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문제 정의
- HPC공법을 건축공사 현장에 적용하기 위해서는 시공 및 공사관리 분야의 연구도 선행되어야 한다. 따라서 본 연구는 HPC공법을 공사현장에 적용하는데 필요한 공사관리 측면의 기초연구로 수행되었다. 본 연구의 목적은 HPC공법 골조공사의 표준적인 공사절차를 개발하고, 이를 활용하여 HPC공법의 공사기간을 분석하는 것으로 하였다.
- HPC공법은 기존 PC공법의 구조성능과 시공성을 개선하기 위해 개발하고 있는 공법이다. 본 연구의 목적은 HPC공법 골조공사의 공사절차 프로토타입을 개발하고, HPC공법의 공사기간을 하프슬래브공법과 비교하여 분석하는 것이다. 중요한 연구 결과는 다음과 같다.
- 따라서 본 연구는 HPC공법을 공사현장에 적용하는데 필요한 공사관리 측면의 기초연구로 수행되었다. 본 연구의 목적은 HPC공법 골조공사의 표준적인 공사절차를 개발하고, 이를 활용하여 HPC공법의 공사기간을 분석하는 것으로 하였다. 선행 연구 중에서 개략적인 공사기간 분석에 대한 연구가 수행된 바 있다[8].
가설 설정
- PC공사 사례의 규모를 고려하여, 펌프카의 종류는 작업반경이 43m인 펌프카로 가정하였다. 선정된 펌프카의 콘크리트 실토출량은 130m3/hr이며, 1일 작업시간은 8시간을 기준으로 하였다.
제안 방법
- 1) 하프슬래브공법 공사사례의 일반적인 구성에 HPC공법의 핵심기술을 적용하여 HPC공법의 프로토타입을 개발하였다. 중공PC기둥의 프로토타입과 슬리브를 포함한 기둥접합부의 프로토타입을 도출하였다.
- HPC공법의 공사절차 프로토타입을 개발하기 위해 핵심기술(중공PC기둥, HSS)에 대한 프로토타입을 도출하였다. 중공PC기둥에 대한 상세와 일반사항을 도출하여 Table 3과같이 중공PC기둥의 프로토타입을 개발하였다.
- HPC공법의 표준적인 공사절차를 개발하기 위해 ‘하프슬래브공법의 공사절차 프로토타입’을 도출하고, 여기에 HPC공법의 핵심기술을 적용하여 ‘HPC공법의 공사절차 프로토타입’을 개발하였다(Figure 5).
- 중공PC기둥에 대한 상세와 일반사항을 도출하여 Table 3과같이 중공PC기둥의 프로토타입을 개발하였다. HSS의 프로토타입은 Figure 4와 같이 HSS가 사용되는 기둥접합부 상세의 프로토타입으로 개발하였다.
- 구체적으로는 HPC공법에 대한 선행연구결과 [2,3,4,5,6,7,8]를 기반으로, 최근 PC공사사례를 분석하였다(Table2). PC공장 및 PC공사현장 방문 실측조사, 연구진 세미나, PC전문가 면담조사, 현장실무자 인터뷰 등을 통해 연구를 수행하였다. 연구에 활용된 PC공사사례는 최근 5년 이내에 하프슬래브공법으로 국내에서 건축되었거나 시공 중인 9개 건축공사였다.
- 여기에서는 건축공사 현장에서 PC부재의 조립에 소요되는 공사기간을 분석하였다. PC부재 조립 공사기간은 부재의 물량을 1일 평균 조립 수량으로 나누어 산출하였다. 공사 사례의 설계도면, 시공계획서, PC조립 현장조사, 현장공사 실적자료 등을 통해서 부재별 1일 평균 조립 수량을 도출하였다.
- 기둥의 1일 평균 조립 수량은 15매(중공PC기둥은 무게가 절반 정도이기 때문에 동일크기일 경우 18매로 적용), 보는 17매, 슬래브는 20매를 기준으로 설정하여 적용하였다. PC부재의 1일 조립매수의 산출은 비슷한 크기와 무게의 PC부재에 대한 공사자료를 기반으로 산출하였다. 또한 PC공사의 경험이 많은 실무전문가들의 자문을 통하여 확정하였다.
- 하프슬래브공법과 HPC공법의 건축공사 현장에서의 ‘PC 부재 조립’에 대한 공사기간을 산출하여 비교하였다(Table 3). Table 2의 공사 사례의 기준층 PC부재 조립작업에 소요되는 공사기간을 분석하였다. PC공사의 공정계획은 크게 설계, 생산, 조립으로 구분된다.
