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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 옥내형 석탄저장고에 일반적으로 적용되어야 할 사항과 설계와 시공에 있어 특이점에 대해 주요 공종별로 제시함으로써 앞으로 이와 유사한 석탄저장고를 축조 시 응용될 수 있도록 설계조건과 지침을 만드는데 기초 자료로 활용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
- 이에 연구 내용은 넓은 면적에 많은 양의 석탄을 노천으로 저장하던 기존의 방식을 탈피하여 옥내에 석탄을 저장하는 저장고가 지상에 축조되어야 하므로, 첫째, 이에 대한 석탄저장고의 기본적 개요와 설계조건, 설계 특이사항을 살펴보고, 둘째, 이런 석탄저장고의 시공에 따른 시공개요와 각 공정별 시공방법을 살펴보기 위하여 지정 및 기초공사와 철골공사, 도장공사, 마감공사 등 주요 공정의 특이사항을 알아보려 한다.
제안 방법
- 잔탄 제거와 유지관리를 위해 각 구간마다 중장비 차량의 진입이 용이하도록 진입로를 설치한다. 공간을 확보토록 하였다. 석탄저장에 대한 하중조건으로 저장 공간은 저장구간마다 각각 석탄 만재 시와 비어있는 경우를 대비하여 옹벽구조의 전도 등에 충분한 내력을 갖도록 설계하여 구조적 안전성을 확보토록 한다.
- 5로 설계되어있다. 구조물의 기초가 위치하지 않는 곳의 되메우기 장소는 되메우기 한 층두께를 0.3m로 하되 채움 지역 200㎡마다 1회 현장밀도시험(field density test; 들밀도)을 시행한다.
- 운반이나 설치 중에 손상된 도막을 보수하기 위해 보수 1회 도장(Epoxy Mastic Aluminum Primer75㎛)과 보수 2회 도장(Polyamide Epoxy50㎛)을시행하고, 표면처리는 공장도장은 SSPC(Steel Structures Painting Council)[9]-SP10, 보수도장은 SSPC-SP3으로 시행하며, 보수도장(Touch-Up)은 도장면적의 10%를 계상한다. 도장재료가 고급화되고 중방식 도료에 대한 중요도가 부각됨에 따라 시험요구사항에 대한 승인한계가 까다로워지며 ASTM 부문별로 장비 및 이력과 공인능력을 갖춘 국내․외 시험기관에서 부착력 시험(Adhesion Test, ASTM D4541)과 내마모성 시험(Abrasion Resistance Test, ASTM D4060), 시편제작(Preparation of Specimen, ASTM D5139), 내 염수성시험(Salt Spray Resistance Test, ASTM B117), 마찰계수 시험(Slip Co-Efficient Test, ASTM A325 또는 A490) 등과 같은 시험을 시행한다.
- 본 연구에서 언급된 화력발전소의 경우 연돌의 적정고가 156m 정도가 필요하나 해당 화력발전단지의 경우 단지 내에 높이 솟아있는 산을 절토하여 해발 70m에 자리 잡게 함으로써 연돌의 높이를 86m로 시공함으로써 공사비를 절감하였다. 또한 1,2호기 연돌을 인접시켜 그 사이 공간에 사무실과 전망대를 배치시킴으로써 독특한 디자인의 건축물을 구축하여 발전소로의 기능에 디자인적 요소를 가미하였다.
- 석탄저장고는 총 12개 구역으로 구분하며, 10개 구역은 석탄을, 나머지2개 구역은 Biomass(에너지원으로 이용되는 식물과 미생물, 발전연료로는 주로 우드펠렛 사용)를 저장토록 되어있고, 석탄 저장 공간의 용량산정은 석탄비중 0.72, 안식각 40°, 손실률 5% 기준으로 하였다.
- 공간을 확보토록 하였다. 석탄저장에 대한 하중조건으로 저장 공간은 저장구간마다 각각 석탄 만재 시와 비어있는 경우를 대비하여 옹벽구조의 전도 등에 충분한 내력을 갖도록 설계하여 구조적 안전성을 확보토록 한다.
