 있을 때 사용된다.[23] 이러한 설계에는 골판 슬래브와 리브 슬래브가 포함된다. 비보강 슬래브는 단 두 개의 반대쪽에서만 지지되는 경우(즉, 한 축에서 지지되는 경우) 일방향으로 간주될 수도 있다. 일방향 철근 슬래브는 하중 유형에 따라 양방향 비보강 슬래브보다 더 강할 수 있다.일방향 슬래브의 철근 요구 사항을 계산하는 것은 매우 지루하고 시간이 많이 소요될 수 있으며, 최상의 설계를 완전히 확신할 수 없다. 프로젝트에 사소한 변경만 있어도 철근 요구 사항을 재계산해야 할 수 있다. 일방향 슬래브의 구조 설계를 고려할 때 다음과 같은 많은 요인이 있다.
- 하중 계산
- 굽힘 모멘트 계산
- 허용 가능한 휨 및 처짐 깊이
- 철근의 종류 및 배치
4. 2. 이방향 슬래브 (Two-way slabs)
축비가 2보다 작으면 2방향 슬래브가 필요하다. 2방향 슬래브는 양방향으로 모멘트에 저항하는 철근 보강을 갖는다.[24] 이는 과도한 하중, 진동 저항, 슬래브 아래의 여유 공간 또는 기타 요건과 같은 적용 요건으로 인해 구현될 수 있다. 2방향 슬래브의 필요성을 결정하는 중요한 특징은 두 수평 길이의 비율이다. 짧은 치수를 lx영어, 긴 치수를 ly영어라고 할 때, lx : ly < 2영어인 경우, 설계 시 양방향의 모멘트를 고려해야 한다.[25]비보강 슬래브는 두 수평 축 모두에서 지지되는 경우 2방향 슬래브이다. 전형적인 철근 콘크리트 구조에서는 기둥 사이에 큰 보와 작은 보가 지나가고, 바닥 슬래브는 보로 사방이 둘러싸여 있다. 바닥 슬래브와 보는 일체로 타설된다. 이러한 바닥 슬래브를 주변 고정 슬래브(사변 고정 슬래브)라고 한다. 경우에 따라서는 네 변 모두에 보를 확보할 수 없어 삼변 고정 슬래브, 양단 고정 슬래브, 캔틸레버 슬래브(1변) 등이 되기도 한다.
주차장이나 창고 등 하중이 커지는 건물에서는 보를 사용하지 않고, 기둥이 직접 바닥 슬래브를 지지하는 플랫 슬래브(무량판 구조)가 사용되는 경우가 있다.[28] 위에서 가해지는 하중에는 강하지만, 옆에서 가해지는 힘에 약해 내진성이 떨어진다.
바닥 슬래브에는 철근이 종횡으로 배치된다. 철근은 일반적으로 상하 2층으로 나뉜다.
5. 열적 특성
에너지 효율은 새로운 건물을 지을 때 중요하게 고려해야 하는 요소이며, 콘크리트 슬래브가 널리 사용되면서 에너지 낭비를 최소화하기 위해 열적 특성을 신중하게 고려해야 할 필요성이 커졌다.[5] 콘크리트는 비교적 높은 열 질량과 우수한 열전도성을 가지고 있어 벽돌과 같은 조적 제품과 유사한 열적 특성을 보인다.
콘크리트의 열적 특성은 원자력 발전소의 방열판이나 산업용 냉동고의 열 완충재와 같이 특수한 경우에 활용되기도 한다.[6]
콘크리트 슬래브의 열전도율과 높은 열 질량은 열적 특성과 관련하여 고려해야 할 중요한 요소이다. 열 질량은 열 확산율, 열용량 및 단열과 관련이 있다. 콘크리트는 열 확산율이 낮고 열용량이 높지만, 카펫과 같은 단열재는 열 질량에 부정적인 영향을 미친다.[5]
5. 1. 열전도율 (Thermal conductivity)
에너지 효율은 새로운 건물의 건설에 있어 주요 관심사가 되었으며, 콘크리트 슬래브의 보편화는 에너지 낭비를 최소화하기 위해 열적 특성을 신중하게 고려해야 할 필요성을 제기한다.[5] 콘크리트는 비교적 높은 열 질량과 우수한 열전도성을 갖는다는 점에서 조적 제품과 유사한 열적 특성을 가지고 있다.일부 특수한 경우, 콘크리트의 열적 특성이 활용되어 왔는데, 예를 들어 원자력 발전소의 방열판이나 산업용 냉동고의 열 완충재로 사용된다.[6]
콘크리트 슬래브의 열전도율은 고체 덩어리를 통한 열전도에 의한 열 전달 속도를 나타내며, 일반적으로 지면으로 또는 지면으로부터의 열 전달과 관련이 있다. 열전도율 계수 ''k''는 다른 요인들 중에서 콘크리트의 밀도에 비례한다.[5] 전도율에 대한 주요 영향은 수분 함량, 골재, 시멘트의 종류, 구성 성분 비율 및 온도이다. 이러한 다양한 요인들은 각 구성 요소가 분리될 때 서로 다른 전도율을 가지며 각 구성 요소의 위치와 비율이 전체 전도율에 영향을 미치기 때문에 ''k'' 값을 이론적으로 평가하는 것을 복잡하게 만든다. 이를 단순화하기 위해 골재 입자는 균일한 시멘트에 매달려 있는 것으로 간주할 수 있다. Campbell-Allen과 Thorne(1963)은 콘크리트의 이론적 열전도율에 대한 공식을 도출했다.[6] 실제로는 이 공식이 거의 적용되지 않지만 이론적 사용에는 여전히 관련이 있다. 그 후 Valore(1980)는 전체 밀도 측면에서 다른 공식을 개발했다.[7] 그러나 이 연구는 속이 빈 콘크리트 블록에 관한 것이며 콘크리트 슬래브에 대한 결과는 검증되지 않았다.