- 개별공사의 환경과 여건에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 HSS의 위치에 따라 ‘HPC_above’와, ‘HPC_under’ 두 가지 형태로 개발 하였다.
- PC부재 조립 공사기간은 부재의 물량을 1일 평균 조립 수량으로 나누어 산출하였다. 공사 사례의 설계도면, 시공계획서, PC조립 현장조사, 현장공사 실적자료 등을 통해서 부재별 1일 평균 조립 수량을 도출하였다. 기둥의 1일 평균 조립 수량은 15매(중공PC기둥은 무게가 절반 정도이기 때문에 동일크기일 경우 18매로 적용), 보는 17매, 슬래브는 20매를 기준으로 설정하여 적용하였다.
- 또한 HPC기둥 접합부의 시공상세를 도출하였다. 공사기간 분석은 개발된 공사절차와 시공상세를 7개의 공사사례에 적용하여 두 공법 간의 공사기간 차이를 산출하여 분석하였다.
- 분석에 사용된 공사자료는 사례별로 설계도면, 시방서, 공사계획서, 현장조사 결과 등이 수집되어 사용되었다. 공사자료를 분석하여 하프슬래브 공법의 표준적인 공사절차를 도출하였다. 도출된 하프슬래브공법의 표준적인 공사절차에 HPC공법의 핵심기술(중공 기둥PC, 헤드 스플라이스 슬리브)을 적용하여 HPC공법의 공사절차 프로토타입을 개발하였다.
- 연구방법은 국내에서 가장 일반적인 PC공법인 하프슬래브공법과 비교하는 것으로 하였다. 구체적으로는 HPC공법에 대한 선행연구결과 [2,3,4,5,6,7,8]를 기반으로, 최근 PC공사사례를 분석하였다(Table2). PC공장 및 PC공사현장 방문 실측조사, 연구진 세미나, PC전문가 면담조사, 현장실무자 인터뷰 등을 통해 연구를 수행하였다.
- 공사자료를 분석하여 하프슬래브 공법의 표준적인 공사절차를 도출하였다. 도출된 하프슬래브공법의 표준적인 공사절차에 HPC공법의 핵심기술(중공 기둥PC, 헤드 스플라이스 슬리브)을 적용하여 HPC공법의 공사절차 프로토타입을 개발하였다. 또한 HPC기둥 접합부의 시공상세를 도출하였다.
- 도출된 하프슬래브공법의 표준적인 공사절차에 HPC공법의 핵심기술(중공 기둥PC, 헤드 스플라이스 슬리브)을 적용하여 HPC공법의 공사절차 프로토타입을 개발하였다. 또한 HPC기둥 접합부의 시공상세를 도출하였다. 공사기간 분석은 개발된 공사절차와 시공상세를 7개의 공사사례에 적용하여 두 공법 간의 공사기간 차이를 산출하여 분석하였다.
- PC부재의 1일 조립매수의 산출은 비슷한 크기와 무게의 PC부재에 대한 공사자료를 기반으로 산출하였다. 또한 PC공사의 경험이 많은 실무전문가들의 자문을 통하여 확정하였다.
- 본 연구에서 HPC공법은 슬리브의 위치가 동일한 ‘HPC_above’를 기준으로 분석하였다.
- 본 연구에서 개발한 공사절차 프로토타입(Figure 5)을 공사사례(Table 2)에 적용하여 공사기간을 분석하였다. 하프 슬래브공법과 HPC공법의 차이점을 실제 공사사례에 적용하여 공사기간의 차이점을 분석하였다.
- 본 연구에서는 HPC 공법의 접합부는 HSS의 위치에 따라 Figure 4와 같이 ‘b) HPC_above’와, ‘c) HPC_under’의 두 가지 형태로 개발하였다.
- 하프슬래브공법의 표준적인 공사절차를 도출하기 위해 최근 5년 이내에 국내에서 건축되었거나 시공 중인 9개 건축공사의 자료를 수집하여 분석하였다(Table 2). 사례별로 설계도면, 시방서, 공사계획서 등을 수집하여 표준적인 공사절차도출에 활용하였다. 이 중에서 3개의 건축공사 현장에 대해서는 직접방문에 의한 조사도 병행하였다.