- E50㎛)과 현장도장 Polyamide Epoxy 50㎛으로 되어있다. 운반이나 설치 중에 손상된 도막을 보수하기 위해 보수 1회 도장(Epoxy Mastic Aluminum Primer75㎛)과 보수 2회 도장(Polyamide Epoxy50㎛)을시행하고, 표면처리는 공장도장은 SSPC(Steel Structures Painting Council)[9]-SP10, 보수도장은 SSPC-SP3으로 시행하며, 보수도장(Touch-Up)은 도장면적의 10%를 계상한다. 도장재료가 고급화되고 중방식 도료에 대한 중요도가 부각됨에 따라 시험요구사항에 대한 승인한계가 까다로워지며 ASTM 부문별로 장비 및 이력과 공인능력을 갖춘 국내․외 시험기관에서 부착력 시험(Adhesion Test, ASTM D4541)과 내마모성 시험(Abrasion Resistance Test, ASTM D4060), 시편제작(Preparation of Specimen, ASTM D5139), 내 염수성시험(Salt Spray Resistance Test, ASTM B117), 마찰계수 시험(Slip Co-Efficient Test, ASTM A325 또는 A490) 등과 같은 시험을 시행한다.
- 본 연구대상인 화력발전소 석탄저장고는 우리나라 발전산업 현장 중에서 원자력, 화력, 복합화력 등을 통틀어 발전 단지 내에 위치한 건축물 중 그 규모면에서 가장 크다. 이 옥내형 석탄저장고는 축구장 6개 크기의 평면에 높이가 73m나 되는 거대한 규모이고, 또한 구조 및 기능적 요소가 미적요소보다 우선할 수밖에 없기에 구조적 안전성과 기능적 석탄저장을 위해 중앙 옹벽과 부벽합산 75,000㎥에 달하는 콘크리트와 11,744ton의 PEB시스템을 이용한 철골을 사용하여 장대한 공간을 창출할 수 있게 설계되었기에 이에 따른 옹벽구조와 철골구조에 대한 설계조건과 철골 PEB 시스템의 특징을 살펴보고, 시공에 따른 지정공사와 기초공사, 철골공사, 도장공사, 마감공사 등 주요 공정상 요구되는 특이사항을 조사하였고, 아울러 이들 주요 공정 상에 요구되는 다양한 시험검사에 대해서도 살펴보았다.
- 불소수지도료가 도장된 강판은 다음과 같은 요구조건에 충족하는 시험을 해야 한다. 첫째, 염수분무시험(Salt SprayTest)은 KS D 3520에 따라 500시간동안 염수분무시험을 수행하였을 때 육안으로 부식이 없어야 하고, 촉진내후성시험은 KS A 3507 듀사이클 촉진 내후성 시험 방법[10]에 따라 시험하여 500시간 경과 후 색상의 변화는 델타 E 값이 5이내이어야 하며, 균열, 박리 등이 발생하지 않아야 한다. 충격시험(Impact Test)은 충격시험을 했을 때 박리가 발생하지 않아야 하고, 굽힘시험(BendingTest)은 KS D 3520에 따라 굽힘 시험을 했을 때 시험편나비의 양 끝에서 각각 7㎜ 이상 떨어진 곳의 외측 표면에 박리가 발생하지 않아야 한다.
- 형강 및 강판은 일반구조용 압연강재로 KS D 3503SS 400 및 SS 490 또는 ASTM A36을 따르며, 구조용 볼트는 T.S Bolt(Tension Control Structural Bolt)를 적용하며, T.S 볼트 조임이 불가능한 개소는 고장력 볼트를 적용하였다. T.
- 화력발전소의 주요구조물은 가능한 범위에서 원지반(암반 위)에 기초를 설치하는 것을 원칙으로 하지만 부득이한 경우에는 lean con'c, pile(steel pile, PHC pile),structural back-fill 등 방법으로 지정공사를 한다.
대상 데이터
- Boltless Type 또는 Seaming Metal Roof System을사용하고 상부철판 두께는 0.8㎜ 이상의 편면보증 제품(Top : Primer 5㎛ + PVDF 20㎛, Back : Back Paint 5㎛ 코팅)을 사용하며 하부 철판은 0.6㎜이상의 편면보증제품을 사용한다. 중간 단열재는 THK 75㎜ 이상의 난연성능이 있는 Polyisocyanurate Foam 또는 Glass WoolInsulation(수직결 형식, 64kg/㎡) 이상을 사용한다.
- PEB시스템에는 90m까지 clear span 확보가 가능한 RF(Rigid Frame), 내부 기둥간격을 자유롭게 선택할 수 있는 CB(Continuous Beam), 기존건물에 연결되는 부속건물 시공에 적합한 LT(Lean To), 최대 120m의 순간 확보가 가능하고, 내부 기둥을 사용하면 한 span 최대 240m까지 가능한 OWF(Open Web Frame) 등이 있으며 본 연구대상인 석탄저장고는 RF와 CB의 혼용이라고 볼 수 있다.
