[논문]해체.조립식 모듈러 철골조 건물의 시공성에 관한 연구

정성림; 강주원; 박성무

해체.조립식 모듈러 철골조 건물의 시공성에 관한 연구
A Study on the Constructability of Modular Steel Frame 원문보기

본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보가 볼트 접합된 접합부를 가진 모듈러 건물의 시공성을 평가하는 것이 연구의 목적이다. 모듈러 건축의 장점은 공사기간 단축, 경량성, 이동가능성 등으로 볼 수 있다. 반면에 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시킬 수 있고 많은 공장들이 외부 지역에 있으므로 이들을 도심지나 원하는 지역으로 이동하기 위해서는 비용이 추가된다. 그리고 유닛이나 모듈 설치에 크레인 등의 장비 사용으로 인해 시공비용이 증가될 수 있는 단점들이 존재한다. 본 연구에서는 앞서 연구한 모듈형상에 근거하여 해체조립이 용이한 모듈러 건축물의 시공사례를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 모듈러 건물의 시공성을 평가하고자 한다.

The object of this paper is to evaluate on constructability of modular steel frame with the hollow structural steel section to LEB C-shape. A modular building is built with factory-manufacture and site-construction. The advantage of a Modular building presents that enhanced building quality, shortened construction period and easy at an expansion and enlargement for buildings but also has demerits such as size restriction of the modular units according to the Road Traffic Law and Inflexibility of the unit composition. So in this study we use light-weighted structure members with bolted joint for easy Knock-down and traffic, also we evaluated the constructability of this bolted joints type modular buildings.

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문제 정의

본 연구는 해체조립이 용이한 모듈러 철골조 시스템 개발에 관한 연구로서 해체조립이 용이하도록 볼트접합부를 개발하였고 실험을 통하여 접합부 강성을 평가하였으며 후속 연구로 모듈러 철골조 건물의 상용화 가능성을 평가하기 위하여 경제성 및 시공성을 평가하였다.
본 연구에는 볼트 접합부를 가진 모듈러 건축물의 시공사례를 구성하였고 이를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 본연구에서 제안한 모듈러 시스템의 경제성 및 시공성을 평가하고자 한다.
따라서 파손이 많이 발생할 수 있으며 이로 인한 유지보수 비용이 증가하여 건물 전체의 생애주기비용 측면에서 볼 때 비용이 크게 증가될 가능성이 있다. 본 연구에서 제안한 모듈러 시스템과 기존의 모듈러 시스템의 초기공사비와 운반비 측면에서 비교분석을 통하여 본 연구에서 제안한 모듈러 공법을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 수요에 대응하기 위하여 모듈자체가 해체 . 조립이 용이하고 수출 시에도 모듈 크기의 영향을 적게 받고자 기등과 보접합부에 볼트접합을 사용하였다.

제안 방법

공종별 공사비 중 공사현장 여건에 따라 차이가 심한 토목 공사비와 냉난방 방식, 설비체계 구성 등에 따라 편차가 심한 기겨]/전기설비 공사비를 제외한 건축공사를 중심으로 비교를 진행해 보았다. m2 당 공사비는 기존 연구를 기준으로 할 때 모듈러 (80%)<기존 모듈러(100%)으로 본 연구의 모듈러가 20% 경제적인 것으로 나타났다: 이는 기존 모듈러 건물이 2층 건물로 기초공사나 장비사용 등 비용에서 본 연구보다 많이 나타난 것으로 사료된다.
구성하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제작 된 프레임은 현장에 운반한 후 현장에서는 먼저 바닥프레임과 단변 방향 프레임을 설치하여 골조를 형성한다(표 5). 그리고 지붕 프레임을 설치 및 실내외 마감 공사를 진행하였다. 본 연구에서는 두 가지 타입으로 시공했다.
실제 시공된 공사사례와 같은 규모의 사례로 공기분석을 진행하면 좋으나 본 연구에서는 편의상 1개 모듈을 기준으로 시공사례를 구성하였기에 기존 연구의 결과 중 1개 모듈단위에 소요되는 현장 작업 시간과 비교 분석하였다(표 9). 기존 연구에서 모듈 1 개의 표준 작업시간은 3.
본 연구에서는 두 가지 타입으로 시공했다.<표 5>와 같이 모듈의 운반성을 용이하게 하기 위하여 단변방향 프레임을 바닥 프레임에 접합한 후접을 수 있게 골조를 형성하였다. 따라서 일반화 물차로 운반할 수 있는 이점이 있으며 기존의 고정식 모듈러 건물과 비교할 때 운반비용을 절감할 수 있다.
자재를 공장에 반입한 후 공장에서 단변방향과 바닥, 지붕 프레임을 각각 제작한다. 제작 된 프레임은 현장에 운반한 후 현장에서는 먼저 바닥프레임과 단변 방향 프레임을 설치하여 골조를 형성한다(표 5).

대상 데이터

본 연구의 시공사례에서 사용된 모듈러 건물의 치수는 5, 600mm(L)x2, 400mm(B)x2, 700mm(H)이며 구조 평면은와 같다.

