콘크리트에 부속물을 고정하는 앵커는 설계 단계에서 가장 소홀하게 취급되는 부분들 중 하나입니다. 실제 투입되는 수량과 비용 측면에서는 작은 부분이지만, 전체 구조의 안전에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

앵커(또는 앵커 시스템)는 분리되어 있는 두 가지 다른 재료를 연결하는 중요한 역할을 합니다. 그리고 앵커가 설치되는 조건은 설계상, 시공상 어려운 경우가 많습니다. 앵커에 전달되는 하중이 전체 부재 중 최대치인 경우가 적지 않습니다. 제한된 공간과 짧은 모서리 거리 등 위치가 좋지 않은 경우가 많아, 적합한 앵커 배치를 설계하기 어려운 경우도 많습니다.

하지만 다양한 요구사항을 해결할 수 있는 많은 종류의 솔루션이 있습니다. 가장 널리 보급된 앵커 기술 중 하나인 스터드 앵커부터 시작해 보겠습니다.

스터드 앵커(Stud anchors)

스터드 앵커는 끝에 콘(원뿔)이 있는 나사산 볼트, 확장 슬리브, 와셔 및 조임용 너트로 구성됩니다.  (그림 참조 - 스터드 앵커 HST3)

작동 원리를 이해하려면 앵커 자체가 어떻게 설치되는지 살펴보는 것이 유용합니다. 천공 홀을 드릴링하고 청소한 후, 해머링으로 구멍에 스터드앵커를 삽입합니다. 그런 다음 앵커 플레이트를 배치하고 최종적으로 너트를 제조사가 정의한 토크 값(설치 토크라고 함)으로 조임으로써 설치가 종료됩니다.

토크로 인해 콘이 확장슬리브 안으로 빨려 들어가고, 확장슬리브가 콘크리트에 대해 확장 및 변형됩니다. 확장에 의해 발생하는 압력 및 슬리브와 콘크리트 사이의 마찰로 인해 앵커의 인장 강도가 발현됩니다.

슬리브의 확장에 의한 응력 분포

모든 스터드 앵커의 성능이 동일한 것은 아니며, 특히 균열 콘크리트에서는 더 다릅니다.

특수 설계된 슬리브가 없는 확장앵커는 균열 콘크리트 조건에서 인장력을 잃고 미끄러질 수 있습니다. 이것은 특히 콘크리트 구조물의 사용수명 기간동안 균열이 열리고 닫힐 때 발생할 수 있습니다. 가장 극단적인 조건에서는 제어할 수 없는 상태 또는 심지어 파괴까지 초래할 수도 있습니다.

이것에 어떻게 대처할 수 있을까요? 우선, 요구되는 사용조건에 대해 적절한 인증 프로세스에 의한 테스트 및 평가된 앵커 시스템만 사용하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 설계 조건에서 피부착재의 실제 거동을 예측하기 어려울 것입니다.

인장력에 취약한 콘크리트의 균열은 흔하게 발생할 수 있고, 균열이 절대 발생하지 않는다고 보장할 수 없다면 균열 콘크리트로 가정하여 앵커를 선택하는 것이 안전합니다. 또한 내진 설계를 필요로 하는 경우에는 지진 환경에서 사용할 수 있는 것으로 평가된 앵커 시스템을 적용하여야 합니다.

ETA 또는 ICC-ESR 과 같은 공인된 평가서를 통해 요구되는 사용조건에 적합한 제품인지를 간단하게 확인할 수 있습니다. (여기를 클릭하면, 균열 콘크리트 및 내진 조건에서 탁월한 성능을 발휘하는 HST3의 제품정보를 확인할 수 있습니다).

또한 PROFIS Engineering과 같은 신뢰할 수 있는 소프트웨어를 사용하면 평가서의 조건들을 일일이 확인해야 하는 번거로움 없이 적합한 설계를 할 수 있습니다.

 
설치 토크에 주의하세요.
콘크리트에 앵커를 고정할 때 정확한 토크를 가하는 것은 콘이 슬리브 안으로 당겨져 요구되는 확장력을 발현하기 위한 적절한 위치에서 정지되도록 하는 데 매우 중요합니다.

토크가 낮으면 요구되는 고정 성능을 얻을 수 있을 만큼 충분히 팽창 슬리브 안으로 콘이 당겨지지 않습니다. 토크가 약간 부족한 경우에는 외부 하중이 가해진 후에 콘이 당겨져 요구되는 저항 값에 도달할 수도 있지만, 앵커가 느슨한 상태에서 외부 하중에 의존하여 고정되므로 결과적으로 예상치 못한 변위가 발생할 가능성이 큽니다.

과도하게 토크를 가하면 콘이 확장 슬리브 안으로 너무 많이 당겨져 콘크리트에 무리한 확장력을 가할 수 있습니다. 특히 앵커가 콘크리트 모서리에 가깝게 배치된 앵커에 과도한 토크가 가해지면, 발생한 추가 확장력으로 인해 하중이 재하되기도 전에도 콘크리트가 파괴될 수 있습니다.

모서리에 인접한 위치에서 과도하게 토크를 가하면 콘크리트가 파괴될 수 있습니다.

과도한 토크를 가한 앵커가 슬래브 가장자리에서 먼 경우에도, 이 토크 모멘트에 의해 확장 슬리브 또는 강재 볼트가 손상되어 강도가 현저하게 저감되거나 설치 중에 파괴될 수도 있습니다. 



많은 설치자가 올바른 설치 토크를 적용하지 않을 때의 위험을 인식하지 못합니다. 안전을 위해 항상 시방서 및 작업 도면에서 올바른 설치 토크를 언급하거나 문서화하고 감독하시기 바랍니다. 자동으로 적합한 토크가 조절되는 AT 툴을 사용하면 시공성과 안전을 향상시킬 수 있습니다.

일반적인 용도

스터드 앵커는 일반적으로 중간정도의 중량 고정 장치에서 과도하지 않은 묻힘 깊이로 우수한 저항력을 필요로 하는 구조 및 비구조 분야에 사용됩니다. 설치 시 양생(경화) 시간을 기다릴 필요가 없기 때문에 부착식 앵커보다 선호됩니다. (하지만, 더 깊은 삽입깊이가 필요한 경우에는 부착식 앵커가 더 적합합니다).

앵커 설계를 처음 접하는 경우, 스터드 앵커 HST3으로 첫 번째로 적용하여 검토해보세요. PROFIS Engineering (앵커설계 프로그램) 소프트웨어를 사용하면 이 작업을 매우 원활하게 수행할 수 있습니다.