[논문]중량물 설치 시 이동식 크레인 기종선정에 관한 연구

정재복; 유호선

문제 정의

본 연구에서는 대형물 설치 시 이동식 크레인의 적합한 기종의 선정방법을 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 대형물 설치 시 적합한 이동식 크레인의 기종 선정방법을 연구하여 경험에 의한 이동식 크레인의 선정 오류로 인한 사고를 방지하고, 시공현장의 상황이 선정기종을 사용할 수 없을 경우 유사기종을 쉽게 선정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 플랜트시공현장의 대형물 설치 시 적합한 이동식 크레인 기종의 선정방법을 연구하기 위하여 다음 세 가지 방법으로 연구하였다.
본 연구에서는 대형물 설치 시 적합한 이동식 크레인의 기종 선정방법을 연구하여 경험에 의한 이동식 크레인의 선정 오류로 인한 사고를 방지하고, 시공현장의 상황이 선정기종을 사용할 수 없을 경우 유사기종을 쉽게 선정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 플랜트시공현장의 대형물 설치 시 적합한 이동식 크레인 기종의 선정방법을 연구하기 위하여 다음 세 가지 방법으로 연구하였다.

제안 방법

250톤 크롤러 크레인의 능력을 검토한 결과, 39.6 m 붐을 이용하여 계속 사용 가능하였고, 60톤용 리프팅러그는 15톤 × 4개를 이용하여 인양하도록 설계되어 105톤을 인양할 수 없으므로 120톤용 리프팅러그 30톤 × 4개로 재설계하였다.
Table 1 에는 국내에 보유하고 있는 이동식 크레인 중 플랜트시공현장의 주설비인 대형물 설치에 주로 사용되는 300톤 이상의 대형 이동식 크레인 22기종의 특징을 주행장치와 붐의 형식에 따라 분석하여 기종별 특징을 분류하였다. 크롤러 크레인은 격자식 붐을 가진 것이 일반적이며 14기종이었고 신축식 붐을 가진 기종은 없었다.
⑥ 임대료견적 작업 가능한 크레인의 견적을 받아 비교한다.
둘째, 이동식 크레인의 선정 영향요소를 조사하여 작업에 적합한 붐의 각도, 작업하중, 작업반경과 인양하중의 상관관계를 분석하였다.
선정된 이동식 크레인의 외형도를 보고 진입로 및 작업 반경내의 부지면적을 확보하고, 필요시 지반보강을 검토한다.
셋째, 이동식 크레인의 선정방법의 설계안을 제안하여 선정사례분석으로 제안된 설계안을 검증하고, 선정사례를 분석하여 문제점을 도출하고 문제점에 대한 해결방안을 제안하였다.
인양물의 설치위치에 따라 수평거리를 확인하고 예상 기종의 장비제원표를 확인하여 이동식 크레인의 선회중심으로부터의 작업반경을 결정한다. 작업반경의 결정은 인양물의 설치위치에 의한 수평거리에 이동식 크레인 외형도를 보고 선회반지름만큼의 거리를 더한다.
인양물의 설치위치에 따라 지상높이를 확인하고 인양하중범위 내에서의 작업반경에 따른 붐 길이 및 격자식 붐의 조합을 1, 2, 3단으로 결정한다. 붐 조합도(boom combinations), 작업범위도(working range diagram), 인양하중표(lift load chart)를 보고 수직높이와 작업반경에 따라 결정한다.
첫째, 크레인의 정의와 종류를 조사하고 플랜트시공현장의 주설비인 대형물 설치에 주로 사용되는 국내보유 300톤 이상의 대형 이동식 크레인 22기종의 특징을 기종별로 분석하였다.

대상 데이터

국내 I현장에서 강교 설치공사용 이동식 크레인을 250톤 크롤러 크레인으로 선정하여 사용하던 중 최대인양중량이 60톤에서 105톤으로 변경됨에 따라 크레인 능력의 재검토 및 리프팅러그(lifting lug)의 재검토 사례이다.
이동식 크레인의 능력검토 결과 모든 크레인이 작업가능하나 현장까지 이동거리가 상대적으로 가까워서 임대료가 저렴한 1번의 500톤 유압식 크레인 Liebherr LTM 1500-8.1의 기종을 선정하게 되었다.
조사한 결과 임대가로 본다면 1번의 크레인을 선정하여야 하나 작업안정성과 링거라는 어태치먼트를 장착하면 최대인양하중을 600톤까지 증가시킬 수 있는 2번의 링거 크레인(ringer crane, MANITOWOC 4100W S-1)을 선정하게 되었다.

