철근콘크리트 건축물에 중장비를 탑재하여 해체작업을 시행할 때, 중장비와 철거잔재의 중량은 건축물을 설계할 당시에 고려하지 못한 하중으로 작용한다. 그러나 우리나라 해체 현장에서는 건축물의 안전성에 대한 구조전문가의 검토 없이, 현장 관리자나 작업자의 경험에 의하여 중장비 탑재와 해체작업이 이루어지고 있어 작업 중에 건축물이 붕괴하거나 중장비가 추락하는 사례도 발생하고 있다. 따라서 해체공사 시행 과정에서 해체 대상 건축물의 구조안전성을 평가할 수 있는 평가기법과 구조부재가 부담할 수 있는 적정 장비중량에 대한 기준 마련이 시급한 실정이다. 이 논문에서는 기계해체 현장에 대한 방문조사와 작업근로자에 대한 설문조사를 통해 해체 대상 건축물의 안전성 평가에 필요한 철거잔재 하중, 하중계수, 강도감소계수, 작업하중 등을 제안하였다. 해체 현황을 고려한 구조물의 해석과 부재(슬래브, 보)의 적절한 안전성 평가방법을 제시하였으며, RC 슬래브와 RC 보의 제원에 따라 양중 가능한 중장비의 중량을 제시하였다. 이 연구에서 제안한 해체구조물의 안전성 평가기법과 중장비 탑재 등급은 해체대상 구조부재의 성능을 합리적으로 평가하고, 적정한 장비운영을 통한 해체작업의 효율성과 안전성을 향상하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
철근콘크리트 건축물에 중장비를 탑재하여 해체작업을 시행할 때, 중장비와 철거잔재의 중량은 건축물을 설계할 당시에 고려하지 못한 하중으로 작용한다. 그러나 우리나라 해체 현장에서는 건축물의 안전성에 대한 구조전문가의 검토 없이, 현장 관리자나 작업자의 경험에 의하여 중장비 탑재와 해체작업이 이루어지고 있어 작업 중에 건축물이 붕괴하거나 중장비가 추락하는 사례도 발생하고 있다. 따라서 해체공사 시행 과정에서 해체 대상 건축물의 구조안전성을 평가할 수 있는 평가기법과 구조부재가 부담할 수 있는 적정 장비중량에 대한 기준 마련이 시급한 실정이다. 이 논문에서는 기계해체 현장에 대한 방문조사와 작업근로자에 대한 설문조사를 통해 해체 대상 건축물의 안전성 평가에 필요한 철거잔재 하중, 하중계수, 강도감소계수, 작업하중 등을 제안하였다. 해체 현황을 고려한 구조물의 해석과 부재(슬래브, 보)의 적절한 안전성 평가방법을 제시하였으며, RC 슬래브와 RC 보의 제원에 따라 양중 가능한 중장비의 중량을 제시하였다. 이 연구에서 제안한 해체구조물의 안전성 평가기법과 중장비 탑재 등급은 해체대상 구조부재의 성능을 합리적으로 평가하고, 적정한 장비운영을 통한 해체작업의 효율성과 안전성을 향상하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
During mechanical demolition of RC structures, weights of dismantling equipment and demolition waste of building are applied to unexpected load which did not be considered during the design of structural member. Nevertheless, the loading of dismantling equipment and dismantling process are mainly de...
During mechanical demolition of RC structures, weights of dismantling equipment and demolition waste of building are applied to unexpected load which did not be considered during the design of structural member. Nevertheless, the loading of dismantling equipment and dismantling process are mainly dependent on field managers' field workers' or experiences without considering safety of structural member by a structural engineer. It is urgently required that reflecting actual circumstance of mechanical demolition, safety evaluation method to evaluate the safety and the guideline for appropriate capacity of structural member to support dismantling equipment weight, be provided. Through site investigation and questionnaire on field workers, this paper proposed demolition waste load, load factor, strength reduction factor, and so on. These are essential to safe evaluation of a building, ready to demolition. Considering actual circumstance of mechanical demolition, safety evaluation method of building and design method of slab and beam was suggested to a dilapidated building. An capability to loading of dismantling equipment was proposed, applied to RC slab and RC beam. Therefore, the suggested safety evaluation method and the guideline for an capability to loading of dismantling equipment weight can reasonably evaluate the capacity of structural member in demolition and use effectively as increasing efficiency and improving safety of demolition through proper management of dismantling equipments.
