지하옹벽 무지주 거푸집 개발 및 경제성 분석에 관한 연구 A Study on the Development of a Non-supporting Form for Basement Wall and the Analysis on Its Economical Efficiency원문보기
건축공사에서 지하공사는 주공정으로 전체공기와 공사비에서 큰 부분을 차지하고 있으며, 특히 도심지의 경우 해마다 규모가 증가하고 있다. 현재 현장에서 시공하는 지하옹벽은 많은 기능 인력이 필요하고, 공사기간 측면에서도 불리한 유로폼+솔져시스템에 의하여 공사가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 토목공사 현장에서 일부 사용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로하여 건축공사에 적용 가능한 무지주 거푸집을 개발하였다. 또한 거푸집의 크기를 가정하여 건축공사 현장에서 가장 많이 사용되는 유로폼+솔져시스템과 경제성 측면에서 비교.분석하였다. 연구 결과, 합성 무지주 거푸집은 유로폼+솔져시스템에 비해 공사비가 약 9%높게 나타났으며, 비합성 무지주 거푸집은 약 9%낮게 나타났다. 하지만 합성 무지주 거푸집의 경우 구조체공사에서 콘크리트와 철근의 물량이 현저히 감소하여, 기존옹벽 시공가격 보다 약 35% 경제적 원가절감 효과를 볼 수 있다.
건축공사에서 지하공사는 주공정으로 전체공기와 공사비에서 큰 부분을 차지하고 있으며, 특히 도심지의 경우 해마다 규모가 증가하고 있다. 현재 현장에서 시공하는 지하옹벽은 많은 기능 인력이 필요하고, 공사기간 측면에서도 불리한 유로폼+솔져시스템에 의하여 공사가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 토목공사 현장에서 일부 사용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로하여 건축공사에 적용 가능한 무지주 거푸집을 개발하였다. 또한 거푸집의 크기를 가정하여 건축공사 현장에서 가장 많이 사용되는 유로폼+솔져시스템과 경제성 측면에서 비교.분석하였다. 연구 결과, 합성 무지주 거푸집은 유로폼+솔져시스템에 비해 공사비가 약 9%높게 나타났으며, 비합성 무지주 거푸집은 약 9%낮게 나타났다. 하지만 합성 무지주 거푸집의 경우 구조체공사에서 콘크리트와 철근의 물량이 현저히 감소하여, 기존옹벽 시공가격 보다 약 35% 경제적 원가절감 효과를 볼 수 있다.
In an architectural construction, underground construction is a critical path forming a major part of the total construction period and cost, and particularly in big cities, its size has been increasing every year. A basement wall currently constructed in the field needs a large functional work forc...
In an architectural construction, underground construction is a critical path forming a major part of the total construction period and cost, and particularly in big cities, its size has been increasing every year. A basement wall currently constructed in the field needs a large functional work force, and the construction is under progress by the Euroform and Soldier system, which is disadvantageous in terms of the construction period. Therefore, in this research, non-supporting forms which are applicable to the buildings construction were developed, based on the non-supporting forms partly used in some civil engineering works. In addition, the size of a form was assumed and its economical efficiency was compared to that of the Euroform and Soldier system which is used most in construction fields, and the results were analyzed. The study results showed that the construction cost of composite non-supporting forms was higher than that of the Euroform and Soldier system by about 8%, and the construction cost of non-composite non-supporting forms were lower than that of the Euroform and Soldier system by about 9%. However, in the case of composite non-supporting forms, the amount of concrete and reinforcing rods remarkably decreased in structural construction, so it has the effect of an economical cost reduction compared to the construction cost of existing walls by about 35%
In an architectural construction, underground construction is a critical path forming a major part of the total construction period and cost, and particularly in big cities, its size has been increasing every year. A basement wall currently constructed in the field needs a large functional work force, and the construction is under progress by the Euroform and Soldier system, which is disadvantageous in terms of the construction period. Therefore, in this research, non-supporting forms which are applicable to the buildings construction were developed, based on the non-supporting forms partly used in some civil engineering works. In addition, the size of a form was assumed and its economical efficiency was compared to that of the Euroform and Soldier system which is used most in construction fields, and the results were analyzed. The study results showed that the construction cost of composite non-supporting forms was higher than that of the Euroform and Soldier system by about 8%, and the construction cost of non-composite non-supporting forms were lower than that of the Euroform and Soldier system by about 9%. However, in the case of composite non-supporting forms, the amount of concrete and reinforcing rods remarkably decreased in structural construction, so it has the effect of an economical cost reduction compared to the construction cost of existing walls by about 35%
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 토목공사 현장에서 적용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로 하여 건축공사 현장에 적용 가능한 무지주 거푸집 개발에 목적이 있다. 또한 Mock up test를 통하여 건축공사의 적용가능성을 검토하였으며, 기존공법인 유로폼+솔져시스템과 경제성 분석을 실시하였다.