- 본 연구대상인 화력발전소 석탄저장고는 우리나라 발전산업 현장 중에서 원자력, 화력, 복합화력 등을 통틀어 발전 단지 내에 위치한 건축물 중 그 규모면에서 가장 크다. 이 옥내형 석탄저장고는 축구장 6개 크기의 평면에 높이가 73m나 되는 거대한 규모이고, 또한 구조 및 기능적 요소가 미적요소보다 우선할 수밖에 없기에 구조적 안전성과 기능적 석탄저장을 위해 중앙 옹벽과 부벽합산 75,000㎥에 달하는 콘크리트와 11,744ton의 PEB시스템을 이용한 철골을 사용하여 장대한 공간을 창출할 수 있게 설계되었기에 이에 따른 옹벽구조와 철골구조에 대한 설계조건과 철골 PEB 시스템의 특징을 살펴보고, 시공에 따른 지정공사와 기초공사, 철골공사, 도장공사, 마감공사 등 주요 공정상 요구되는 특이사항을 조사하였고, 아울러 이들 주요 공정 상에 요구되는 다양한 시험검사에 대해서도 살펴보았다.
- 평면을 살펴보면 석탄을 저장하는 10개 구간은 정사각형으로, Biomass를 저장하는 2개 구간은 직사각형으로 되어있으며, 총 12개구간으로 구분되어 있다. 연구대상인 석탄저장고는 옥내형 석탄 저장조로는 체적 면에서 국내 최대 규모이다. 중앙 옹벽과 좌우 6개의 부벽은 매스콘크리트로 수화열 저감을 목적으로 저발열 시멘트를 사용하였고, 콘크리트설계 기준강도는 28MPa로 되어있다.
- 연구대상인 석탄저장고는 옥내형 석탄 저장조로는 체적 면에서 국내 최대 규모이다. 중앙 옹벽과 좌우 6개의 부벽은 매스콘크리트로 수화열 저감을 목적으로 저발열 시멘트를 사용하였고, 콘크리트설계 기준강도는 28MPa로 되어있다. 골조는 PEB(Pre-Engineered Building)[3]로 이는 설계, 구조해석, 제작시공 등 전 과정을 최대한 Computer Package화하여 공사비 절감, 공기단축을 도모하는 철골 조립식건물 시스템으로 미학적 요소를 충분히 고려한 다양한 시뮬레이션으로 건축물을 생산, 설계하는 시스템이라고 할 수 있는데, 이 시스템 공법 중 Rigid Frame 공법을 근간으로하여 대공간을 창출하고 중앙에 옹벽(옹벽 상부엔 철골master column으로 지지)을 설치하여 안정성과 효율성을 도모하였으며, 석탄이송을 원활히 하기위해 Re-claimer(석탄을 이동시키는 자동운송장치)가 석탄저장고 내·외부에 설치되어 있다.
성능/효과
- 컴퓨터를 활용한 정확한 구조계산으로 응력상 불필요한 철골자재를 제거하여 철골공사비를 최대 30% 절감할 수 있다. 또한 현장용접이 불필요한 볼트 조립방식을 사용하고, 기둥이 많이 들어가는 재래식 공법의 단점을 극복하여 거대 공간을 창출함으로 공기단축이 가능하고 기능적 만족감도 크다
- 기존 500Mw급 표준 화력발전소가 1boiler - 1turbine 조합인데 반해 본 연구에서 언급된 화력발전소는 국내최초 CFBC(Circulating Fluidized Bed Combustion, 유동층)발전소로 2boiler+1turbine 조합으로 되어 있는데, 이는 기존 표준화력 boiler(1)+turbine(1)의 조합과 대비하여 발전용량이 2배가 된다[2]. 본 연구에서 언급된 화력발전소의 경우 연돌의 적정고가 156m 정도가 필요하나 해당 화력발전단지의 경우 단지 내에 높이 솟아있는 산을 절토하여 해발 70m에 자리 잡게 함으로써 연돌의 높이를 86m로 시공함으로써 공사비를 절감하였다. 또한 1,2호기 연돌을 인접시켜 그 사이 공간에 사무실과 전망대를 배치시킴으로써 독특한 디자인의 건축물을 구축하여 발전소로의 기능에 디자인적 요소를 가미하였다.
- 설계에서 최종생산까지 공정을 일관라인으로 연결된 컴퓨터시스템으로 운용하고 고강도 철판을 사용하는 Built-up 시스템으로 열 변형이 최소화 되는 등 품질확보에 신뢰성이 있다. 컴퓨터를 활용한 정확한 구조계산으로 응력상 불필요한 철골자재를 제거하여 철골공사비를 최대 30% 절감할 수 있다. 또한 현장용접이 불필요한 볼트 조립방식을 사용하고, 기둥이 많이 들어가는 재래식 공법의 단점을 극복하여 거대 공간을 창출함으로 공기단축이 가능하고 기능적 만족감도 크다
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