During mechanical demolition of RC structures, weights of dismantling equipment and demolition waste of building are applied to unexpected load which did not be considered during the design of structural member. Nevertheless, the loading of dismantling equipment and dismantling process are mainly dependent on field managers' field workers' or experiences without considering safety of structural member by a structural engineer. It is urgently required that reflecting actual circumstance of mechanical demolition, safety evaluation method to evaluate the safety and the guideline for appropriate capacity of structural member to support dismantling equipment weight, be provided. Through site investigation and questionnaire on field workers, this paper proposed demolition waste load, load factor, strength reduction factor, and so on. These are essential to safe evaluation of a building, ready to demolition. Considering actual circumstance of mechanical demolition, safety evaluation method of building and design method of slab and beam was suggested to a dilapidated building. An capability to loading of dismantling equipment was proposed, applied to RC slab and RC beam. Therefore, the suggested safety evaluation method and the guideline for an capability to loading of dismantling equipment weight can reasonably evaluate the capacity of structural member in demolition and use effectively as increasing efficiency and improving safety of demolition through proper management of dismantling equipments.
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문제 정의
슬래브의 항복선 이론은 재료의 비탄성 거동을 고려하고 파괴 직전의 구조물 상태를 직접 고려하는 해석방법으로 충분히 검증된 이론이다. 따라서 이 논문에서는 항복선 이론을 이용하여 슬래브의 안전성을 평가하였다.
이 논문은 철근콘크리트 건축물의 상부에 중장비를 탑재하여 수행하는 해체공사에서 구조물의 안전성을 평가할 수 있는 기법을 제안하고 슬래브와 보에 적재 가능한 해체중장비의 적정 중량등급을 제안하는 것을 목적으로 수행되었다. 연구목적을 달성하기 위하여 실제 해체 현장에 대한 방문조사와 현장 실무자를 대상으로 설문조사를 수행하였다.
해석 결과, Type 1이 가장 불리한 것으로 나타나 이 논문에서는 Type 1의 중장비 하중이 작용할 때의 해석결과를 중심으로 기술하였다. 슬래브 해석에 사용한 하중은 표 5와 같고, 하중조합은 아래의 ①에서 ③과 같다.
가설 설정
기계해체 현장의 작업안전성 확보와 해체 중장비의 효율적 운용 등을 감안하여 보에 양중 가능한 중장비의 중량을 비선형해석을 수행하여 산정하였다. 보를 비선형해석할 때는 잭 서포트와 철거잔재를 고려하고 철근의 항복을 보의 항복으로 가정하였다.
해체 중장비의 무한궤도는 폭 2m, 길이 3m 이상이고 전체 길이는 7m 이상이므로 2대의 중장비가 근접하여 작업할 수 없다. 이러한 점을 감안하여 1개 보에는 1대의 중장비만 탑재되는 것으로 가정하였다.
슬래브의 안전성을 평가할 때 대상 구조물에 하중으로 작용하는 해체 중장비와 철거잔재의 무게를 반영하였다. 철거 잔재의 무게는 현장조사와 설문조사 결과를 반영하여(2.2절 참조) 0.6 tf/m2의 잔재하중이 슬래브에 등분포로 작용하는 것으로 가정하였다. 해체장비의 중량이 무한궤도를 통하여 등 분포하중으로 작용하는 것으로 판단하고 작용 부위에 따라 정모멘트와 부모멘트가 가장 큰 슬래브 중앙부위와 벽체와 슬래브 접합부 등을 대상으로 Type 1~ 3의 장비하중이 작용하는 것으로 가정하였다 (그림 4).