성능/효과

1) 공기단축 : 기존의 전통적인 빌딩건설방식에 비해 평균 50%로 공기가 단축된다. 반면 현장 건설 전에 보다 많은 준비기간을 필요로 한다.
1) 작업시간 분석 결과 기존의 모듈러보다 7%의 시간 단축효과가 있었다.
2) 초기투자비 분석결과 기존의 모듈러를 기준으로 하였을 경우 본 연구의 모듈러가 15% 비용이 적게 투입되는 것으로 분석되었으며 순 건축공사비의 경우 11%정도 적게 나타났다.
2) 품질의 안전성 : 공장생산에 바탕을 두는 품질관리 기법과 기준의 도입으로 고품질의 달성이 가능하게 된다.
3) 경량화 : 모듈러 건물은 조적조 건물에 비하여 무게가 30% 정도에 불과하기 때문에, 기존건물에 대한 하중부담을 줄이면서 기존건물 상층부 증축에 효과적이다.
3) 기존 연구의 모듈러 시스템과 운반비를 비교할 경우 본 연구의 모듈러가 23%~63%정도 저렴한 것으로 분석되었는데 이는 자재를 일반화물차량을 사용하여 현장에 운송하기 때문이다
4) 이동의 용이성 : 건식공법인 철골조 모듈로 건립되므로 해체 및 재설치가 용이하다.
5) 디자인의 융통성 : 철골조 모듈은 수직 또는 수평으로 우수한 구조성능을 지니므로 다양한 평면 조합이 가능하다.
6) 건설공사의 안전성 : 현장에서 엄격한 통제가 용이하여 건설 안전성을 확보가 가능하다.
7) 융통성과 확장성 : 모듈의 추가 및 제거 등을 신속히 처리할 수 있으며, 인접건물에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
비교 분석하였다(표 9). 기존 연구에서 모듈 1 개의 표준 작업시간은 3.3 시간1)으로 산출되었으며 본 연구에서는 시공과정을 기록하여 시공사례분석을 통한 결과 골조설치부터 마감까지 모듈 1개의 설치 작업시간은 3.05시간으로 산출되었다(표 10). 따라서 본 연구의 모듈러가 기존의 모듈러 방식보다 7%의 시간 단축효과가 있는 것으로 나타났으나 이는 시공사례의 모듈크기가 다르기에 발생한 차이로 판단된다.
따라서 기존의 유닛 모듈러 운송 방식과 비교하였을 경우 운송비용을 23%~63%정도 절감할 수 있는데 이는 기존에 존재하는 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시키는 문제를 해결할 수 있으며 이로 인한 전체적인 비용 절감도 기대할 수 있다. 뿐만 아니라 이런 접근방법으로 모듈크기가 제한을 받는 문제점도 해결할 수 있다
05시간으로 산출되었다(표 10). 따라서 본 연구의 모듈러가 기존의 모듈러 방식보다 7%의 시간 단축효과가 있는 것으로 나타났으나 이는 시공사례의 모듈크기가 다르기에 발생한 차이로 판단된다. 시공과정에서 판넬마감 설치 등 마감공사 진행 시 현장에서 치수조정 등 수작업이 발생하여 시간이 다소 지연되는 현상이 발생하였는데 이는 타당성을 분석하는 시공사례로서 제작 시 발생한 문제점으로 파악되며 향후 정확한 설계와 공장 제작과정을 거치면 시간 단축효과가 더 클 컷으로 판단된다.
본 연구의 해체 조립식 모듈러 공법은 일반 화물차량을 이용한 운반비로서 기존의 운송방식에서 오는 비용을 절감시킬 수 있는 공법이라 할 수 있다. 본 연구에서 산출된 운반비를 기준으로 기존 연구2)와 비교했을 경우 본 연구의 모듈러(37%)<기존 연구 2(60%)<기존연구 1(100%)으로 나타나 운반에 따른 비용을 절감할 수 있는 방식으로 나타났다.
초기투자비는 기존 연구의 모듈러를 기준으로 본 연구의 모듈러(89%)<기존모듈러(100%)으로 산출되어져본 연구의 모듈러가 11% 경제적인 것으로 분석되었다 이러한 결과가 도출된 이유는 기존 모듈러가 본연구에 비하여 주골조 부재의 사용량 및 바닥 콘크리트 사용량이 상대적으로 많기 때문으로 판단된다.

후속연구

따라서 본 연구의 모듈러가 기존의 모듈러 방식보다 7%의 시간 단축효과가 있는 것으로 나타났으나 이는 시공사례의 모듈크기가 다르기에 발생한 차이로 판단된다. 시공과정에서 판넬마감 설치 등 마감공사 진행 시 현장에서 치수조정 등 수작업이 발생하여 시간이 다소 지연되는 현상이 발생하였는데 이는 타당성을 분석하는 시공사례로서 제작 시 발생한 문제점으로 파악되며 향후 정확한 설계와 공장 제작과정을 거치면 시간 단축효과가 더 클 컷으로 판단된다.

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