실제로 ''k''의 실제 값은 크게 다르며 일반적으로 0.8W/m/K ~ 사이이다.[8] 이는 다른 재료와 비교할 때 비교적 높은 값이며, 예를 들어 나무의 전도율은 0.04W/m/K까지 낮을 수 있다. 열전도의 영향을 완화하는 한 가지 방법은 단열재를 도입하는 것이다.
5. 2. 열 질량 (Thermal mass)
에너지 효율은 새로운 건물을 지을 때 주요 관심사이며, 콘크리트 슬래브가 널리 쓰이면서 에너지 낭비를 줄이기 위해 열적 특성을 신중하게 고려해야 할 필요성이 커졌다.[5] 콘크리트는 비교적 높은 열 질량과 우수한 열 전도성을 갖는다는 점에서 벽돌과 같은 조적 제품과 유사한 열적 특성을 가진다.콘크리트의 열적 특성은 원자력 발전소의 방열판이나 산업용 냉동고의 열 완충재와 같이 특수한 경우에 활용되기도 한다.[6] 콘크리트 슬래브에서 고려해야 할 또 다른 점은 높은 열 질량인데, 이는 벽과 바닥 또는 열 외피 내에서 콘크리트가 사용되는 모든 곳에 비슷하게 적용된다. 콘크리트는 열 질량이 높아 주변 온도가 변할 때 천천히 반응한다.[9] 이는 방을 간헐적으로 난방하여 빨리 따뜻해져야 하는 경우에는 슬래브를 포함한 건물 전체를 데우는 데 시간이 오래 걸려 불리하다. 그러나 높은 열 질량은 낮과 밤의 기온 차가 큰 기후에서는 슬래브가 온도 조절 장치처럼 작용하여 낮에는 건물을 시원하게, 밤에는 따뜻하게 유지해 주는 장점이 있다.
일반적으로 콘크리트 슬래브는 R-값이 나타내는 것보다 성능이 더 좋다.[5] R-값은 일정한 온도에서 측정되므로 열 질량을 고려하지 않는다. 따라서 콘크리트 슬래브는 온도 변화에 더 느리게 반응하여 많은 경우 건물의 효율을 높인다.[5] 실제로는 슬래브의 깊이와 구성, 건물 방향, 창문 등 여러 요인이 열 질량 효과에 영향을 미친다.
열 질량은 열 확산율, 열용량, 단열과도 관련이 있다. 콘크리트는 열 확산율이 낮고 열용량이 높지만, 카펫과 같은 단열재는 열 질량에 부정적인 영향을 미친다.[5]
5. 3. 단열 (Insulation)
에너지 효율은 새로운 건물을 지을 때 주요 관심사이며, 콘크리트 슬래브가 널리 사용되면서 에너지 낭비를 최소화하기 위해 열적 특성을 신중하게 고려해야 할 필요성이 커지고 있다.[5] 콘크리트는 비교적 열 질량이 높고 열 전도성이 우수하여 벽돌과 비슷한 열적 특성을 갖는다.콘크리트의 열전도율은 고체를 통한 열전달 속도를 나타내며, 주로 지면과의 열 전달과 관련이 있다. 열전도율 계수 'k'는 콘크리트 밀도에 비례하며,[5] 수분 함량, 골재, 시멘트 종류, 구성 성분 비율, 온도 등에 영향을 받는다.[6]
실제 'k' 값은 0.8에서 2.0 W m−1 K−1 사이로 다양하며,[8] 이는 나무(0.04 W m−1 K−1)와 비교하면 높은 편이다. 이러한 열전도 영향을 줄이기 위해 단열재를 사용한다.
