[논문]초고층 주상복합 무량판 구조의 시공 사례

이명근; 박용현

doi:10.22636/mkci.2008.20.2.43

문제 정의

당 현장의 전체공정 계획은 과 같으며 본 내용에 서는 공기의 가장 높은 비중을 차지하는 102동 37층 건물의 지상층 골조공기와 관련된 거푸집 시스템을 중심으로 소개하고자 한다.
후분양제 시행, 기능인력 부족 등으로 향후에는 공동주택에도 골조공기를 단축시키기 위하여 주상복합 현장에 적용중인 거푸집 시스템 등이 도입될 것으로 예상된다. 본 원고에는 현대건설과 삼성건설 공동으로 시공 중인 초고층 주상복합 현장인 용산파크타워의 골조공사를 중심으로 시공 사례에 대해서 소개하고자 한다<;그림 5>.
현대건설에서도 최근 분양한 용인상현 힐스테이트, 파주힐스테이트 등을 포함하여 향후 분양 예정인 프로젝트에도 기둥식 구조로 확대 적용할 예정이다. 현대건설에서 분석한 기둥식 구조(무량판구조)에 대한 설계 및 시공사례에 대하여 간단히 소개하고자 한다.

제안 방법

1) Zoning 및 골조물량 분석한 개 동을 2개 존(zone)으로 구분하여 하루의 시차를 두고 골조공사를 순차적으로 진행하였다. Zoning시 작업소요 시간을 계산하기 위하여 1개 존의 골조물량 및 투입되는 타워(tower) 시간 등에 대한 면밀한 검토가 필요하다<그림 8, 표 2>.
1) 슬래브 및 외부 폼 : 테이블 폼+ACS 공법 적용 콘크리트의 거푸집 탈형강도 확보 및 작업의 효율성을 고려하여 3개 층 테이블 폼을 사용하였고 A 존 29개 단위, B 존 24개 단위로 계획하였으며 외부 폼은 ACS 폼 21개의 단위로 계획하였다<;그림 9, 10>. 세대 내 기둥하부에 설계된 드롭패널(drop panel) 부위(1개소)는 AL 폼을 설치하였다.
3) 엘리베이터 및 계단실 엘리베이터 PIT와 내부 계단실 폼은 강 박스 폼(steel box form)을 적용하였으며, 내부 계단부위는 옹벽을 선시공하고 계단부위는 halfen box에 의한 철근시공으로 1개 층 후속으로 시공하였다<;그림 12>.
당 현장에서는 당초 코어선행공법을 검토하였으나 양중장비의 가동률 및 현장여건 등을 고려하여 동시타설공법으로 결정하였으며 기준층을 2개 존(zone)으로 구분하고 기준층 골조공사 사이클을 4일 사이클로 시공하였다. 골조공사 기간의 추가적인 단축을 위하여 3일 사이클과도 비교 분석을 실시하였으나 마감공사, 외장공사 등 후속공정 진행속도 및 협력업체 등 현장운영상의 문제로 인하여 몇 개 층만을 시범적으로 3일 사이클을 수행하였다. 슬래브 거푸집의 조기탈형을 고려하여 콘크리트강도는 초기강도 발현이 빠른 35 MPa로 설계하였다.
본 프로젝트는 2개단지(택지1,2)로 구성되어 있으며, 지하 4 층/지상 23층～40층으로 현대건설(주)과 삼성건설(주)이 공동으로 시공하는 대규모 초고층 주상복합 프로젝트이다. 공사기 간이 41개월로 지상층 골조공사를 3일~4일 사이클로 계획하였다. 구조 형식은 지하층 SRC구조(SPS공법), 지상층 철근콘크리트 기둥식 구조(무량판)로 되어 있다.
공기단축을 위하여 고려해야할 요소는 여러 가지가 있으나 가장 핵심적인 요소 슬래브 거푸집 해체를 위해서는 콘크리트의 조기강도 확보 여부가 관건이다. 본 프로젝트의 경우는 슬래브 강도를 35 MPa로 설계하였고, 조기강도 확보를 위하여 조강제 혼합 및 동절기 내외부 보온공사(heating/system)를 실시하였다.
골조공사 기간의 추가적인 단축을 위하여 3일 사이클과도 비교 분석을 실시하였으나 마감공사, 외장공사 등 후속공정 진행속도 및 협력업체 등 현장운영상의 문제로 인하여 몇 개 층만을 시범적으로 3일 사이클을 수행하였다. 슬래브 거푸집의 조기탈형을 고려하여 콘크리트강도는 초기강도 발현이 빠른 35 MPa로 설계하였다.
내력 벽식 구조의 경우 세대 내외부 벽체 및 코어벽체 등 횡력에 대한 강성이 충분하기 때문에 구조 해석 및 설계가 비교적 용이하나 기둥식 구조(이하 ‘무량판 구조’로 표기)의 경우 횡력에 저항하는 구조강성이 내력 벽식 구조에 비해서 상대적으로 적기 때문에 설계 초기 단계부터 구조 해석에 대한 고민이 더욱 필요하다. 이에 무량판 구조의 횡력저항을 위하여 고려될 수 있는 구조 시스템 별 구조 해석 및 설계를 수행하여그 결과를 가지고 물량 분석을 실시하였으며 본 분석 내용을 기본으로 무량판 구조에 대한 구조설계지침서를 작성하여 적용중에 있다<;그림 2>.