본 연구는 합성·비합성 무지주 거푸집공법과 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 유로폼+솔져시스템을 비교하였다.
선행 연구1)에서는 토목공사 현장에서 적용되고 있는 무지주 거푸집 사례를 조사하고, 건축공사 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 유로폼+솔져시스템과 경제성을 분석하였다. 본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 건축공사에 적용할 수 있는 무지주 거푸집 모델을 개발하고, 모델의 경제성을 분석하는 것을 연구범위로 설정하였다. 이를 위해 무지주 거푸집 공법의 요소기술을 개발하고, 공법 모델을 구축하였다.
본 연구에서는 토목현장에서 사용되고 있는 무지주 거푸집을 건축현장에 적용하기 위하여 합성·비합성 무지주 거푸집을 개발하였으며, 현장적용을 위하여 경제성을 분석하였다.
가설 설정
10) H-pile+토류판을 흙막이로 사용할 경우 설계 시 콘크리트 하중 계획을 고려하여 설계해야 한다.
3) 고정용 볼트는 콘크리트의 압축강도가 5Mpa에 도달하였을 때 해체한다.
6) 고정용 볼드와 윙너트 설치 시 옹벽의 두께가 유지되도록 주의한다.
7) 거푸집 인양 시 철근의 변형이 발생하지 않도록 주의한다.
조사한 사례현장도 폭을 두 개의 스팬(Span)으로 형성하였다. CIP단면의 지름을 450mm로 하고, CIP단면 치핑 간격을 1.8m로 가정하였다. 또한 하나의 작업조가 하루에 작업 가능할 거푸집의 길이를 24m로 가정하였다8).
본 연구는 합성·비합성 무지주 거푸집공법과 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 유로폼+솔져시스템을 비교하였다. 두 공법의 자재비, 노무비 비교를 통해 결과를 도출하기 위해 전문가와의 상담을 통하여 유니트(Unit)를 가정하였다. 그 이유는 Mock up test에서 제작한 비합성 무지주 거푸집 한 개 유니트의 크기가 너무 작아서 경제성 분석을 하기에는 적합하지 않기 때문이다.
6m로 시행한 결과 적용 가능하였다. 따라서 거푸집 높이는 3.6m로 가정하였다. 또한 CIP공법에서 단면의 지름을 400mm 또는 450mm를 규격으로 사용하고 있다7).
8m로 가정하였다. 또한 하나의 작업조가 하루에 작업 가능할 거푸집의 길이를 24m로 가정하였다8). 따라서 1회 작업면적은 24m×3.
무지주 거푸집의 코팅합판은 전용횟수가 25~30회이며, 유로폼+솔져시스템의 경우 유로폼 전용횟수가 20회이기 때문에 전용 횟수는 20회로 가정하였다.
유로폼+솔져시스템과 무지주 거푸집에 사용되는 공통자재의 단가는 2009년 9월 실제 현장에서 거래되고 있는 가격을 기준으로 산정하였다. 하지만 무지주 거푸집의 경우연구에 의해 개발된 일부 자재는 현재 유통되는 단가 적용이 어렵기 때문에 단가를 가정하여 산정하였다. 또한 노무비단가는 대한건설협회에서 작성한 2009년 하반기 적용 건설업 임금실태 조사 보고서(시중노임단가)에서 제시하고 있는 금액을 적용하였다.