성능/효과

국내 H현장의 러핑타입(luffing type) 60톤 타워 크레인 2기로 설계된 설치공사용 크레인을 검토한 결과 제작 설치 비용은 120억 원(60억 원 × 2기)이었고 제작설치 기간은 6개월 이상 소요될 것으로 예상되었으며, 작업속도도 느려 공사기간이 6개월 정도 지연, 공사 후 매각 및 재사용이 불가하여 임대용 이동식 크레인으로 변경을 검토하게 되었다.
그 결과 설치공사용 장비비용을 100억 원 정도 절감할 수 있었고, 공사기간도 6개월 정도 단축할 수 있었다.
둘째, 이동식 크레인의 선정 영향요소를 분석하여 붐의 제한각도는 20° ~ 82°범위이지만 작업에 적합한 붐의 각도는 55° ~ 78°이고, 크롤러 크레인과 유압식 크레인의 작업하중은 각각 임계하중의 75%, 85%로 적용하며, 작업반경의 증가에 따른 인양하중의 저하는 유압식 크레인이 현저히 커서 작업반경이 커지면 크롤러 크레인이 유리하다.
마지막으로, 이동식 크레인의 선정방법의 설계안을 제안하여 선정사례로 제안을 검증하였으며, 사례별 문제점은 경험적 선정, 전문가에 의한 기존장비의 계속 사용을 위한 무리한 선정, 상세설계사의 동일프로젝트 수행경험에 의한 반복적 설계의 문제점이었다. 선정사례는 설계 안으로 검토 분석하여 해결방안을 세워 성공적으로 완료한 사례이므로 이동식 크레인의 선정방법의 설계안은 실무에 활용 가능하다는 결론을 얻었다.
유압식 크레인은 주행트럭에 신축식 붐을 가진 것이 일반적이며 6기종이며 주행트럭에 격자식 붐을 가진 것은 2기종이 있었다. 붐의 조합은 모든 기종이 2단까지 가능하고 MANITIOWOC M 2250(M-1200 Ringer)기종은 3단까지 조합할 수 있으며, 붐의 길이가 최대인 것은 DEMAG의 CC8800-1K 기종으로 216 m까지 연장이 가능하고 붐의 최대길이로 인양높이를 예측할 수 있다.
붐의 최적각도는 66° 30′, 최소제한각도는 20°, 최대제한각도는 격자식 붐(lattice boom)은 78°, 신축식 붐(telescopic boom)은 82°이고, 기계의 능력은 기본 붐의 최대허용각도 75° ~ 78°에서 최대이며 붐의 각도가 작으면 하중을 들어 올릴 수 있는 능력이 떨어지고 각도가 너무 큰 경우는 선회 시 요동이 심하거나 붐이 뒤로 넘어지는 일이 발생하므로 붐의 각도는 55° ~ 78° 범위가 적합하다.
마지막으로, 이동식 크레인의 선정방법의 설계안을 제안하여 선정사례로 제안을 검증하였으며, 사례별 문제점은 경험적 선정, 전문가에 의한 기존장비의 계속 사용을 위한 무리한 선정, 상세설계사의 동일프로젝트 수행경험에 의한 반복적 설계의 문제점이었다. 선정사례는 설계 안으로 검토 분석하여 해결방안을 세워 성공적으로 완료한 사례이므로 이동식 크레인의 선정방법의 설계안은 실무에 활용 가능하다는 결론을 얻었다.
곡선 A는 크롤러 크레인의 인양하중변화이고, 곡선 B는 유압식 크레인의 인양하중변화이다. 즉, 크롤러 크레인은 곡선 A와 같이 작업반경이 커짐에 따라 인양하중의 변화는 비례적으로 거의 직선에 가깝게 변화하지만, 유압식 크레인은 곡선 B와 같이 작업반경이 커짐에 따라 인양하중이 현저히 작아져 작업반경이 커지면 크롤러 크레인이 유리함을 알 수 있다.
첫째, 크레인의 정의 및 종류를 조사하고 국내보유 300톤 이상의 대형 이동식 크레인 22기종의 특징을 분석하여 크롤러 크레인 14기종과 유압식 크레인 8기종으로 분류하였고, 붐의 조합은 모든 기종이 2단까지 조합이 가능하며 MANITIOWOC M 2250(M-1200 Ringer) 기종은 3단까지 조합이 가능하며, 붐의 길이가 최대인 것은 DEMAG의 CC8800 -1K 기종으로 216 m까지 연장이 가능하다.

후속연구

위의 선정사례의 모든 문제점은 제안한 이동식 크레인 선정방법의 설계안으로 검토하고 해결방안을 세워 모두 안전하게 공사를 수행하였으며, 따라서 이동식 크레인 선정방법의 설계안은 실무에 활용 가능할 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	크레인은 어떻게 분류되고 있는가?	크레인은 용량, 이동유무 등 여러 가지로 분류되고 있지만 건설현장에서 가장 많이 쓰이고 전반적으로 가장 널리 알려진 크레인의 종류에 따른 분류는 이동식 크레인, 타워 크레인, 천장식 크레인으로 나누고 있다.
	전천후 크레인의 구동 및 조향방식은 무엇인가?	전천후 크레인(AT, all terrain crane)은 트럭 크레인과 험지용 크레인의 장점을 조합하여 개발된 전천후 휠 크레인으로 주행성과 협소지 및 험지작업성이 뛰어나고 다용량물 인양 등의 특징이 있다. 구동 및 조향방식은 전륜구동-전륜독립 조향방식이며 주행속도는 시속 70 km에 축 완충장치(suspension)기능을 가지고 있으며, 국내에서는 80 ~ 1,200톤이 상용화되어 있다. 유럽 및 미국 시장은 전천후 크레인이 주류를 이루고 있다.
	크레인이란 무엇인가?	‘크레인(crane)‘이라 함은 동력을 사용하여 중량물을 매달아 상하 및 좌우로 운반하는 것을 목적으로 하는 기계 또는 기계장치를 말한다. 크레인 제작∙안전∙검사 기준에서는 크레인을“훅이나 기타의 달기기구를 사용하여 하물의 권상과 이송을 목적으로 일정한 작업 공간 내에서 반복적인 동작이 이루어지는 기계”라고 정의하고 있다.

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