대상 데이터

공사기 간이 41개월로 지상층 골조공사를 3일~4일 사이클로 계획하였다. 구조 형식은 지하층 SRC구조(SPS공법), 지상층 철근콘크리트 기둥식 구조(무량판)로 되어 있다. 현대건설에서는 지상부 103동(37층), 105동(34층), 106동(23층) 및 택지2 지하구간(지하4층) 및 교회부지(지하3층~지상2층)의 공사를 수행하였다.
본 프로젝트는 2개단지(택지1,2)로 구성되어 있으며, 지하 4 층/지상 23층～40층으로 현대건설(주)과 삼성건설(주)이 공동으로 시공하는 대규모 초고층 주상복합 프로젝트이다. 공사기 간이 41개월로 지상층 골조공사를 3일~4일 사이클로 계획하였다.

이론/모형

본 프로젝트는 도심지공사이면서 초고층공사이기 때문에 가설계획 등이 복잡하고 또한 현장 부지가 협소하여 철근가공은 공장가공을 실시하였고<그림 13> 이로 인하여 철근공사의 품질 향상 및 원가절감 효과를 기대 할 수 있었다. 기둥철근은 PREFAB공법(현장조립)을 적용하여 기둥 2~3개 층 선 조립하여 시공하였다.

성능/효과

2) 3일과 4일 사이클 비교한 개 층의 골조공사 사이클을 3일과 4일로 비교한 결과 102 동의 경우 약 1.5개월 정도 골조기간을 단축시킬 수 있었다<;표 3～5>. 공기단축을 위하여 고려해야할 요소는 여러 가지가 있으나 가장 핵심적인 요소 슬래브 거푸집 해체를 위해서는 콘크리트의 조기강도 확보 여부가 관건이다.
내력 벽식 구조와 기둥식 구조의 골조 물량에 대한 비교 분석 결과 무량판 구조의 경우 골조공사비는 약간 감소하나 마감 공사(경량칸막이) 및 전기, 설비 공사비의 상승으로 전체적인 공사비는 약 3.4%~7.4% 정도 공사비가 상승하는 것으로 분석되었다<;그림 4>.
이로 인해 거푸집 보완작업으로 공기에 대한 손실이 불가피하다. 연중 비작업일수는 비, 눈, 혹한기, 휴일 등을 고려한 결과 2001년부터 2004년까지 년중 평균 비작업일수는 약 77일로 계산되었다<;그림 7>.