6 tf/m2의 잔재하중이 슬래브에 등분포로 작용하는 것으로 가정하였다. 해체장비의 중량이 무한궤도를 통하여 등 분포하중으로 작용하는 것으로 판단하고 작용 부위에 따라 정모멘트와 부모멘트가 가장 큰 슬래브 중앙부위와 벽체와 슬래브 접합부 등을 대상으로 Type 1~ 3의 장비하중이 작용하는 것으로 가정하였다 (그림 4).
제안 방법
1980년도에 건립된 10층 규모 RC아파트의 슬래브를 대상으로 강도설계법을 이용하여 구조안전성을 검토하였다. 검토 대상 슬래브의 주요 제원은 표 4와 같다.
건립한 지 20년 이상이 지난 해체대상 건축물의 경우 탄성 해석을 수행할 때 구조부재의 급격한 파괴 등에 대한 최소안전조항으로 강도감소계수 적용이 필요할 것으로 판단되어, 이 논문에서는 현행 기준상의 계수를 적용하였다.
한편, 이러한 경우 철근량 확인이 불가능하므로 신축할 때의 설계조건으로 재해석을 수행하고 허용응력설계법으로 철근량을 산정, 배근하였다. 구조안전성을 검토할 때 파쇄잔재의 중량은 이 논문에서 조사된 1.5 tf/m3를 적용하였고, 하중 조합은 중장비의 충격하중을 고려하여 장비 무게의 1.3배를 고려하는 것으로 하였다.
건축물이 비교적 저층이고 현장 내 여유 공간이 충분하면 중장비가 지상에서 직접 대상물을 해체할 수 있기 때문에 작업 효율을 높이기 위하여 가능한 대형 중장비가 투입된다. 그러나 도심지에 있는 고층 건축물은 굴삭기 붐(boom) 길이의 한계 때문에 지상 작업이 불가능하므로 최상층 슬래브에 중장비를 탑재하고 아래 방향으로 한 층씩 파쇄작업을 수행한다.
탄성해석 방법으로 기계해체작업을 수행할 때의 보의 안전성을 평가한 결과, 해체할 때의 관련 하중에 대하여 보의 안전성을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 해체 현장에서는 탄성해석 결과와는 다르게 해체장비를 활용한 해체작업이 수행되고 있으므로 비선형해석기법을 도입하여 보 부재의 안전성을 검토하였다.
보 해석을 위한 제원은 탄성해석과 동일하다. 그리고 구조물을 해체할 때 작업 층 하부의 3개 층까지 잭 서포트를 설치하는 것이 일반적이므로 이를 고려하여 보 중앙의 잭 서포트 설치 유무에 따른 안전성도 검토하였다.
배근 상태를 확인할 수 없어 재해석을 통하여 허용응력설계법으로 배근 상태를 추정하는 경우는 허용응력설계법 상에 적용된 하중기준과 하중조합을 적용하였다. 그리고 해체할 때의 안전성을 검토하는 경우에는 철거잔재의 하중은 2.2절에서 조사한 1.5 tf/m3를 적용하였으며, 하중조합은 중장비의 충격하중을 고려하여 중장비 중량의 1.3배를 고려하였다.
기계해체 현장의 작업안전성 확보와 해체 중장비의 효율적 운용 등을 감안하여 보에 양중 가능한 중장비의 중량을 비선형해석을 수행하여 산정하였다. 보를 비선형해석할 때는 잭 서포트와 철거잔재를 고려하고 철근의 항복을 보의 항복으로 가정하였다.
기계해체를 할 때의 고정하중과 충격하중을 고려하여 탄성해석으로 수행된 보의 안전성은 휨성능과 전단성능 평가로 이루어졌으며, 휨과 전단성능이 모두 만족하여야만 안전성이 확보되어 해체 중장비의 탑재 가능한 것으로 평가하였다. 보의 안전성 평가결과는 표 11~14와 같다.
이러한 제원의 보를 대상으로 충격하중과 잔재하중을 고려한 탄성해석을 수행하였다. 또한 동일한 작업조건에서 보의 길이가 5m, 6m, 7m로 증가할 경우에 보가 부담할 수 있는 하중을 추가적으로 산정하였다.