제안 방법
1) 국내에서 사용되는 지하층 옹벽 거푸집을 기존 문헌 조사를 통하여 고찰하였다.
2) 무지주 거푸집이 적용된 A지하차도, B환경자원센터 의 공사 자료를 수집․분석 하였다.
3) 개발된 무지주 거푸집을 Mock up test를 통하여 시공상의 주의사항을 확인하였으며, 거푸집제작 크기를 가정하여, 소요되는 자재비․노무비를 분석하였다.
4) 공사비 분석은 유로폼+솔져시스템과 합성·비합성 무지주 거푸집 공법의 재료비 및 노무비를 바탕으로 경제성(순공사원가)을 분석하는 것으로 하였다.
9) 스터드커플러를 용접 후 적절한 검사를 실시하여 용접부의 마무리 높이 및 기울기 검사를 실시한다.
B환경자원센터 신축 공사현장은 비합성 무지주 거푸집을 적용한 현장으로써, 주열식 흙막이(CIP)를 치핑하고, 흙막이에 내장된 H-pile에 앵커 플레이트를 용접하여 거푸집을 지지하는 방식을 사용하였다. 이 현장은 지하 2층 구조물로써, 그 높이가 9,700mm로 1,500~2,000mm 간격으로 4단을 설치하였다.
거푸집공사 시 현장 적용에 있어 공사비 측면에서 불리하게 되면 현장적용에 어려움이 많기 때문에 자재비, 노무비를 통해 순공사원가를 비교·분석하였다.
공사비 합계는 재료비와 노무비를 기초로 하여 순공사원가를 산정하여 비교하였다. 순공사원가에 포함되어 있는 경비의 경우 재료비와 노무비의 일정한 비율로 산출되므로 공사비 합계 비교에서는 제외하였다.
따라서 본 연구에서는 토목공사 현장에서 적용되고 있는 무지주 거푸집을 기초로 하여 건축공사 현장에 적용 가능한 무지주 거푸집 개발에 목적이 있다. 또한 Mock up test를 통하여 건축공사의 적용가능성을 검토하였으며, 기존공법인 유로폼+솔져시스템과 경제성 분석을 실시하였다.
모델의 현장 시공성을 평가하기 위해 Mock up test를 실시하였다. 또한 거푸집제작크기를 가정하여 개발된 공법의 경제성을 검토하였다.
본 연구에서는 토목현장에서 사용되고 있는 무지주 거푸집을 건축현장에 적용하기 위하여 합성·비합성 무지주 거푸집을 개발하였으며, 현장적용을 위하여 경제성을 분석하였다. 또한 현장적용에 앞서 Mock up test를 통하여 현장적용 시 발생할 수 있는 문제점을 사전에 검토하였다.
한편 거푸집의 측압 부담을 줄이기 위하여 거푸집 상단부위에 앵커콘(Anchor Cone)을 사전에 매립하고, 콘크리트 타설 후 상부 벽체 타설 시 이를 하부 거푸집의 폼타이 체결 위치로 고정되게 하였다. 또한 흙막이용 수직 H-pile 1개소에만 앵커 플레이트를 용접하여 수직으로는 2개소, 수평으로는 1,800mm(L) 간격으로 폼타이를 1개소씩 설치함으로써, 거푸집 측압에 대한 안전율을 2배 감안하여, 80kN/㎡에 의거 벽체 거푸집 구조 계산으로 설계하였다.
소요인원 산정은 지하옹벽 거푸집 시공경력이 있는 전문가 면담과 기존 공사자료를 기초로 하여 산출하였다. 아래 표 4는 1회 작업면적인 86.
그림 11은 실험실에서 실시된 Mock up test 시공 절차이다. 실험을 위하여 반력벽체에 철제구조물을 볼트로 체결하고, 그 구조물에 H-pile을 용접 체결하여, 뒷면거푸집을 설치하였다. 하지만 현장의 환경과 다른점은 Mock up test를 실험실에서 실시하여 토압이 배제되었다.