후속연구

또한 거푸집 시스템도 기존 내력 벽식 구조와 동일한 방법으로 시공하고 있다. 그러나 일반 공동주택의 무량판 구조에 대한 인식의 폭이 넓어지고 설계 및 시공기술이 보편화되고 또한 후분양제 시행, 기능인력 부족 등에 대비하여 골조공기를 단축시키기 위하여 거푸집 시스템, 철근배근 공법, 평면계획 등 다양한 연구가 수행될 것으로 생각된다.
주상복합을 중심으로 일반화되어 있는 초고층 무량판 구조의 시공에 필요한 공법, 요소기술에 대한 발전 및 인식의 폭도 넓어지고 있는 것이 현실이다. 향후에는 초고층건축 설계 및 시공기술이 축적되어 많은 발전이 있으리라 기대하며 현시점에서 보다 계획적이고 고품질의 시공을 위해서 설계초기단계부터 건축계획, 구조설계, 공법등과 연계하여 거푸집계획, 양중계획, 공정관리계획 등 종합적인 공사관리에 대한 사전계획이 충분한 경험과 지식을 바탕으로 정확하게 수립되어야 하며, 또한 실제 시공현장에서 발생한 문제점들을 개선하고자 하는 적극적인 엔지니어의 마인드가 필요하며 또한 설계자와의 지속적인 피드백이 필요하다고 생각한다.
공동주택의 구조 형식을 과거에는 내력 벽식 구조로 적용하는 것이 일반적이었으나 거주자 수요의 다양화 및 주택정책의 변화 등으로 최근들어 공동주택(주상복합 포함)의 구조 형식을 내력 벽식 구조 보다는 기둥식 구조로 설계, 시공하는 사례가 증가하고 있다<그림 1>. 현대건설에서도 최근 분양한 용인상현 힐스테이트, 파주힐스테이트 등을 포함하여 향후 분양 예정인 프로젝트에도 기둥식 구조로 확대 적용할 예정이다. 현대건설에서 분석한 기둥식 구조(무량판구조)에 대한 설계 및 시공사례에 대하여 간단히 소개하고자 한다.
무량판 구조로 설계되어 있는 공동주택의 골조공사는 내력 벽식 구조의 거푸집 시스템과 동일한 형식으로 시공되고 있다. 후분양제 시행, 기능인력 부족 등으로 향후에는 공동주택에도 골조공기를 단축시키기 위하여 주상복합 현장에 적용중인 거푸집 시스템 등이 도입될 것으로 예상된다. 본 원고에는 현대건설과 삼성건설 공동으로 시공 중인 초고층 주상복합 현장인 용산파크타워의 골조공사를 중심으로 시공 사례에 대해서 소개하고자 한다<그림 5>.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내력 벽식 구조의 장점은?	내력 벽식 구조의 경우 세대 내외부 벽체 및 코어벽체 등 횡력에 대한 강성이 충분하기 때문에 구조 해석 및 설계가 비교적 용이하나 기둥식 구조(이하 ‘무량판 구조’로 표기)의 경우 횡력에 저항하는 구조강성이 내력 벽식 구조에 비해서 상대적으로 적기 때문에 설계 초기 단계부터 구조 해석에 대한 고민이 더욱 필요하다. 이에 무량판 구조의 횡력저항을 위하여 고려될 수 있는 구조 시스템 별 구조 해석 및 설계를 수행하여그 결과를 가지고 물량 분석을 실시하였으며 본 분석 내용을 기본으로 무량판 구조에 대한 구조설계지침서를 작성하여 적용중에 있다<그림 2>.
	공동주택을 기둥식 구조로 설계, 시공하는 사례가 증가하는 이유는?	공동주택의 구조 형식을 과거에는 내력 벽식 구조로 적용하는 것이 일반적이었으나 거주자 수요의 다양화 및 주택정책의 변화 등으로 최근들어 공동주택(주상복합 포함)의 구조 형식을 내력 벽식 구조 보다는 기둥식 구조로 설계, 시공하는 사례가 증가하고 있다<그림 1>. 현대건설에서도 최근 분양한 용인상현 힐스테이트, 파주힐스테이트 등을 포함하여 향후 분양 예정인 프로젝트에도 기둥식 구조로 확대 적용할 예정이다.
	기둥식 구조의 구조 설계 시 주의할 사항은?	무량판 구조는 슬래브의 처짐, 불균형모멘트에 의한 전단편심 설계, 뚫림전단에 의한 붕괴 방지 등 구조 설계 시 주의해야 할 내용이 많다. 특히 평면 계획 시 AD, PD등 개구부가 기둥에 근접하지 않도록 주의가 필요하며, 또한 기둥에 전기배관을 위한 박스(home automation 등)를 매립하여 기둥 단면의 결손이 불가피하게 발생되는 사례가 있다.

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