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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 공동주택 지하주차장에 PC 구조시스템을 여러 가지 각도로 조합하여 적용하고, 각각에 대한 경제성을 분석하여 비용절감형 장수명주택에 부합하는 지하주차장 구조형식을 도출하고자 한다.
- 본 연구에서는 비용절감형 장수명주택에 부합하는 지하주차장 구조형식을 도출하고자 공동주택 지하주차장에 RC라멘구조 및 다양한 PC 시스템을 여러 가지 각도로 조합하여 적용하고, 각각에 대한 경제성평가를 실시하였다.
- 또한 각 공종별 일위대가 항목에 대해 실적공사비 기준(국토해양부)에 반영된 항목들에 대해서는 [Table 1]을 적용하였고, 실적공사비에 반영되지 않은 항목에 대해서는 표준품셈을 적용하였다. 적용 시에는 해당 항목별 실적공사비와 표준품셈의 노무비와 경비에 대해 75%를 적용하였는데, 그 이유는 개발 PC공법이 타 공법에 비해 경제적 효과가 현실적으로 어느 정도인지를 분석하는 것이 본 연구의 목표이기 때문이다.
제안 방법
- 각 모델의 부재설계에 따른 보 높이 변화를 고려하여 경제성 평가시 각 모델의 층고를 달리 적용하여 물량을 산출하였으며, [Table 8]에 각 모델의 지하1층 및 지하2층 층고를 정리하여 나타내었다.
- 골조 구조해석시 사용된 프로그램은 국내 상용 구조해석프로그램인 MIDAS Genw이 사용되었으며, 단위모듈에 대한 구조해석시 인접경간 변화에 의하여 발생되는 불균형 모멘트효과를 배제하기 위하여 동일한 경간의 5개 모듈이 각 방향으로 연속된 골조를 해석하고 가운데 모듈의 부재력을 대상으로 부재설계를 수행하였다. PC 부재는 공장에서 부재의 일부분이 제작되고 현장에서 상부 토핑콘크리트를 타설함으로써 완성된 단면을 이루게 된다.
- 구조해석 결과를 토대로, 각 단위모듈 구조시스템의 슬래브 및 보에 대한 부재설계를 실시하였으며, 설계결과를 [Table 6, 7]에 나타내었다. [Table]에서와 같이 RC 라멘구조에 해당하는 모델 1과 PC 보에 P.
- 경제성 평가는 양방향 주차가 가능하여 주차계획이 자유로운 장점이 있는 8×8m의 기둥간격이 적용된 지하 2개층 단위모듈 및 실제 사업지구 지하주차장을 대상으로 하였다. 단위모듈 경제성 평가는 [Figure 3]과 같이 일방향 또는 이방향 골조에 여러 가지 슬래브 형식을 적용하여 총 11개 구조시스템을 대상으로 하였으며, 단위모듈에 대한 경제성 분석결과를 토대로 도출된 최적 구조시스템을 실제 사업지구 지하주차장에 적용하여 기존 RC 라멘구조와 비교 평가하였다.
- PC 부재는 공장에서 부재의 일부분이 제작되고 현장에서 상부 토핑콘크리트를 타설함으로써 완성된 단면을 이루게 된다. 따라서 [Figure 5]와 같이 각 PC 시스템별로 양중시, 시공시, 완공시로 구분하고 시공단계별 발생하중 및 지점조건을 고려하여 구조해석을 실시하였다.
- 또한 각 공종별 일위대가 항목에 대해 실적공사비 기준(국토해양부)에 반영된 항목들에 대해서는 [Table 1]을 적용하였고, 실적공사비에 반영되지 않은 항목에 대해서는 표준품셈을 적용하였다. 적용 시에는 해당 항목별 실적공사비와 표준품셈의 노무비와 경비에 대해 75%를 적용하였는데, 그 이유는 개발 PC공법이 타 공법에 비해 경제적 효과가 현실적으로 어느 정도인지를 분석하는 것이 본 연구의 목표이기 때문이다.
- 본 연구에서는 간접공사비를 산정하기 위한 제비율의 구성 백분율이 모두 동일하므로 각 시스템별로 직접공사비를 산출하여 원가계산을 실시하였다.
- 전체 지하주차장에서 PC 시스템의 적용구간은 공동주택 주변과 램프구간, 기둥과 보가 수직·수평으로 접합되지 않아 P.C 시스템으로 적용되기 어려운 구간을 배제하고 PC 슬래브 및 보, 기둥이 적용되었으며, R.C 라멘구조 및 P.C 시스템에 대한 경제성평가 시 각 지하주차장의 P.C 시스템이 적용된 구간을 대상으로 물량을 산출하여 경제성 평가를 수행하였다.
