볼트 규격 및 수량 구매 방법 ㅣ 철골공사 실무

출처: NCS학습모듈, " 강구조시공 볼트접합",교육부(20??)

 

볼트 규격 및 수량 구매 방법

 

1) 일반 볼트 접합의 개요

       볼트 접합은 볼트에 작용하는 응력의 종류에 따라 전단 접합, 인장 접합 및 인장 전단 접합(전단력과 인장력의 조합 응력을 받는 접합)으로 구분되고 전단 접합이 주요 접합 방법이다. 볼트 접합은 볼트축의 전단 응력으로 부재력을 전달하는 원리이므로 볼트 구멍과 볼트축의 어긋남에 의한 부재의 변형이 발생한다. 진동 및 충격에 의한 반복 하중을 받으면 접합부에 변형과 유격이 발생하여 너트가 풀리게 된다. 따라서, 일반 볼트 접합은 주요한 건물의 접합부에는 사용하지 않는다.

 

2) 일반 볼트 규격

       볼트, 너트 및 와셔는 일반적으로 각각에 대해서 규정된 아래의 KS 규격에 따른 제품을 사용한다.

• KS B 1002 6각 볼트
• KS B 1012 6각 너트
• KS B 1326 평와셔
• KS B 1002-2001에 의한 6각 볼트(강)의 부품 등급에 대한 강도 구분의 조합을 나타낸다.
• KS B 1002-2001 부속서에 의한 나사의 등급과 강도 구분을 나타낸다.
• KS B 1012-2001 에 의한 너트의 형식과 등급을 나타낸다.
• KS B 1012-2001의 부속서에 의한 너트의 등급을 나타낸다.

구분	내용
강재 볼트의 등급 (KS B 1002:2001)
강재 볼트의 등급(KS B 1002:2001 부속서)
너트의 등급(KS B 1012:2001)
강재 너트의 등급(KS B 1012:2001 부속서)
볼트와 너트의 조합(KS B 0234)
일반 볼트의 조임 길이에 더하는 길이

 

 

3) 설계도서에 따라 적정한 볼트의 규격 및 수량을 구매

       건축 구조물에서는 보통 KS B 1002-2001 및 KS B 1012-2001의 부속서에 나타난 볼트의 나사 정밀도 6g(2급), 너트의 나사 정밀도 6H(2급), 다듬질 정도가 ‘중’ 이상인 것을 사용하고 있다. 볼트의 기계적 성질은 4T가 일반적으로 사용된다.

       볼트, 너트 및 와셔는 KS B 1010의 고장력 볼트와 같이 하나의 세트로 규정되어 있지 않으므로 품질이 양호한 조합으로 사용한다. 다음표는 KS B 0234에 제시된 너트와 볼트의 조합이다. 너트는 표의 강도 구분보다 높은 것을 사용한다.

볼트와 너트의 조합(KS B 0234)
볼트의 강도 구분	4T	5T	6T	7T
너트의 강도 구분	4	5	6	8

 

       와셔는 KS B 1326에 의한 강재가 보통 이용되고 있으며 KS B 3503(일반 구조용 압연 강재)을 사용하여 제조하고 있다.

       볼트의 길이는 KS B 1002(6각 볼트) 명시되어 있는 호칭 길이로 나타내고 조임 길이에 따라서 조임 완료 후 너트 밖으로 3개 이상의 나사산이 나오도록 선택한다. 볼트길이는 고장력 볼트와 같이 조임 길이에  다음 표의 값을 더하여 산정한다.

일반 볼트의 조임 길이에 더하는 길이(단위: mm)

 

4) 고장력 볼트 규격 검토

• 설계도서에 따라 적정한 볼트의 규격을 검토한다.
• KS B 1010(마찰 접합용 고장력 육각 볼트, 육각 너트, 와셔 세트)에 규정된 고장력 볼트 세트는 볼트 1개, 너트 1개, 와셔 2개로 구성되고,
• 세트의 종류에 따라 조합을 결정한다. 볼트 머리 및 너트 윗면에는 기계적 성질에 의한 등급을 나타내는 기호가 표시되어 있다.