해체작업 과정에서 대상 건축물의 구조안전성을 평가하기 위하여 1차적으로 슬래브, 보에 대한 탄성해석과 구조설계를 수행하여 중장비의 탑재 가능 여부를 검토하였다. 또한 중장비의 탑재가 불가능할 경우 비선형해석을 수행하여 슬래브와 보의 지지능력을 평가하였다.
5 m3급 장비의 하중을 단위하중으로 환산하고 이 하중의 10%를 점진적으로 증가시켜가며 보의 주철근과 콘크리트의 항복 여부를 평가하였다. 비선형해석을 수행할 때 콘크리트와 철근의 응력-변형률 관계를 이용하여 부재에 발생하는 응력이 최대가될 때 구조물의 붕괴가 이루어진 것으로 평가하였다.
슬래브 설계에 사용되는 강도감소계수는 해체할 때의 재료 강도와 시공 정도를 명확히 확인하기 어려운 점 등을 고려하여 현행 설계기준의 계수 값을 적용하였다.
슬래브 안전성 평가를 위한 해석에는 그림 4와 같이 단위층 전체를 대상으로 모델링하여 슬래브를 해체할 때의 슬래브 응력과 변형을 평가하였다.
슬래브의 안전성을 평가할 때 대상 구조물에 하중으로 작용하는 해체 중장비와 철거잔재의 무게를 반영하였다. 철거 잔재의 무게는 현장조사와 설문조사 결과를 반영하여(2.
여의도 소재 RC 라멘조 오피스 빌딩(지상 12층, 지하 3층) 해체공사 현장을 대상으로 탑재한 중장비의 제원, 해체작업 순서 및 작업안전성 확보방안 등을 조사하였다.
이 논문은 철근콘크리트 건축물의 상부에 중장비를 탑재하여 수행하는 해체공사에서 구조물의 안전성을 평가할 수 있는 기법을 제안하고 슬래브와 보에 적재 가능한 해체중장비의 적정 중량등급을 제안하는 것을 목적으로 수행되었다. 연구목적을 달성하기 위하여 실제 해체 현장에 대한 방문조사와 현장 실무자를 대상으로 설문조사를 수행하였다. 이러한 조사 결과를 반영하여 구조부재에 대한 탄성 및 비선형 해석을 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
우리나라의 기계해체 현장에서는 일반적으로 최소 0.5 m3급 장비를 탑재하여 작업을 수행하고 있으므로, 0.5 m3급 장비의 하중을 단위하중으로 환산하고 이 하중의 10%를 점진적으로 증가시켜가며 보의 주철근과 콘크리트의 항복 여부를 평가하였다. 비선형해석을 수행할 때 콘크리트와 철근의 응력-변형률 관계를 이용하여 부재에 발생하는 응력이 최대가될 때 구조물의 붕괴가 이루어진 것으로 평가하였다.
이 논문에서는 중장비를 탑재하였을 때 증가할 수 있는 충격하중을 도로와 상황은 다르지만 해체 현장의 다양한 변수와 해체할 때의 안전을 고려하여 한국도로교표준시방서에 적용되는 최대충격계수인 0.3을 적용하였다.
이 논문에서는 철근콘크리트 건축물에 중장비를 탑재하여 해체공사를 수행하는 현장을 대상으로 방문조사와 실무자 면담조사 그리고 관련 문헌분석을 통하여 해체공사를 수행할 때 고려하여야할 하중과 하중계수 등을 도출하였고, 이를 적용하여 보와 슬래브에 대한 탄성해석과 비선형해석을 수행하였다.
이 장에서는 2.2절의 현황조사 결과와 함께 해체대상 구조물을 해석할 때 고려해야 할 설계용 계수를 정의하고, 이를 적용하여 슬래브와 보에 대한 탄성해석과 비선형해석을 수행하였다. 그림 3은 이 논문에서 수행한 구조해석의 개략적인 흐름도를 보여준다.
이러한 결과를 분석하여 우리나라의 해체공사 현장여건을 고려하여 적용가능한 구조물의 안전성 평가기법과 보와 슬래브와 탑재가능한 증장비의 중량등급을 제안하였다.