- PC공사 사례의 규모를 고려하여, 펌프카의 종류는 작업반경이 43m인 펌프카로 가정하였다. 선정된 펌프카의 콘크리트 실토출량은 130m3/hr이며, 1일 작업시간은 8시간을 기준으로 하였다. HPC공법은 중공PC기둥의 중공부분에 콘크리트를 추가로 타설해야하기 때문에 하프슬래브공법과 비교하여 공사기간이 증가하는 것으로 산출되었다.
- PC공사의 공정계획은 크게 설계, 생산, 조립으로 구분된다. 여기에서는 건축공사 현장에서 PC부재의 조립에 소요되는 공사기간을 분석하였다. PC부재 조립 공사기간은 부재의 물량을 1일 평균 조립 수량으로 나누어 산출하였다.
- 본 연구는 현재 개발 중인 HPC공법의 공사절차 프로토타입 개발과 공사기간 분석을 연구범위로 하였다. 연구방법은 국내에서 가장 일반적인 PC공법인 하프슬래브공법과 비교하는 것으로 하였다. 구체적으로는 HPC공법에 대한 선행연구결과 [2,3,4,5,6,7,8]를 기반으로, 최근 PC공사사례를 분석하였다(Table2).
- 두 번째로 HPC공법은 ‘중공PC기둥의 중공부분에 콘크리트를 타설’하는 과정이 추가된다는 것이다. 이러한 두 공법 간의 차이점을 실제 프로젝트 사례의 기준층에 적용하여 두 공법 사이의 공사기간의 차이를 분석하였다. HPC공법에서는 HSS를 쓰는 것도 하프슬래브공법과의 차이점이다.
- 중공PC기둥에 대한 일반사항은 Table 2의 공사자료 분석 결과와 건축공사 표준시방서, PC공사 시방서, 공사현장조사 결과, 현장실무 전문가들의 자문 등을 통해 도출하였다. 중공PC기둥의 단면크기와 높이, PC부재들의 콘크리트 강도와 철근의 종류 등은 공사사례(Table 2)의 일반적인 형태를 적용하였다.
- 1) 하프슬래브공법 공사사례의 일반적인 구성에 HPC공법의 핵심기술을 적용하여 HPC공법의 프로토타입을 개발하였다. 중공PC기둥의 프로토타입과 슬리브를 포함한 기둥접합부의 프로토타입을 도출하였다.
- 하프슬래브공법과 HPC공법의 ‘토핑콘크리트 타설’에 대한 공사기간을 산출하여 비교하였다(Table 5). 토핑 콘크리트 타설 작업일수는 기준층의 토핑 콘크리트 물량을 펌프카의 콘크리트 타설량으로 나눈 값으로 산출하였다.
- 본 연구에서 개발한 공사절차 프로토타입(Figure 5)을 공사사례(Table 2)에 적용하여 공사기간을 분석하였다. 하프 슬래브공법과 HPC공법의 차이점을 실제 공사사례에 적용하여 공사기간의 차이점을 분석하였다. 하프슬래브공법 사례 중에서 공사기간 분석에 필요한 일부 자료가 누락된 사례8과 사례9를 제외한 7개의 사례에 적용하여 공사기간을 분석하였다.
- 하프 슬래브공법과 HPC공법의 차이점을 실제 공사사례에 적용하여 공사기간의 차이점을 분석하였다. 하프슬래브공법 사례 중에서 공사기간 분석에 필요한 일부 자료가 누락된 사례8과 사례9를 제외한 7개의 사례에 적용하여 공사기간을 분석하였다. 본 연구에서 HPC공법은 슬리브의 위치가 동일한 ‘HPC_above’를 기준으로 분석하였다.
- 하프슬래브공법 사례별로 많이 사용된 기둥, 보 및 슬래브의 유형을 분석하였다. 기둥은 All-PC가 대부분이었으며 부분적으로 RC기둥도 사용된 것으로 나타났다.
- 하프슬래브공법과 HPC공법을 적용했을 때 ‘PC부재 조립’과 ‘토핑콘크리트 타설’ 작업에 소요되는 공사기간의 합계를 산출하여 비교하였다.
- 하프슬래브공법과 HPC공법의 ‘토핑콘크리트 타설’에 대한 공사기간을 산출하여 비교하였다(Table 5).
- 하프슬래브공법과 HPC공법의 건축공사 현장에서의 ‘PC 부재 조립’에 대한 공사기간을 산출하여 비교하였다(Table 3).