고장력 볼트의 구성

고장력 볼트 세트 종류 및 등급의 조합(KS B 1010: 2009)

볼트 및 너트의 강도 등급 표시

* 와셔는 기계적 성질의 등급을 표시하지 않는다

 

5) 고장력 볼트 재료 검토

• 고장력 볼트 재료는 KS 규격에 규정이 없으므로 KS로 정해진 규격을 만족하는 재료를 선정하고 내후성, 내충격 및 지연 파괴 등을 고려해야 한다.
• 고장력 볼트의 강도를 증가시킬 경우에는 지연 파괴의 문제가 발생한다. 고장력 볼트의 지연파괴는 외관적으로는 급격히 파괴되지만 시간의 진행에 따라 서서히 진행되고 최종 파괴는 기계적으로 급속히 파괴되는 것으로 나타나고 있다.
• 너트는 주로 중탄소강이 사용되고 있다. 너트의 경도 규격은 볼트 규격보다 낮고 와셔의 경도 규격은 볼트 규격보다 높게 정해져 있으며 열처리에 의하여 각각의 규격값을 만족시키는 재료를 선택할 필요가 있다.
• 와셔는 주로 저탄소 망가니즈강이나 중탄소강이 사용된다. 와셔는 강판을 절단하여 구멍을 뚫어 제조하고 표면 상태(거칠기)가 세트의 토크 계수값에 크게 영향을 미치므로 주의하여야 한다.

 

6) 고장력 볼트의 기계적 성질 검토

       볼트의 기계적 성질은 볼트 제품에서 채취한 4호 시험 편(KS B 0801 금속 재료 인장 시험 편) 및 제품에 대하여 시험할 경우에는 다음 표들의 규정값을 만족하여야 한다.

구분	내용
시험편의 기계적 성질(KS B 1010: 2009)
제품의 기계적 성질(KS B 1010: 2009)

       제품의 기계적 성질은 위표의 최소 인장 하중 미만에서 파단되지 않아야 하고 인장하중을 증가시켰을 때 볼트 머리가 파괴되지 않아야 한다.

구분	내용
너트의 기계적 성질(KS B 1010: 2009)
와셔의 경도(KS B 1010: 2009)

 

7) 세트의 토크 계수값 검토

       고장력 볼트의 세트 성능은 토크 계수값으로 표시한다. KS B 1010은 제조 로트(lot)의 토크계수 평균값과 표준 편차를 규정하고 있다. 토크 계수값은 너트를 회전시키는 토크와 볼트축력(조임력)과의 관계를 나타내고 다음과 같이 구한다.

토크와  볼트축력(조임력)과의 관계

       볼트 축력은 너트에 토크를 가하여 조인 볼트 축방향으로 작용하는 인장력을 말한다. 다음 표에서 A종, B종의 구분은 너트와 와셔의 표면 처리의 차이에 의한 것이므로 같은 등급의 고장력 볼트 세트는 동일한 기계적 성질을 가진다. 

       A종의 고장력 볼트 세트는 너트 표면을 윤활 처리하여 토크 계수값을 저하시켜 안정시킨 것이다. 표면 처리재로 사용하고 있는 본드 처리(bond 처리: 금속 표면에 인산염 피막과 금속 피막을 형성)는 일정한 온도에서 토크 계수의 편차가 작으므로 안정된 경향을 보이지만, 온도 조건이 변하면 토크 계수값이 변하는 경향이 있다. 이것은 토크시어(T/S) 고장력 볼트를 포함하여 토크 관리법에 의하여 볼트 조임을 하는 경우에는 기본이 되기 때문에 주의한다.