- 평가대상 11개의 단위모듈에 대한 경제성 분석결과를 토대로 RC 라멘구조 및 RC 라멘구조보다 약 2% 공사비가 감소하는 것으로 검토된 모델 11번의 P.C 슬래브 및 보·기둥 골조 시스템을 실제 사업지구 지하주차장 2개단지에 적용하여 경제성 분석을 실시하였다.
- 평가대상 2개 지구에 대한 지하주차장을 대상으로 모델1번과 11번에 해당하는 슬래브 및 보·기둥 골조를 적용하여 각각에 대한 구조설계를 실시하였으며, 각 지구 지하주차장에 대한 공종별 공사비 산출결과 및 누적공사비를 [Table 12] 및 [Figure 9, 10]에 나타내었다.
대상 데이터
- 경제성 평가는 양방향 주차가 가능하여 주차계획이 자유로운 장점이 있는 8×8m의 기둥간격이 적용된 지하 2개층 단위모듈 및 실제 사업지구 지하주차장을 대상으로 하였다.
- 평가대상 11개 단위모듈 구조시스템에 대한 구조평면도와 각 모델에 적용된 보-기둥 골조 및 슬래브 형식을[Figure 4]와 [Table 2]에, 각 모델에 적용된 슬래브의 특징 및 형상을 [Table 5]에 간략하게 정리하여 나타내었다. 평가대상 11개 모델 중 모델 1번은 RC 구조물이며, 모델 2~11번의 보-기둥 골조는 PC구조물이다. 또한 모델 3~11번 구조물의 PC 보에는 매립된 스트랜드를 통해 프리스트레스(이하 P.
- 평가대상 11개의 지하2개층 8×8m 단위모듈 모델을 대상으로 슬래브 자중을 제외한 동일한 하중을 적용하여 각각에 대한 부재설계를 수행하고 공사종류별 물량을 산출하여 [Table 9]에 나타내었다.
- 평가대상 2개 단지의 지하주차장은 단위모듈에 대한 경제성분석과 동일한 8.0×8.0 m의 기둥간격이 적용된 지하2개층 지하주차장이 선정되었으며, 각 지하주차장에 대한구조평면도 및 개요를 [Figure 8] 및 [Table 11]에 나타내었다.
성능/효과
- 구조해석 결과를 토대로, 각 단위모듈 구조시스템의 슬래브 및 보에 대한 부재설계를 실시하였으며, 설계결과를 [Table 6, 7]에 나타내었다. [Table]에서와 같이 RC 라멘구조에 해당하는 모델 1과 PC 보에 P.S가 도입되지 않은 모델 2의 지붕층 및 지하층 보의 높이는 각각 1,100 mm와 600 mm가 필요한 것으로 나타났으며, P.S가 도입된 대부분의 모델에서 지붕층 및 지하층 보 높이는 각각800 mm와 500 mm가 필요한 것으로 나타나 보 높이가 지붕층과 지하층에서 각각 300 mm와 100 mm가 감소하였다. 그러나 NRS슬래브가 적용된 모델 10은 지붕층 및 지하층에서 각각 900 mm와 600 mm의 보 높이가 필요한 것으로 나타났고, Deep-deck이 적용된 모델 8에서는 각각 800 mm와 600 mm가 필요한 것으로 나타났다.
- 검토결과 슬래브 공사비는 이방향 골조에서 전체공사비의 약 31~53%를 차지하였으며, 일방향 골조에서는 약 47~57%를 차지하는 것으로 나타나 슬래브가 장경간이 됨에 따라 일방향 골조에서 슬래브 공사비 비율이 약 4~16% 상승하였으며, 전체 공사비에 대한 보·기둥 공사비는 이방향과 일방향 골조에서 각각 35~58, 33~43%로 나타나 단위 모듈당 설치되는 보의 개수가 상대적으로 감소함에 따라 일방향 골조에서 보·기둥 공사비 비율이 약 2~15% 낮아지는 것으로 나타났다.
- 공사비 검토결과 모델 1번의 골조공사비 대비 모델 11번의 골조공사비 비율은 A지구와 B지구에서 각각 96%, 100%로 나타났으며, 전체공사비 비율은 각각 94, 98%로 나타나 모델 11번이 적용된 지하주차장이 RC 라멘구조인 모델 1번이 적용된 지하주차장 보다 약 2~6% 공사비가 감소하는 것으로 검토되어, 지하2개층 8×8m 단위모듈에 대한 경제성 평가와 유사한 결과를 나타났다.
- 단위모듈 구조시스템에 대한 경제성평가 결과, 이방향PC시스템은 110~128%로 RC 라멘구조 대비 10~28% 정도의 골조공사비가 상승되는 것으로 확인되었으며, 일방향 PC시스템은 98~112%로 공법에 따라 편차는 있으나적절한 공법선정 시에는 RC 라멘구조와 유사한 수준인것으로 나타났다. 또한 일방향 PC시스템중 가장 경제적으로 평가된 모델11번 시스템을 실제 사업지구 지하주차장에 적용하여 경제성을 분석한 결과 RC 라멘구조 대비 약 2~6% 공사비가 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 PC시스템이 원가는 높으나 P.
