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초고층 건축물의 최신 시공기술과 연구동향
State-of-the-Art and Development of Super-Tall Building Construction Technology 원문보기

콘크리트학회지 = Magazine of the Korea Concrete Institute, v.25 no.4, 2013년, pp.24 - 28  

김진호 (포항산업과학연구원 강구조연구소) ,  강경인 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  신현준 (한국건설기술연구원 화재안전연구센터)

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문제 정의

  • 고강도 강재와 고강도 콘크리트의 합성거동을 통한 경제적인 단면구성을 위하여 800 MPa급 강재와 100MPa급 콘크리트를 조합한 매립형 합성기둥(SRC)/충전형 합성기둥(CFT) 합성부재 실용화와 500MPa급 고강도 전단연결재 개발을 위한 연구를 진행하고 있다. 합성구조 부재성능 검증 및 모니터링을 통해 고강도 매립형 합성기둥과 충전형 합성기둥에 대한 설계기술을 개발하였고, 강-콘크리트 매입형 접합부에 대한 용접균열 평가를 통해 매입형 플레이트 단면을 개발하였다<사진 3>.
  • 구조물의 초고층화에 따른 부재 단면의 증가로 수직부재는 초고강도화, 수평부재는 경량화가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 상온양생 200MPa급 초고강도 콘크리트와 밀도 1.8 이하, 강도 30MPa급 이상의 초고층 압송용 경량콘크리트를 개발하고 있다. 초고강도 콘크리트는 상온양생을 통해 압축강도 200MPa 발현이 가능한 경제적인 재료를 개발함과 동시에 고내화성 및 고압송성 기술을 확보하였다.
  • 건물의 형태가 복잡해질수록 시공 중 발생하는 구조의 변형에 대한 예측이 어렵기 때문에 최근 초고층 건축물 시공 중 변위에 대한 예측, 제어기술에 대한 요구도는 날로 증가하고 있다. 복잡한 형태의 초고층 건물의 변위 예측 및 모니터링을 위해 본 연구에서는 시공단계 변위예측 프로그램인 ASAP(Advanced Staged Analysis Program)와 3차원 레이저 스캐닝을 통한 변위 모니터링 기술을 개발했다. 이를 통해 변위의 정밀예측과 모니터링이 가능해져 초고층 건축물 현장의 정밀시공과 안전시공이 가능하고 품질이 향상되는 효과를 기대할 수 있다<사진 4>.
  • 그리고 초고층 복합빌딩은 그 특성상 재실자 밀도가 타 건물에 비해 월등히 높은 수직공간의 특성이 반영된 건물이므로, 재난 발생 시 대형 인명피해가 발생할 수 있어 초고층 건물의 특성을 고려한 화재안전 최적대응 기술개발이 필요하다. 본 고에서는 초고층빌딩 시공기술 연구단에서 개발중인 고성능 강재 및 콘크리트 소재와 정밀하면서도 고속시공이 가능한 시공기술, 그리고 초고층빌딩의 화재안전 기술을 소개하고자 한다.
  • 본 연구단은 초고층빌딩 시공기술 개발과 Pilot Test를 통한 기술경쟁력 강화, 고부가가치형 해외시장 진출을 위한 기반기술 구축을 위하여 ‘World Best 고성능 재료 및 첨단시공 기술 및 화재안전기술 개발’을 최종목표로 핵심요소 기술을 개발하고 있다.
  • 초고층 공사의 리스크 및 불확실성의 대처 요구와 공정/원가/노무/자원 등의 체계적인 통합관리, 그리고 초고층공사 자원의 최적 계획 및 관리 요구에 맞게 연구를 진행하고 있다. 이 기술은 초고층 프로젝트 리스크 제어 및 관리기술, 공정-원가 시뮬레이션 모델개발, BIM 기반 공사정보 통합모델 및 정보처리기술 개발, 초고층 프로젝트 종합공사관리 시스템 개발을 목표로 하고 있다.
