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기후요소를 고려한 초고층 건설공사의 타워크레인 양중시간 예측 시뮬레이션 모델
A Study of the Tower Crane Hoisting Time Estimation Simulation Model with Climate Element for the High-Rise Building Construction 원문보기

한국건설관리학회논문집 = Korean journal of construction engineering and management, v.14 no.2, 2013년, pp.96 - 107  

양강혁 (서울대학교 건축학과) ,  이현수 (서울대학교 건축학과) ,  박문서 (서울대학교 건축학과) ,  정민혁 (서울대학교 대학원 건축학과) ,  황성주 (서울대학교 대학원 건축학과)

초록
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초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 시뮬레이션 분석 결과 바람의 영향을 반영한 양중시간은 높이가 올라갈수록 증가하였으며, 초고층부의 경우 기계적 양중시간보다 바람의 영향에 의한 양중 지연시간이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 연구 대상지인 서울의 풍속은 4월이 강하고 10월이 약하게 나타났으며, 양중시간을 예측한 결과 둘 간의 큰 차이가 발생함을 알 수 있었다. 이 같은 결과는 향후 초고층 타워크레인 양중계획 시 바람이 양중에 미치는 영향을 예측하고 이를 고려하여 실제 상황과 동일한 양중계획을 세우는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tower crane hoisting plan is one of the key element for the success of entire High-Rise Building construction. Hoisting time is the basic factor to appropriate hoisting plan which need to the hoisting load estimate and tower crane selection. With this reason, accurate hoisting time is needed to the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 관련 연구를 보면 양중 실적자료를 바탕으로 회귀분석, 인공 신경망의 방법을 적용해서 양중시간을 예측하고 있으며, 대부분이 이상적인 상황에서의 양중 사이클 타임을 예측하는 것을 목적으로 하고 있다. 초고층 건물이 대상인 연구의 경우 기존의 실적자료가 없기 때문에 시뮬레이션 방법을 통해 양중시간을 예측하고 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 양중시간에 영향을 미치는 영향요인들 중 영향이 큰 풍속을 반영하여 양중시간을 예측하고자 하였으며, 이를 위해 풍속의 연직분포와 월별 강풍이 불 확률을 분석하였고, 이를 시뮬레이션에 적용하여 바람의 영향을 고려한 초고층 공사의 타워크레인 양중시간 예측 모델을 개발하였다. 이는 단순히 자재 1개의 양중 사이클 타임 예측에 머물던 기존의 연구에서 발전하여 다수의 자재를 양중할 수 있고, 높이에 따라 다른 바람의 영향을 양중시간에 양중 높이별로 반영할 수 있으며, 작업하는 시기의 월별 풍속 차이 또한 고려할 수 있어 실제 초고층 건설현장의 양중작업에 가까운 양중시간 예측 모델을 개발하였다는 점에서 기존의 연구와 차별성을 찾을 수 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 자재의 양중거리를 계산하여 양중시간을 예측하고 양중 영향요인들 중 영향을 크게 미치는 바람을 반영하여 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 통해 건물높이별 양중시간을 예측하고 바람이 양중에 미치는 영향을 분석하였으며, 실제 수행된 실적자료와 모델의 결과 값과의 비교를 통해 결과 값의 타당성을 분석하였다.
  • 하지만 바람에 의한 양중정지의 경우 현장의 다양한 상황들로 인해 정확하게 측정하기 어렵고, 바람에 대한 영향은 장비의 가동률에서 다른 요소들과 합쳐서 측정하기 때문에 절별로 분 단위의 정확한 결과를 산출하기는 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 절별 평균 양중시간 데이터를 가지고 바람을 고려하지 않은 기계적인 양중시간 측정값과 비교를 하였다. 비교 대상 건물은 서울지역에 건설된 높이 264m의 초고층 주상복합 APT로서 전체 69층으로 이루어져 있으며 3개 층이 한절로 총 25절로 되어있다.
  • 본 연구는 건축법에 명시되어 있는 높이 50층 이상 또는 높이 200m 이상의 초고층 건물을 대상으로 하였으며, 바람에 의한 고층부의 양중작업 영향정도를 알아보기 위해 600m 높이의 가상 건물 데이터를 생성한 후 이를 이용하여 분석하였다. 연구지역으로는 국내에서 초고층 건물 공사가 가장 많이 수행되고 있는 서울에 한정하여 연구를 진행하였다.
  • 본 연구에서는 1982년부터 2011년까지 30년 동안 시간 단위로 측정된 기상청의 풍속 데이터를 바탕으로 서울지역의 풍속 분포 및 월별 추이를 분석하였다. 기상청의 데이터는 기준 측정 높이인 10m에서 측정한 값으로 이를 바탕으로 현장 양중정지 기준인 10m/s가 넘는 바람이 부는 시간을 월별로 분석해보면 그림.
  • 본 연구에서는 초고층 건설공사의 타워크레인 양중작업에 영향을 미치는 바람의 높이별 연직분포와 월별 차이, 강풍 발생 확률에 대하여 조사하고, 높이에 따라 증가하는 바람의 특성을 반영한 타워크레인 양중시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 본 연구는 초고층 건축 공사의 양중계획 수립시 양중시간 예측기초자료로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.

가설 설정

  • Zhang(1999)은 각각 트롤리, 붐, 후크의 이동거리와 크레인의 해당 이동속도를 가지고 시간을 계산하였으며, 붐의 회전의 경우 코사인 2법칙과 역코사인 법칙을 이용해 이동각도를 계산하고 이동시간을 도출하였다. 또한 식에서 타워크레인의 후크와 트롤리, 붐의 동시적 움직임을 고려하고 있었으나 본 연구에서는 타워크레인이 한번에 한가지 움직임만을 수행한다고 가정하고 양중시간을 계산하였다. 그리고 양중작업 중 후크의 상승과 하강은 연속적으로 이뤄지지 않기 때문에 이를 반영하여 모델링하였다.
  • 75m로 하였으며, 절 단위로 시공하는 초고층 공사의 특성을 반영하여 4개 층을 1절로 하며, 1절의 높이는 15m이고, 전체 40절의 자재의 양중을 수행하도록 설정하였다. 양중자재는 철골 기둥 부재로 선정하였으며, 1절당 30개의 철골기둥을 갖고 있다고 설정하였다. 모델에서 양중작업을 수행하는 타워크레인은 1대로 하였으며, 크레인이 복귀 후 대기상태에 있을 때 다음 자재를 묶는 작업이 시작되도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 어떤 요소중 하나인가? 초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다.
양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발한 이유는 무엇인가? 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 양중작업에 영향을 크게 미치는 바람을 시뮬레이션에 반영하여 초고층 공사의 타워크레인 양중시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다.
양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요한 이유는 무엇인가? 초고층 건물공사에서 타워크레인의 양중계획은 전체 공사의 성패를 좌우할 수 있는 매우 중요한 요소 중 하나이다. 타워크레인의 양중계획에 있어 양중시간은 기본적인 요소 중 하나로 이를 바탕으로 양중부하 및 타워크레인을 선정하기 때문에 양중계획을 위해서는 정확한 양중시간의 예측이 필요하다고 할 수 있다. 현재 초고층 공사의 양중시간 예측은 기존의 실적자료와 시뮬레이션을 이용하여 수행하고 있지만 양중작업에 영향을 미치는 환경적인 요인에 대해서는 충분히 고려되지 못하고 있다.
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