- 검토결과 슬래브 공사비는 이방향 골조에서 전체공사비의 약 31~53%를 차지하였으며, 일방향 골조에서는 약 47~57%를 차지하는 것으로 나타나 슬래브가 장경간이 됨에 따라 일방향 골조에서 슬래브 공사비 비율이 약 4~16% 상승하였으며, 전체 공사비에 대한 보·기둥 공사비는 이방향과 일방향 골조에서 각각 35~58, 33~43%로 나타나 단위 모듈당 설치되는 보의 개수가 상대적으로 감소함에 따라 일방향 골조에서 보·기둥 공사비 비율이 약 2~15% 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 모든 모델에서 전체공사비에 대한 기초 공사비는 약 7~9%로 일방향과 이방향 골조에 대한 차이는 미미한 것으로 나타났으며, 전체공사비에 대한 기타공사비 비율은 이방향 및 일방향 골조에서 각각4~9, 2~3%로 나타나 현장타설 콘크리트 물량이 상대적으로 많은 이방향 골조에서 기타공사비 비율이 약 2~6% 더 높게 나타났다.
- 단위모듈 구조시스템에 대한 경제성평가 결과, 이방향PC시스템은 110~128%로 RC 라멘구조 대비 10~28% 정도의 골조공사비가 상승되는 것으로 확인되었으며, 일방향 PC시스템은 98~112%로 공법에 따라 편차는 있으나적절한 공법선정 시에는 RC 라멘구조와 유사한 수준인것으로 나타났다. 또한 일방향 PC시스템중 가장 경제적으로 평가된 모델11번 시스템을 실제 사업지구 지하주차장에 적용하여 경제성을 분석한 결과 RC 라멘구조 대비 약 2~6% 공사비가 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 PC시스템이 원가는 높으나 P.S의 도입으로 인한 부재춤 감소 및 이에 따른 층고절감과 단위모듈 당 부재수의 감소효과에 기인한 것으로 판단된다.
- 보 및 기둥의 공사비에서는 RC 라멘구조인 모델 1의 R.C 보·기둥 공사비에 대한 일방향 골조의 P.C 보·기둥 공사비 비율이85~98%로 나타나, R.C 대비 P.C의 원가는 높지만 P.S 도입으로 인한 단면감소, 단위 모듈당 부재개수의 감소 등으로 인해 공사비가 감소한 것으로 판단된다.
- 각 모델에서 산출된 부재별 공사비의 누적 공사비를 [Figure 7]에 나타내었으며, 부재별로 모델 1의 부재 공사비에 대한 각 모델의 부재 공사비 비율을 산출하여 나타내었다. 슬래브 공사비에서는 가장 일반적으로 상용되고 있는 Deck슬래브가 적용된 모델 1번 및 2번이 가장 낮게 나타났으며, 중공체 설치로 인한 공사비 상승과 장경간 구현을 위한 Deck 원가 상승의 영향으로 이방향 중공 R.C 슬래브와 Deep-Deck의 공사비가 가장 높게 형성되었고, PC 슬래브에서는 모델 11번 및 6번의 DHS와DMS 슬래브가 모델 1의 Deck 슬래브 공사비 대비 117~ 122%로 나타나 가장 낮게 나타났다. 보 및 기둥의 공사비에서는 RC 라멘구조인 모델 1의 R.
- 전체공사비 검토결과, 모델 1번과 동일한 이방향 골조가 적용되고, P.C보에 P.S가 도입되지 않은 모델 2번의 공사비가 모델 1번의 공사비 대비 128%로 가장 높게 나타났으며, DMS와 DHS PC슬래브가 적용된 모델 6번과11번은 모델 1번의 공사비 대비 100, 98%로 나타나 보· 기둥 및 슬래브가 모두 PC가 적용되었음에도 RC 라멘구조의 공사비에 대한 경쟁력을 갖춘 것으로 검토되었다.
후속연구
- 따라서 모듈화된 지하주차장의 구조형식으로는 일방향 PC 시스템이 합리적인 방법의 하나일 것으로 사료된다. 다만 본 연구는 RC 라멘구조 대비 PC 시스템의 경제성 평가를 토대로 한 것이므로, 향후 일반적인 RC 라멘구조 외에 층고절감 효과가 클 것으로 예측되는 무량판구조, 와이드빔 등에 대한 추가적인 경제성평가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 또한 본연구의 경제성 평가는 기둥이 수직 및 수평열로 직각 배치되어 PC 시스템이 적용되기에 최적화된 지하주차장에 한정되어 있어, 기둥의 배치가 정형화되지 않은 지하주차장에 대한 경제성평가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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