콘크리트 슬래브는 높은 열 질량을 가지고 있어 주변 온도 변화에 천천히 반응한다.[9] 이는 간헐적 난방이 필요한 경우 불리하지만, 일교차가 큰 기후에서는 실내 온도를 안정적으로 유지하는 데 유리하다.
일반적으로 콘크리트 슬래브는 R-값으로 예상되는 것보다 성능이 우수하다.[5] R-값은 일정한 온도에서 측정되므로 열 질량을 고려하지 않기 때문이다. 콘크리트 슬래브는 온도 변화에 느리게 반응하여 건물의 효율성을 높이는 경우가 많다.[5]
콘크리트 슬래브는 단열되지 않은 채 땅에 직접 설치되면 전도를 통해 열 손실이나 불필요한 열 획득을 유발할 수 있다. 현대 건축에서는 발포 폴리스티렌과 같은 단열재 층 위에 콘크리트 슬래브를 설치하고, 바닥 난방 파이프를 포함하기도 한다.[22]
일반적인 단열 슬래브 유형은 보-블록 시스템을 변형한 것으로, 콘크리트 블록 대신 발포 폴리스티렌 블록을 사용하여 단열 성능을 높인다.[10] 이는 슬래브 무게를 줄여 하중 지지 벽과 기초에도 긍정적인 영향을 미친다.
6. 시공
콘크리트 슬래브는 프리패브 (프리캐스트 콘크리트)하거나 현장에서 시공할 수 있다.
6. 1. 현장 타설 (On-site)
현장 타설 콘크리트 슬래브는 건물 현장에서 거푸집을 사용하여 시공된다. 거푸집은 젖은 콘크리트를 붓는 일종의 틀이다.[26] 철근 콘크리트 슬래브의 경우, 콘크리트를 붓기 전에 철근 또는 금속 막대를 거푸집 내에 배치한다.[26] 플라스틱 팁이 달린 금속 또는 플라스틱 바 의자는 철근을 거푸집의 바닥과 측면에서 떼어 놓아 콘크리트가 굳을 때 철근을 완전히 감싸도록 하는 데 사용된다. 이 개념을 피복 두께라고 한다. 지반 지지 슬래브의 경우 거푸집은 땅에 밀어 넣은 측벽만으로 구성될 수 있다. 현가 슬래브의 경우 거푸집은 트레이 모양으로 만들어지며, 콘크리트가 굳을 때까지 임시 비계로 지지되는 경우가 많다.거푸집은 일반적으로 나무 판자, 플라스틱 또는 강철로 만들어진다. 상업용 건물 현장에서는 인건비를 절감할 수 있어 플라스틱과 강철의 인기가 높아지고 있다.[27] 저예산 또는 소규모 작업(예: 콘크리트 정원길)에는 나무 판자가 매우 일반적이다. 콘크리트가 굳으면 나무를 제거할 수 있다.
거푸집은 영구적으로 설치되어 콘크리트 타설 후에도 현장에 남아 있을 수도 있다. 섹션별로 타설되는 대형 슬래브 또는 경로의 경우, 이 영구 거푸집은 콘크리트 팽창 또는 움직임으로 인한 균열 가능성을 줄이기 위해 콘크리트 슬래브 내에서 절연 조인트 역할을 할 수도 있다.
어떤 경우에는 거푸집이 필요하지 않다. 예를 들어, 조밀한 토양, 벽돌 또는 블록 기초 벽으로 둘러싸인 지반 슬래브의 경우, 벽은 트레이의 측면 역할을 하고 경사토(자갈)는 바닥 역할을 한다.
6. 2. 프리캐스트 (Prefabricated)
콘크리트 슬래브는 프리패브 (프리캐스트 콘크리트)하거나 현장에서 시공할 수 있다.프리캐스트 콘크리트 슬래브는 공장에서 제작되어 현장으로 운송되며, 강철 또는 콘크리트 보 사이에 배치될 준비가 되어 있다. 프리캐스트 콘크리트 슬래브는 공장에서 프리스트레스트되거나, 현장에서 포스트 텐션되거나, 또는 무응력 상태일 수 있다.[22] 벽 지지 구조물이 정확한 치수로 제작되어야 슬래브가 맞지 않는 상황을 방지할 수 있다.
7. 한국의 슬래브 관련 사건
2023년 4월, 대한민국 인천광역시에서 건설 중이던 아파트 지하 주차장이 붕괴되었다. 시공사인 한국토지주택공사의 조사 결과, 플랫 슬래브(무량판 구조)에 필수적인 보강 철근이 누락된 것이 확인되었다. 이후 한국토지주택공사가 다른 분양 아파트를 조사한 결과, 15개 단지 12,000세대에서 철근 부족이 추가로 드러나면서 사회 문제로 확대되었다.[29]
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