9m, 크기는 300×500mm, 단부의 스터럽은 D10 철근이 200mm 간격으로 배근되어 있다. 이러한 제원의 보를 대상으로 충격하중과 잔재하중을 고려한 탄성해석을 수행하였다. 또한 동일한 작업조건에서 보의 길이가 5m, 6m, 7m로 증가할 경우에 보가 부담할 수 있는 하중을 추가적으로 산정하였다.
연구목적을 달성하기 위하여 실제 해체 현장에 대한 방문조사와 현장 실무자를 대상으로 설문조사를 수행하였다. 이러한 조사 결과를 반영하여 구조부재에 대한 탄성 및 비선형 해석을 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
현장 실무자의 다양한 경험을 수집하기 위하여 해체공사 경험이 풍부한 현장소장 및 감독자 등 27명을 대상으로 설문조사를 하였다. 조사 내용은 작업 과정에서의 관행, 중장비의 운용 및 작업안전성 확보를 위한 조치사항 등이다.
주거용 건축물의 고정하중과 활하중을 적용하였으며 보에 작용하는 부담 면적의 폭을 3m로 하여 등분포하중으로 작용하는 것으로 하였다. 하중 재하는 가장 취약한 경우일 때를 고려하여 중장비의 전체 하중이 보에 직접 작용하는 것으로 하였으며, 중장비의 크기 등을 고려하여 2개 이상의 중장비가 1개의 보에 탑재되지 않는 것으로 하였다.
주거용 건축물의 고정하중과 활하중을 적용하였으며 보에 작용하는 부담 면적의 폭을 3m로 하여 등분포하중으로 작용하는 것으로 하였다. 하중 재하는 가장 취약한 경우일 때를 고려하여 중장비의 전체 하중이 보에 직접 작용하는 것으로 하였으며, 중장비의 크기 등을 고려하여 2개 이상의 중장비가 1개의 보에 탑재되지 않는 것으로 하였다. 이는 중장비 궤도가 폭 2m, 길이 3m이상이 되고 총 길이는 7m이상이므로 근접하여 작업할 수 없는 점을 고려한 것이다.
한편, 이러한 경우 철근량 확인이 불가능하므로 신축할 때의 설계조건으로 재해석을 수행하고 허용응력설계법으로 철근량을 산정, 배근하였다. 구조안전성을 검토할 때 파쇄잔재의 중량은 이 논문에서 조사된 1.
해석모델은 최근 주요 해체대상 구조물인 아파트의 3.9m 경간 구조물을 기준으로 하여 기타 용도의 건물까지 고려하기 위하여 5, 6, 7m 경간까지 모델링하여 비교하였다. 일반적으로 해체 현장에서 최대 1.
해체대상 슬래브의 극한하중은 실제 배근상태를 활용하여 산출하는 방법(표 7 ①)과 배근상태를 알 수 없을 경우에는 해석상 요구되는 강도로 배근하여 산출하는 방법(표 7의 ②) 등 두 가지 방법을 사용하여 비교, 분석하였다.
해체작업 과정에서 대상 건축물의 구조안전성을 평가하기 위하여 1차적으로 슬래브, 보에 대한 탄성해석과 구조설계를 수행하여 중장비의 탑재 가능 여부를 검토하였다. 또한 중장비의 탑재가 불가능할 경우 비선형해석을 수행하여 슬래브와 보의 지지능력을 평가하였다.
해체작업은 그림 1에서와 같이 건축물의 옥상층 슬래브에 0.8 m3급 중장비 1대를 탑재한 후 하부 층으로 이동하면서 슬래브, 벽체, 기둥 등을 파쇄하는 방식으로 진행되었다. 작업의 안전성 확보를 위하여 작업 층으로부터 아래 3개 층까지 보 하부에 잭 서포트(Jack Support)를 설치하여 구조내력을 보강한 것으로 확인되었다(그림 2).
대상 데이터
철근의 인장강도는 콘크리트의 압축강도와 함께 RC 건축물의 구조적 거동에 직접적인 영향을 미치는 요소이다. 실제 철근의 항복 및 인장강도를 광범위하게 측정한 연구결과(대한주택공사, 2002)를 해체대상 구조물에서 설계와 해석에 사용하였다(표 3).