B환경자원센터 신축 공사현장은 비합성 무지주 거푸집을 적용한 현장으로써, 주열식 흙막이(CIP)를 치핑하고, 흙막이에 내장된 H-pile에 앵커 플레이트를 용접하여 거푸집을 지지하는 방식을 사용하였다. 이 현장은 지하 2층 구조물로써, 그 높이가 9,700mm로 1,500~2,000mm 간격으로 4단을 설치하였다.
본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 건축공사에 적용할 수 있는 무지주 거푸집 모델을 개발하고, 모델의 경제성을 분석하는 것을 연구범위로 설정하였다. 이를 위해 무지주 거푸집 공법의 요소기술을 개발하고, 공법 모델을 구축하였다. 모델의 현장 시공성을 평가하기 위해 Mock up test를 실시하였다.
주변 기존 아파트 지하 옹벽측면을 이용해 옆을 지나가는 도로로써, 이동식 크레인 및 공사차량의 통행이 필수 요건이기 때문에 일반적으로 사용하는 솔져시스템을 사용할 수 없었다. 이에 대체 안으로 무지주 거푸집을 도입하였다.
자재비는 24m×3.6m를 1회 작업면적으로 정하고, 가정한 전용횟수인 20회를 공사하는데 필요한 자재를 산출하였다.
대상 데이터
A지하차도는 총 타설 구간을 25개로 나누어 3곳에 케미컬 앵커를 선 시공하였다. 또한 케미컬 앵커 스페이싱을 고정하기 위한 적정 측압은 약 130kN/㎡을 기준으로 필요 타설 속도를 역산출하여 안전율을 2배 감안, 0.
거푸집은 15세트 75m(L)를 1개조로, 2개조를 구성하였다. 한편 거푸집의 측압 부담을 줄이기 위하여 거푸집 상단부위에 앵커콘(Anchor Cone)을 사전에 매립하고, 콘크리트 타설 후 상부 벽체 타설 시 이를 하부 거푸집의 폼타이 체결 위치로 고정되게 하였다.
실험체는 3.6m×3.6m×0.3m의 크기로 제작하였으며, 비합성 무지주 거푸집에 대하여 실시하였다.
데이터처리
이를 위해 무지주 거푸집 공법의 요소기술을 개발하고, 공법 모델을 구축하였다. 모델의 현장 시공성을 평가하기 위해 Mock up test를 실시하였다. 또한 거푸집제작크기를 가정하여 개발된 공법의 경제성을 검토하였다.
이론/모형
Mock up test는 충주대학교 국제공인시험연구센터에서 실시하였다. 실험체는 3.
성능/효과
1) 경제성 분석결과, 자재비는 합성 무지주 거푸집과 비합성 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 각각 약 103%, 64%높게 나타났다. 그 이유는 합성·비합성 무지주 거푸집에 사용되는 자재가 기존 건축현장에 사용되지 않은 자재이므로, 자재의 개발 및 대량생산이 이루어지지 않았기 때문으로 분석된다.
2) 노무비 비교 결과 합성 무지주 거푸집과 비합성 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 소요인력이 각각 약 33%, 40% 절감될 수 있는 것으로 분석되었다. 그 이유는 합성·비합성 무지주 거푸집의 경우 콘크리트타설 후 다음 공정으로 이어질 때, 해체과정이 생략되며, 유로폼+솔져시스템에 비해 조립 및 해체과정이 단순하기 때문으로 분석된다.
3) 공사비 합계에서는 합성 무지주 거푸집은 유로폼+솔져시스템에 비해 약 8%높게 나타났지만, 비합성 무지주 거푸집은 약 8%낮게 나타났다. 하지만 합성 무지주 거푸집의 경우 전단연결재를 콘크리트에 매립해서 흙막이와 콘크리트 벽체를 일체화하였기 때문에 구조체공사 시 콘크리트와 철근의 물량이 현저히 감소(기존옹벽 시공가격 대비 약 35%절감9))하므로 상당한 경제적 원가절감 효과를 볼 수 있다.