대상 데이터
- 공사 사례의 설계도면, 시공계획서, PC조립 현장조사, 현장공사 실적자료 등을 통해서 부재별 1일 평균 조립 수량을 도출하였다. 기둥의 1일 평균 조립 수량은 15매(중공PC기둥은 무게가 절반 정도이기 때문에 동일크기일 경우 18매로 적용), 보는 17매, 슬래브는 20매를 기준으로 설정하여 적용하였다. PC부재의 1일 조립매수의 산출은 비슷한 크기와 무게의 PC부재에 대한 공사자료를 기반으로 산출하였다.
- 본 연구는 현재 개발 중인 HPC공법의 공사절차 프로토타입 개발과 공사기간 분석을 연구범위로 하였다. 연구방법은 국내에서 가장 일반적인 PC공법인 하프슬래브공법과 비교하는 것으로 하였다.
- 본 연구의 범위는 대규모 물류센터 등에서 활용될 수 있는 HPC공법의 공사절차 프로토타입으로 한정하여 연구하였다. 프로토타입을 개발하기 위해 사용된 하프슬래브공법 시공사례가 9개로 충분하기 못한 측면이 있었다.
- 연구에 활용된 PC공사사례는 최근 5년 이내에 하프슬래브공법으로 국내에서 건축되었거나 시공 중인 9개 건축공사였다. 분석에 사용된 공사자료는 사례별로 설계도면, 시방서, 공사계획서, 현장조사 결과 등이 수집되어 사용되었다. 공사자료를 분석하여 하프슬래브 공법의 표준적인 공사절차를 도출하였다.
- PC공장 및 PC공사현장 방문 실측조사, 연구진 세미나, PC전문가 면담조사, 현장실무자 인터뷰 등을 통해 연구를 수행하였다. 연구에 활용된 PC공사사례는 최근 5년 이내에 하프슬래브공법으로 국내에서 건축되었거나 시공 중인 9개 건축공사였다. 분석에 사용된 공사자료는 사례별로 설계도면, 시방서, 공사계획서, 현장조사 결과 등이 수집되어 사용되었다.
- 하프슬래브공법의 표준적인 공사절차를 도출하기 위해 최근 5년 이내에 국내에서 건축되었거나 시공 중인 9개 건축공사의 자료를 수집하여 분석하였다(Table 2). 사례별로 설계도면, 시방서, 공사계획서 등을 수집하여 표준적인 공사절차도출에 활용하였다.
성능/효과
- 2) HPC공법의 공사절차 프로토타입을 개발하였다. 개별공사의 환경과 여건에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 HSS의 위치에 따라 ‘HPC_above’와, ‘HPC_under’ 두 가지 형태로 개발 하였다.
- 3) HPC공법의 공사기간을 분석한 결과, 기둥을 분절하여 공사를 진행한 사례1과 사례2는 공사기간이 하프슬래브공법에 비해 단축되는 것으로 나타났다. 이것은 HPC공법을 적용하면 기둥PC의 부재수가 감소하여 조립작업에 소요되는 공사기간도 감소하기 때문인 것으로 분석되었다.
- Table 4는 7개의 공사사례의 부재별 물량과 1일 평균 조립 수량에 따른 작업일수를 분석한 결과이다. HPC공법은 중공PC기둥을 사용하기 때문에 기둥의 분절 수를 줄일 수 있으며, 기둥PC 부재의 수를 줄일 수 있었다. 따라서 7개의 사례 중에서 하프슬래브공법에서 기둥을 분절했던 사례1과 사례2는 HPC공법을 적용하면, 분절이 감소되어 기둥부재의 수가 감소하는 것으로 산출되었다.
- 선정된 펌프카의 콘크리트 실토출량은 130m3/hr이며, 1일 작업시간은 8시간을 기준으로 하였다. HPC공법은 중공PC기둥의 중공부분에 콘크리트를 추가로 타설해야하기 때문에 하프슬래브공법과 비교하여 공사기간이 증가하는 것으로 산출되었다. 콘크리트의 타설물량이 많은 사례1과 사례5에서 특히 공사기간의 차이가 나타났다.
- 사례1과 사례2를 HPC공법으로 가정한 공사기간은 각각 83일, 59일로 단축되는 것으로 분석되었다. HPC공법을 적용하면 사례1은 기둥의 수량이 320매로 감소하고, 사례2에서는 분절이 없어져 수량이 175매로 감소하여 기둥부재의 조립시간이 약 50% 단축되는 것으로 산출되었다. 결과적으로 사례1과 사례2의 기준층은 HPC공법을 적용하면 공사기간이 약 16%정도 단축되는 것으로 분석되었다.