평가대상 구조물은 1979년도에 건립된 12층 규모의 철근 콘크리트 라멘조 공동주택 아파트로, 단위세대 평면도와 구조도는 그림 5와 같다.
현장 실무자의 다양한 경험을 수집하기 위하여 해체공사 경험이 풍부한 현장소장 및 감독자 등 27명을 대상으로 설문조사를 하였다. 조사 내용은 작업 과정에서의 관행, 중장비의 운용 및 작업안전성 확보를 위한 조치사항 등이다.
데이터처리
기계해체할 때 발생하는 고정하중 및 충격하중 등을 고려한 비선형해석 결과를 탄성해석 결과와 비교하였다. 철근의 항복하중을 기준으로 했을 때 잭 서포트 보강을 하지 않은 경우 비선형해석이 탄성해석에 비해 30~60% 정도 내력이 증가하며, 잭 서포트 보강을 한 경우에는 최대 2배 이상 내력이 증가하는 것으로 나타났다.
이론/모형
0m3의 장비가 적재 가능한 지를 검토하였다. 모델은 비선형해석의 효율성을 위해 2D모델을 이용하였다 (그림 7).
배근 상태를 확인할 수 없어 재해석을 통하여 허용응력설계법으로 배근 상태를 추정하는 경우는 허용응력설계법 상에 적용된 하중기준과 하중조합을 적용하였다. 그리고 해체할 때의 안전성을 검토하는 경우에는 철거잔재의 하중은 2.
비선형해석(Push over)에는 GT-STRUDL을 사용하였고 콘 크리트 재료모델은 Park 모델, 철근 재료모델은 Balan 등이 제안한 삼선형 모델(Trilinear Model)을 사용하였다. 그림 6은 비선형해석에 사용된 재료모델을 보여준다.
탄성해석에는 대표적인 유한요소해석 프로그램인 MIDAS Gen을 사용하였고, 비선형해석에는 RC 구조물의 항복 이후 거동을 예측하는 데 용이한 GT-STRUDL을 사용하였다.
성능/효과
1. 기계해체 현장에 대한 조사 결과, 해체구조물을 구조해석할 때 잔재두께를 0.4m를 기준으로 단위하중은 0.6 tf/m2를 적용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
2. 구조설계를 위한 하중계수 중 해체 중장비는 충격계수를 고려하여 1.3배를 적용하며, 기타 하중은 순하중을 적용함이 적절할 것으로 판단된다.
3. 해체구조물의 안전성 평가를 위하여 구조해석을 실시할 때, 슬래브는 항복선 이론을 통한 해석, 보는 비선형 해석이 적절한 해석방법인 것으로 판단된다.
4. 비선형해석을 할 때 철근 항복강도에 대한 인장강도비는 SD240은 1.5, SD400은 1.4를 적용하고, 안전성 평가를 위한 철근의 변형률 기준은 안전을 고려하여 항복강도의 변형률을 적용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
5. 해체구조물의 정확한 배근량 산정이 가능한 경우, 철거 잔재를 고려하면 슬래브에 0.8 m3급 미만의 해체 중장비 탑재는 가능한 것으로 판단된다.
6. 보 길이 4~7m 범위 내에서 보 중앙에 서포트를 설치한후 해체작업을 할 경우 0.8m3급 이하의 해체 중장비 탑재도 가능한 것으로 나타났으나, 전단에 대한 별도의 안전성 검토가 필요한 것으로 판단된다.
5 m3급 중장비의 탑재가 가능한 것으로 나타났다. 그러나 철거잔재가 작업 층에 약 0.4m 두께로 포설되는 것으로 가정하여 해석한 결과는 보의 길이에 관계없이 0.5~1.0 m3급 중장비의 탑재가 불가능한 것으로 나타났다.
기계해체 공사를 할 때 탄성해석에 의한 슬래브의 안전성을 평가한 결과, 4.1절의 3가지 하중조합 중 슬래브에 작용하는 순수 하중만을 고려한 하중조합 ①의 경우만이 잔재하중 0.2 tf/m2과 0.5 m3급의 중장비를 탑재할 수 있는 것으로 나타났다. 충격계수를 고려하거나 현행 강도설계법의 하중조합을 고려한 하중조합 ②, ③의 경우는 0.