4) 스터드커플러를 H-pile에 용접해야하므로, H-pile의 수직도가 중요하다.
5) 내부진동기를 과도하게 사용할 경우, 콘크리트의 측압이 증가하므로 주의한다.
순공사원가에 포함되어 있는 경비의 경우 재료비와 노무비의 일정한 비율로 산출되므로 공사비 합계 비교에서는 제외하였다. 공사비 비교결과 그림 14와 같이 합성 무지주 거푸집은 유로폼+솔져시스템에 비해 약 8%높게 나타났으며, 비합성 무지주 거푸집은 약 8%낮게 나타났다.
그 결과 표3, 그림 12와 같이 합성·비합성 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 각각 약 103%, 64%높게 나타났다.
본 연구에서 개발한 합성·비합성 무지주 거푸집을 기존 공법인 유로폼+솔져시스템과의 경제성 분석 결과, 경제성측면에서는 충분히 건축공사에 적용가능성이 있는 것으로 분석되었다.
4㎡를 작업하는데 필요한 인원이며, 그림 13은 총 작업면적인 1,728㎡를 작업하는데 필요한 노무비이다. 분석 결과 합성 무지주 거푸집과 비합성 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 소요인력이 각각 약 33%, 40% 절감될 수 있는 것으로 분석되었다.
유로폼+솔져시스템에서 솔져시스템은 높이 2.5m~4.5m까지 적용 가능하며, 무지주 거푸집의 경우는 Mock-up test에서 3.6m로 시행한 결과 적용 가능하였다. 따라서 거푸집 높이는 3.
후속연구
본 연구에서 개발한 합성·비합성 무지주 거푸집을 기존 공법인 유로폼+솔져시스템과의 경제성 분석 결과, 경제성측면에서는 충분히 건축공사에 적용가능성이 있는 것으로 분석되었다. 다만, 건축공사에서 적극적으로 활용되기 위해서는 합성·비합성 무지주 거푸집에 사용되는 자재의 개발과 상세기술에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축 공사에서 지하 공사는 공정계획에서 무엇인가?
건축 공사에서 지하 공사는 공정계획에서 주공정(Critical Path)으로서, 전체 공사기간과 공사비에서 높은 비율을 차지하고 있다. 특히 도심지에서 시공되는 건축물의 지하 공사는 높은 지가와 주차공간의 확보 등의 이유로 점차 대형화되고 있으며, 지하구조물의 깊이도 점점 깊어지고 있는 현실이다.
도심지에서 시공되는 건축물의 지하 공사가 점차 대형화 되고 지하구조물의 깊이도 점점 깊어지고 있는 이유는 무엇인가?
건축 공사에서 지하 공사는 공정계획에서 주공정(Critical Path)으로서, 전체 공사기간과 공사비에서 높은 비율을 차지하고 있다. 특히 도심지에서 시공되는 건축물의 지하 공사는 높은 지가와 주차공간의 확보 등의 이유로 점차 대형화되고 있으며, 지하구조물의 깊이도 점점 깊어지고 있는 현실이다.
토목현장에서 사용되고 있는 무지주 거푸집을 건축현장에 적용하기 위해 경제성을 분석한 결과는?
1) 경제성 분석결과, 자재비는 합성 무지주 거푸집과 비합성 무지주 거푸집이 유로폼+솔져시스템에 비해 각각 약 103%, 64%높게 나타났다. 그 이유는 합성·비합성 무지주 거푸집에 사용되는 자재가 기존 건축현장에 사용되지 않은 자재이므로, 자재의 개발 및 대량생산이 이루어지지 않았기 때문으로 분석된다.
참고문헌 (10)
김재엽, 김광희, 이상우, 손영진, 지하옹벽 무지주 거푸집 사례의 경제성 분석에 관한 연구, 한국건축시공학회논문집, 제9권 제4호,pp.111-117, 2009.8
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