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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 앞에서 언급한 콘크리트 배합설계 및 매스 콘크리트 수화열 저감 엔지니어링, 골조공사의 성력화(省力化) 및 프리패브(Pre-fab)화 등과 같은 초고층 건축공사 개발이 필요한 요소기술 중의 한 분야로 초고층 건축물 기둥철근의 3개층 선조립 공법을 제안하고자 한다. 이것은 초고층 건축시공기술의 향상, 노동집약적인 공종에서 프리패브화 함으로서 건설산업의 생산성 향상과 지상에서 선조립하여 양중·설치하기에 골조공기의 단축이 가능할 것이고, 현장 대부분의 철근 조립인력이 지상 철근 조립장에서 작업을 시행하여 소수 작업자만이 지상층에서 선조립 철근의 조립만을 수행하므로 안전한 건축공사를 진행하는데 기여할 것으로 사료된다.
- 본 연구는 초고층 건축물 기둥철근을 3개층 선조립하여 시공할 때 얻을 수 있는 효과를 실제사례를 통해서 검증하여 철근공사의 성력화에 기여하고자 한다. 따라서 본 연구의 대상은 초고층 건축물로 하였으며, 구조형식은 철근콘크리트 구조로 하였다.
제안 방법
- (1) 기존 연구를 통해서 골조공사의 생산성과 성력화 현황 및 철근공사의 현황을 파악하였다.
- (3) 사례분석을 통해 3개층 기둥철근 선조립공법의 원가, 공정상 효과를 파악하고, 적용상의 주의사항을 제시하였다.
- 철근 선조립을 시행하는데 있어서 검토하여할 사항은 매우 다양할 수 있다. 그러나 모든 요소를 검토하기 보다는 대표적으로 문제가 될 수 있는 방법별로 검토하여 결정함으로서 철근 선조립이 공기, 원가, 안전, 작업성 등의 측면에서 유리한 요소 방법을 찾기위해 철근가공과 선조립 장소, 철근 이음방법, 철근 선조립 층수 등을 대상으로 비교·검토하면 다음과 같다.
- 따라서 초고층 건축물 시공에 있어서 수직물류의 효율화를 기해서 초고층 건축물 공기를 단축하기 위해서는 상기 문제를 해결 할 수 있는 새로운 철근 조립공법의 도입이 절대적으로 필요한 상황이다. 그러므로 사례현장에서는 철근 이음방법 개선, 양중횟수의 축소, 1회 양중철근량 확대, 건물위의 조립인력과 조립장의 조립인력의 구분, 즉 선조립 공법의 채택 등을 검토하였다.
- 철근을 가공하는 방법으로는 현장에서 가공하는 현장가공과 철근가공을 전문적으로 시행하는 철근가공공장 또는 철근가공장에서 가공하는 방법으로 구분할 수 있다. 그리고 선조립하는 장소별로 가공된 철근을 철근가공공장 또는 철근가공장에서 선조립해서 운반하여 선조립하는 방법, 철근가공공장에서 가공된 철근을 현장으로 운반하여 현장에서 선조립하는 방법, 그리고 현장에서 철근을 가공하고 가공된 철근을 현장에서 선조립하는 방법으로 구분할 수 있다.
- 기둥철근의 3개 층 선조립 공법을 사례현장에 적용한 결과를 원가측면에서 살펴보기 위해서 철근의 절감부분을 우선적으로 알아보면 다음 표 10과 같은데, 3개 층 선조립을 시행하여 매층마다 조립하고, 겹침이음공법을 적할 경우 대비해서 210Ton의 철근이 절감되었다.
- 기둥철근의 조립(세우기) 인력의 평준화를 위해서 각 건물을 두 개의 작업 Zone으로 구분하였다. 작업 Zone 구분은 철근 작업인력의 평준화뿐만 아니라 거푸집 작업인력의 평준화 그리고 콘크리트 타설량의 적절한 배분 및 콘크리트 타설인력의 평준화를 동시에 만족시킬 수 있기 때문에 구분한 것이다.