43 tf/m3으로 확인되었다. 따라서 해체작업의 안전성을 검토할 때, 철거잔재가 구조물에 작용하는 하중은 1.5 tf/m3으로 가정하여 적용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
비선형해석 결과, 3.9~7m 길이의 보에 양중 가능한 해체 중장비의 중량은 21.57~56.70 tf인 것으로 나타났다. 0.
설문 결과, 대부분 현장이 0.8m3급 장비를 가장 많이 탑재하고 있는 것으로 나타났으며, 설문자의 84%가 “탑재할 중장비의 대차등급은 구조전문가의 검토 없이 경험적으로 결정하고 있다.
해체대상 슬래브의 내력평가 결과는 표 7과 같다. 실제 배 근상태의 저항모멘트와 소요강도에 해당하는 저항모멘트에 의하여 극한하중을 각각 산출한 결과, 설계했을 때 고려한 하중에 비해 3배와 2.2배의 하중 저항능력을 갖고 있는 것으로 나타났다.
실제 배근된 상태로 산출한 내력이 소요강도로 산출한 내력에 비해 36% 정도 증가한 이유는 배근설계를 할 때 해석에 의한 소요강도보다 설계자가 여유롭게 배근한 결과로 판단되며, 해체할 때의 슬래브 종국상태를 평가할 경우는 실제 배근된 소요강도로 검토하는 것이 현실적인 것으로 조사되었다.
8 m3급 중장비 1대를 탑재한 후 하부 층으로 이동하면서 슬래브, 벽체, 기둥 등을 파쇄하는 방식으로 진행되었다. 작업의 안전성 확보를 위하여 작업 층으로부터 아래 3개 층까지 보 하부에 잭 서포트(Jack Support)를 설치하여 구조내력을 보강한 것으로 확인되었다(그림 2). 잭 서포트의 배치간격은 4m 정도로 구조계산에 의한 간격이 아닌 현장소장의 시공경험에 의한 것으로 확인되었다.
잭 서포트 보강 유무와 보의 길이에 따라 탑재 가능한 중장비 중량을 산정하기 위하여 비선형해석을 수행한 결과, 보의 파괴는 보 길이에 관계없이 철근의 항복에 이어 콘크리트의 항복으로 이어지는 것으로 나타났다. 그리고 철근의 항복을 기준으로 기계해체 현장과 같이 잔재하중을 고려하고 잭 서포트를 사용하였을 경우, 무 서포트 조건보다 48~100%까지 중장비의 탑재중량이 증가하였다.
작업의 안전성 확보를 위하여 작업 층으로부터 아래 3개 층까지 보 하부에 잭 서포트(Jack Support)를 설치하여 구조내력을 보강한 것으로 확인되었다(그림 2). 잭 서포트의 배치간격은 4m 정도로 구조계산에 의한 간격이 아닌 현장소장의 시공경험에 의한 것으로 확인되었다.
조사 결과, 콘크리트, 목재 및 이물질 등이 혼합된 상태의 철거잔재 무게는 1.38 tf/m3이며, 콘크리트만 분별한 잔재의 무게는 1.43 tf/m3으로 확인되었다. 따라서 해체작업의 안전성을 검토할 때, 철거잔재가 구조물에 작용하는 하중은 1.
철거잔재가 슬래브에 0.4m 두께로 적재된 상태에서 해체작업을 수행할 경우 실제 배근을 통한 검토(방법①)에서는 0.5 m3급 이하의 장비만이 운용 가능하며, 소요강도로 검토(방법②)했을 때는 장비운용이 불가능한 것으로 나타났다.
기계해체할 때 발생하는 고정하중 및 충격하중 등을 고려한 비선형해석 결과를 탄성해석 결과와 비교하였다. 철근의 항복하중을 기준으로 했을 때 잭 서포트 보강을 하지 않은 경우 비선형해석이 탄성해석에 비해 30~60% 정도 내력이 증가하며, 잭 서포트 보강을 한 경우에는 최대 2배 이상 내력이 증가하는 것으로 나타났다.