토크 계수값(KS B 1010-2009)

       KS 규격에서는 토크 계수의 종류를 A종과 B종 2종류로 구분하고 있지만 규정값의 폭이 상당히 커서 도입되는 볼트 축력의 크기가 달라질 수 있기 때문에 현장에서는 체결 작업 전에 반드시 토크 계수 확인을 위한 시험이 필요하다.

       토크 계수는 제조 로트마다 표시하고 토크 계수에 근거하여 체결력을 확보하는 체결 공법은 볼트 제품의 토크 계수가 일정하고 변화하지 않는 것이 좋다. 그러나 여러 가지 요인에 의하여 어느 정도의 편차는 발생하고 있다. 볼트와 너트의 나사 부분은 방청유 변질, 이물질 부착 및 손상에 의하여 변하기 때문에 보관, 운반 및 조립 작업 등에서 볼트 제품 취급에 주의가 필요하다.

 

8) 고장력 볼트의 길이 산정

구분	내용
고장력 볼트의 길이
육각 볼트	● 철골 부재의 접합에 사용되는 볼트 길이는 볼트 머리부를 제외한 몸통 부분의 길이를 의미하며 체결 길이(접합되는 철골 부재 판 두께의 합)에 다음 표에 나타낸 길이를 더한 값을 표준으로 한다.
	● 육각 고장력 볼트 길이 산정(mm)
	● 위 표에 나타낸 더하는 길이 값은 너트 1개의 두께와 와셔 2개의 두께에 볼트 나사부의 나사산 3개 정도의 길이를 합한 값이다. 접합부에 사용되는 적정 볼트 길이는 체결 후 너트 바깥쪽으로 나사산이 3개 정도 돌출되는 길이로 선정한다. ● 규정 길이 이상의 긴 볼트를 사용할 경우에는 너트 안쪽의 나사부 길이가 짧아져서 안쪽 나사부의 응력 집중도가 높아 볼트의 연성을 저하시킨다. 볼트 길이는 KS 규격의 기준 치수에 의하여 5mm 단위로 제조되고 있다.
토크시어(T/S) 고장력 볼트	● 토크시어(T/S) 고장력 볼트의 길이
	토크시어(T/S) 고장력 볼트 길이 산정(단위: mm)
	● 토크시어(T/S) 고장력 볼트의 볼트 길이 산정은 머리부가 둥근 접시형으로 머리부에는 와셔를 사용하지 않기 때문에 육각 볼트보다 5mm 정도 짧아진다. 체결되는 부재의 판 두께에 표의 더하는 길이를 고려해 적정 길이의 볼트를 사용한다. ● 육각 고장력 볼트와 토크시어(T/S) 고장력 볼트는 기준에 근거하여 볼트 길이를 사용할 경우에는 길이 과부족에 의한 체결 불량이나 철골면에서 돌출량이 과대하여 시공 상의 문제와 내화 피복 등에 대한 영향은 없다. 그리고 이러한 길이를 표준으로 체결 후 검사를 실시할 경우에도 육안으로 불량에 대한 판단이 가능하다.

 

9) 볼트 수량 확인

구분	내용
볼트, 너트, 와셔 제조 공정을 확인	● 고장력 볼트의 기계적 성질이나 토크 계수는 볼트 세트의 제조 공정과 밀접한 관계가 있으며 제조 과정에서 각종의 검사를 통하여 품질 관리를 한다.
	● 볼트 세트 제조 공정
	● Quenching: 강재 열처리의 방법으로 강을 800℃ 정도 가열한 후 물 또는 기름에 넣어서 급냉각시키는 방법. 강의 조직을 치밀하게 하고 강질을 경화시키기 위한 방법 ● Tempering: 강재 열처리의 방법으로 담금질한 강을 400℃ 정도 이하로 가열한 후 공기 중에서 서서히 냉각시키는 방법. 담금질한 강은 너무 무디고 내부에 변형이 일어나므로 이를 조정할 목적으로 실시
볼트 접합 상세
볼트 접합 상세도 및 수량 산출서