- 셋째 철근을 인양할 때 선조립된 철근망이 변형되는 것을 방지하기 위한 대책이 충분히 강구되어져야겠다. 본 사례현장에서는 D25 철근으로 상단, 중앙, 하단부분을 보강하였고, 가새로 보강하여 변형을 예방하였다.
- 본 사례현장에서는 철근가공공장에서 가공된 철근을 현장에 반입하여 현장에서 선조립후 인양하여 조립하는 방법을 채용하였다. 그 이유는 표 2에 제시된 내용과 같이 제강사에서 반입된 철근을 현장에 야적할 만한 공간확보가 불가능하였고, 철근손율 측면에서도 유리할 뿐만 아니라 철근관리가 현장가공보다 공장가공이 유리하다는 판단에서 공장가공을 선택하였다.
- 기둥철근을 3개 층 선조립을 위하여 수직 Zoning을 하였는데, 이것은 양중하는 기둥 철근 개수를 층별로 분산하여 한 개층 양중횟수를 최소화하기 위함이었다. 사례현장에서 수직 Zoning을 세 개의 그룹으로 기둥을 나누어서 각 층별로 조립하여야 하는 기둥의 수를 적절하게 배분되도록 하였다(그림 5 참조).
- 선조립시 철근 이음과정이 작업시간 등 다른 요소와 관련이 크기 때문에 철근 이음방법별로 표4와 같이 강점과 약점을 분석하였으며, 본 사례현장에서는 겹침이음과 기계적이음을 적용 공법으로 선정하여 시행하였다.
- 초고층 건물을 시공할 경우 양중장비의 과부하가 문제가 되므로 양중횟수를 최소화하는 방향으로 공사계획을 수립하는 것이 바람직하다. 양중횟수를 산정하기에 앞서 기둥철근망의 중량을 표 6과 같이 산정하여 타워크레인으로 양중가능 여부를 판단하였다. 그 후에 본 사례현장에서 기둥철근의 2개 층 선조립과 3개 층 선조립의 양중횟수 측면에서 살펴보면 B동의 기둥 개수가 32개이므로 5층부터 40층까지 기둥철근의 선조립을 시행하면 3개 층선조립을 시행할 경우 기둥철근의 선조립된 철근망은 384개의 철근망을 양중해야 되고, 2개 층을 선조립할 경우는 576개의 철근망을 양중 해야 된다.
- 최근 국내외에서 많이 건설되고 있는 초고층 건축물의 시공에서 골조공사 중 철근공사에서 도출될 수 있는 철근 이음물량이 과다하게 발생하는 것, 초고층인 관계로 양중시간이 과다하게 소요되고 양중횟수가 많다는 문제점, 그리고 작업인력의 평준화가 어렵다는 문제점 등을 해결하기 위해서 기둥철근의 3개 층 선조립 공법을 계획하였고, 사례적용을 통하여 그 결과를 분석하였다.
대상 데이터
- (2) 3개층 기둥철근 선조립공법을 적용한 사례를 조사하였다.
- 본 연구는 초고층 건축물 기둥철근을 3개층 선조립하여 시공할 때 얻을 수 있는 효과를 실제사례를 통해서 검증하여 철근공사의 성력화에 기여하고자 한다. 따라서 본 연구의 대상은 초고층 건축물로 하였으며, 구조형식은 철근콘크리트 구조로 하였다. 또한 골조공사 중에서도 기준층 기둥철근공사만을 연구대상으로 한정하였다.
- 따라서 본 연구의 대상은 초고층 건축물로 하였으며, 구조형식은 철근콘크리트 구조로 하였다. 또한 골조공사 중에서도 기준층 기둥철근공사만을 연구대상으로 한정하였다.
- 기둥 철근의 3개층 선조립 공법을 적용하는 과정에서 발생하거나 발생할 수 있는 문제점으로는 첫째 선조립 작업을 시행 할 수 있는 장소의 확보이다. 본 사례에서는 약 300M2의 선조립장을 현장내에 확보하여 시행하였다. 둘째 조립된 철근의 전도를 예방하는 것이 무엇보다 중요하다.