탄성해석 결과, 보의 길이에 관계없이 철거잔재의 중량을 고려하지 않은 경우에는 0.5 m3급 중장비의 탑재가 가능한 것으로 나타났다. 그러나 철거잔재가 작업 층에 약 0.
탄성해석 방법으로 기계해체작업을 수행할 때의 보의 안전성을 평가한 결과, 해체할 때의 관련 하중에 대하여 보의 안전성을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 해체 현장에서는 탄성해석 결과와는 다르게 해체장비를 활용한 해체작업이 수행되고 있으므로 비선형해석기법을 도입하여 보 부재의 안전성을 검토하였다.
해체공사 현장을 조사한 결과, 고정하중 외에 중장비 때문에 슬래브에 추가로 적재되는 하중은 1.0~1.5 tf/m2 정도인 것으로 확인되었다. 이는 일반적인 RC 건축물을 신축 설계할 때 고려하는 하중 (0.
해체대상 아파트의 평형에 따라 슬래브 크기에 다소 차이가 있을 수 있으나, 탄성해석 결과에 의하면 현재 우리나라 해체 현장에서 주로 사용되는 0.5 m3급 중장비도 탑재가 불가능한 것으로 나타났다. 그러나 실제 해체 현장에서는 0.
후속연구
결과에서 알 수 있듯이, 기계해체 공사를 할 때 하부층 보에 잭 서포트 보강만으로도 보의 저항능력이 매우 향상되며 아울러 해체 중장비의 효율성도 증가될 것으로 기대된다.
5 m3급 중장비도 탑재가 불가능한 것으로 나타났다. 그러나 실제 해체 현장에서는 0.5 m3 급, 0.8 m3급 중장비가 운용되고 있으므로 탄성해석법 이외의 해석방법을 활용하여 해체하중에 대한 슬래브의 보유능력을 보다 정확히 평가해야 할 것으로 판단되었다.
결과적으로 탄성해석은 건축물을 신축할 때 사용되는 설계방법으로 상당한 안전율을 포함하고 있기 때문에 붕괴까지의 하중저항능력을 평가하기에는 적절하지 못한 해석법이라 할 수 있다. 따라서 구조물의 하중저항능력을 더 정확하게 평가하기 위해서는 구조물의 비선형적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 적용하여 안전성을 평가해야 할 것으로 판단된다.
제안 결과는 해체대상 구조부재의 성능을 합리적으로 평가하고 해체공사 작업안전성을 향상시키는 데 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구조물 해체방식은 어떻게 구분할 수 있는가?
국내 • 외 해체기술 적용 현황을 고려할 때 구조물 해체방식은 크게 기계해체와 발파해체로 구분할 수 있다. 근래 들어 대규모 고층구조물의 해체공사가 증가함에 따라 발파해체의 적용사례도 점증하고 있으나 아직 우리나라에서는 굴삭기에 브레이커나 압쇄기를 장착한 장비(이하 ‘중장비’라고 함)로 대상물을 파쇄하는 기계해체공사가 대부분을 차지한다.
높이 7층 이상의 건물의 해체공사를 지상에서 하기 어려운 이유는 무엇인가?
일반적으로 단독주택을 포함한 6층 이하 공동주택의 해체 공사에서는 중장비가 지상에서 대상물을 직접 파쇄하지만, 높이가 7층 이상이 되면 굴삭기의 작업 반경에 한계가 있어 지상에서 작업은 불가하다. 이 경우 해체공사는 중장비를 대상물의 최상층에 인양, 탑재한 후 아래 방향으로 한 층씩 파쇄하여 내려가는 방식으로 수행한다.
건축물 구조설계에 적용하는 하중계수와 강도감소계수의 사용 목적은 무엇인가?
건축물 구조설계에 적용하는 하중계수와 강도감소계수는 시공 과정뿐만 아니라 건축물을 장기간에 걸쳐 사용할 때 그 구조적 안전성을 위협하는 예측하기 어려운 외력에 대응하기 위한 안전계수이다.
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