  • 인명피해 최소화를 위한 피난안전 기준 및 연기제어 시스템 구축을 위해 피난안전성 평가지침 및 절차서, 피난설계 기준 및 안전시설, 연기제어 설비 및 설계서 등을 목표로 초고층 복합빌딩 적용 피난안전 및 연기제어 해석 및 설계에 대한 연구를 진행하고 있다. 초고층 건물의 부속실 내로 연기의 침입을 방지하기 위한 무지향성 댐퍼를 개발하였고, 화재층의 연기를 제어기술과 연기거동 예측 프로그램, 피난안정성 평가 툴을 개발하고 있다<사진 6>.
  • 양중 및 관리/운영 기술은 초고층용 경사리프트 및 이동식 급전장치 개발과 리프트 정보관리 및 운영효율 평가기술 개발, 그리고 스마트 리프트 모니터링 및 제어기술 개발에 중점을 두고 있다. 콘크리트 펌핑 기술은 고강도 콘크리트 펌프 압송성 예측/평가 기법과 초고층용 콘크리트 타설 최적 배합 및 펌핑 기술 개발을 목표로 하고 있다<;사진 5>.
  • 성능위주 설계에 기반을 둔 시뮬레이션을 통해 초고층 빌딩의 화재 위험성을 평가하는 시스템을 개발하고 있다. 화재의 발생장소, 화재성장, 연기이동 등 화재 발달과정 및 대피진압을 고려한 시나리오를 세분화해 작성하였고, 이를 통해 시나리오 별 위험성을 평가하여 최적의 화재안전시스템을 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 화재시나리오 선정기술과 화연확산 및 피난 시뮬레이션 기술을 합하여 성능위주설계의 핵심기술 개발하고 있으며, 화재 위험성 평가프로그램을 개발하여 국내 대형건물과 해외 프로젝트(캄보디아 AEON 쇼핑몰)에서 화재 위험성 평가 시뮬레이션을 진행하였다<그림 1>.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고성능 재료기술(1세부) 개발 과제에서는 어떤 기술에 대한 연구가 추진되고 있는가? 고성능 재료기술(1세부) 개발 과제에서는 초고층 공사비 절감과 고성능 재료의 세계시장 공급 추진 등을 목표를 두고 3개 분야로 나누어 ①고강도강 실용화 기술, ②슈퍼 콘크리트 실용화 기술, ③고성능 강·콘크리트 합성구조 기술에 대한 연구가 추진되고 있다. 최종적으로는 초고층 건설소재 국산화, 골조공사비 20% 절감, 부재단면 축소로 인한 공기단축 20%를 목표로 연구가 진행되고 있다.
초고층 건축물의 시공 경쟁력 확보를 위해 강조되고 있는 기술은? 또한, 초고층 건축물의 시공 경쟁력 확보 측면에서 가장 중요한 요소는 최고의 품질을 유지하면서 얼마나 경제적으로 빨리 시공할 수 있는가하는 것이다. 따라서 초고층 건축물 시공기술의 핵심 요소로 콘크리트의 품질 확보를 위한 펌핑 기술, 골조공사 cycle time 단축을 위한 거푸집 기술, 양중 효율성 최적화를 위한 스마트 리프트 기술이 강조되고 있다. 그리고 초고층 복합빌딩은 그 특성상 재실자 밀도가 타 건물에 비해 월등히 높은 수직공간의 특성이 반영된 건물이므로, 재난 발생 시 대형 인명피해가 발생할 수 있어 초고층 건물의 특성을 고려한 화재안전 최적대응 기술개발이 필요하다.
초고층 복합빌딩에 필요한 기술개발은? 따라서 초고층 건축물 시공기술의 핵심 요소로 콘크리트의 품질 확보를 위한 펌핑 기술, 골조공사 cycle time 단축을 위한 거푸집 기술, 양중 효율성 최적화를 위한 스마트 리프트 기술이 강조되고 있다. 그리고 초고층 복합빌딩은 그 특성상 재실자 밀도가 타 건물에 비해 월등히 높은 수직공간의 특성이 반영된 건물이므로, 재난 발생 시 대형 인명피해가 발생할 수 있어 초고층 건물의 특성을 고려한 화재안전 최적대응 기술개발이 필요하다. 본 고에서는 초고층빌딩 시공기술 연구단에서 개발중인 고성능 강재 및 콘크리트 소재와 정밀하면서도 고속시공이 가능한 시공기술, 그리고 초고층빌딩의 화재안전 기술을 소개하고자 한다.
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