- 본 연구의 사례현장은 서울시 용산에 위치한 ○○타워 신축공사현장으로 건물규모는 지하4층 지상40층의 건물로써 지하는 주차공간으로 지상은 주상복합시설(공동주택+오피스텔)로 구성되어 있다(표 3 참조). 시공사는 A사와 B사가 공동도급으로 수행하고 있다.
성능/효과
- 그 결과 전체 공사금액 대비 절대적인 량을 적은 금액이나 원가 절감이 가능하고, 골조공사의 공정을 단축할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 초고층 골조공사에서 도출되는 문제점, 즉 이음물량의 과다.
- 본 사례현장에서는 철근가공공장에서 가공된 철근을 현장에 반입하여 현장에서 선조립후 인양하여 조립하는 방법을 채용하였다. 그 이유는 표 2에 제시된 내용과 같이 제강사에서 반입된 철근을 현장에 야적할 만한 공간확보가 불가능하였고, 철근손율 측면에서도 유리할 뿐만 아니라 철근관리가 현장가공보다 공장가공이 유리하다는 판단에서 공장가공을 선택하였다. 기둥철근의 선조립 장소를 철근가공공장으로 결정할 경우 철근의 운반비 측면에서 상승분이 너무 크기 때문에 현장 조립으로 결정하였다.
- 기존에 시공된 초고층 건물을 대상으로 하여 현장자료 및 현장관리자를 대상으로 조사한 결과 초고층 건축물 철근 시공에서 도출되는 문제점으로는 첫째 수직부재 특히 기둥철근 이음물량이 과다하게 발생하여 철근 투입량의 증가, 둘째 시공중인 건물이 초고층인 관계로 양중시간이 과다하게 투입, 셋째 수직부재를 매층 시공할 경우 양중횟수의 증가로 인해서 인력 및 장비의 손실 발생, 넷째 초고층 건물이 여러 동을 시공할 경우 매층 철근을 시공할 경우 동별로 철근 조립량의 차이로 인해서 철근공 투입인력의 평준화가 불가능하다는 문제점이 나타나고 있다.
- 따라서 현장가공과 공장가공과 같은 가공방식 또는 장소에 의해서 철근 손율이 크게 좌우되는 것이 아니라 현장가공 및 공장가공 공통적으로 철근 배근시공도의 작성 및 철근가공도의 작성을 통하여 제강사 발주시 최적의 정척을 발주하는 것이 철근 손율을 최소화하는데 가장 효율적인 것으로 사료된다.
- 적절한 공법을 선정하기 위하여 커플러 단가와 지그 비용을 선조립을 수행하는 층수별, 즉 2개층 선조립 방법과 3개 층 선조립 방법의 공사비를 비교하여 공사비 측면에서 유리한 3개 층의 기둥을 선조립할 경우 이음 개소수가 감소함으로서 2개 층의 기둥철근을 선조립하는 비용보다 약 3천3백만 원 정도 절감되는 것으로 분석되었다(표 5 참조).
후속연구
- 건설업 분야에서의 생산성은 건설산업의 생명이라 할 수 있는 시공능력을 평가할 수 있어야 하며 그러한 자료가 활용될 때 건설회사들의 시공능력 향상과 실질적인 경쟁력확보가 가능할 것이다. 이러한 건설산업의 생산성을 측정하는 방법으로 복합적인 투입자원 중 가장 대표적인 몇 가지에 중점을 두고 측정하는 부분생산성, 가능한 모든 투입자원을 고려하여 측정하는 총 생산성 그리고 생산활동의 부가가치에 관점을 두고 있는 가치생산성으로 구분할 수 있다 (김예상, 1994).
- 따라서 본 기둥철근의 3개 층 선조립 공법을 기둥철근뿐만 아니라 벽체 철근 등에 확대함으로서 초고층 건축물 골조시공 기술의 향상을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 벽체 철근의 3개 층 선조립공법 등에 대한 추가적인 검토와 사례적용이 필요할 것으로 사료된다.
- 따라서 본 기둥철근의 3개 층 선조립 공법을 기둥철근뿐만 아니라 벽체 철근 등에 확대함으로서 초고층 건축물 골조시공 기술의 향상을 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 벽체 철근의 3개 층 선조립공법 등에 대한 추가적인 검토와 사례적용이 필요할 것으로 사료된다.
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