- 따라서 기둥PC의 분절 수를 줄일 수 있게 된다. 결과적으로 기둥PC의 부재수를 줄일 수 있다. 두 번째로 HPC공법은 ‘중공PC기둥의 중공부분에 콘크리트를 타설’하는 과정이 추가된다는 것이다.
- HPC공법을 적용하면 사례1은 기둥의 수량이 320매로 감소하고, 사례2에서는 분절이 없어져 수량이 175매로 감소하여 기둥부재의 조립시간이 약 50% 단축되는 것으로 산출되었다. 결과적으로 사례1과 사례2의 기준층은 HPC공법을 적용하면 공사기간이 약 16%정도 단축되는 것으로 분석되었다.
- 두 번째로 HPC공법은 ‘중공PC기둥의 중공부분에 콘크리트를 타설’하는 과정이 추가된다는 것이다.
- HPC공법은 중공PC기둥을 사용하기 때문에 기둥의 분절 수를 줄일 수 있으며, 기둥PC 부재의 수를 줄일 수 있었다. 따라서 7개의 사례 중에서 하프슬래브공법에서 기둥을 분절했던 사례1과 사례2는 HPC공법을 적용하면, 분절이 감소되어 기둥부재의 수가 감소하는 것으로 산출되었다. 따라서 두 개의 사례에서는 기둥부재의 조립에 소요되는 공사 기간이 약 50%정도 감소되는 것으로 나타났다.
- 또한 토핑 콘크리트 타설 작업의 경우, 콘크리트의 물량이 많을 경우 공사기간에 영향을 줄 수 있으나 차이는 크지 않아 전체 공사기간에는 거의 영향을 주지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 HPC공법은 기둥의 크기나 중량이 커서 분절이 필요한 건축공사에 적용할 경우 하프슬래브공법에 비해 공사기간 측면에서 유리한 것으로 분석되었다.
- 따라서 7개의 사례 중에서 하프슬래브공법에서 기둥을 분절했던 사례1과 사례2는 HPC공법을 적용하면, 분절이 감소되어 기둥부재의 수가 감소하는 것으로 산출되었다. 따라서 두 개의 사례에서는 기둥부재의 조립에 소요되는 공사 기간이 약 50%정도 감소되는 것으로 나타났다. 하프슬래브공법에서 기둥을 분절하지 않은 나머지 5개 사례에서는 기둥의 수가 같기 때문에 기둥부재의 조립에 소요되는 공사 기간도 동일하였다.
- 이것은 HPC공법을 적용하면 기둥PC의 부재수가 감소하여 조립작업에 소요되는 공사기간도 감소하기 때문인 것으로 분석되었다. 또한 토핑 콘크리트 타설 작업의 경우, 콘크리트의 물량이 많을 경우 공사기간에 영향을 줄 수 있으나 차이는 크지 않아 전체 공사기간에는 거의 영향을 주지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 HPC공법은 기둥의 크기나 중량이 커서 분절이 필요한 건축공사에 적용할 경우 하프슬래브공법에 비해 공사기간 측면에서 유리한 것으로 분석되었다.
- 하프슬래브공법으로 시공된 사례1과 사례2의 공사기간은 각각 101일, 70일로 산출되었다. 사례1과 사례2를 HPC공법으로 가정한 공사기간은 각각 83일, 59일로 단축되는 것으로 분석되었다. HPC공법을 적용하면 사례1은 기둥의 수량이 320매로 감소하고, 사례2에서는 분절이 없어져 수량이 175매로 감소하여 기둥부재의 조립시간이 약 50% 단축되는 것으로 산출되었다.
- 슬래브의 구조적인 형태는 모든 사례에서 프리스트레스가 도입된 일방향 슬래브가 사용되었다. 형태상의 유형으로는 리스 플러스 슬래브(RPS), 더블티슬래브(DTS)가 많이 사용되는 것으로 나타났다. 이외에도 하프슬래브(H/S), 중공 슬래브(HCS), RC, 데크 등도 부분적으로 함께 사용된 것으로 조사되었다.
후속연구
- ‘HPC_above’와 ‘HPC_under’의 공사기간 차이점 등에 대해서는 추후 연구에서 분석할 예정이다.
- 그러나 최근 국내의 대규모 물류센터 시공사례가 충분하지 않았던 한계점이 있었다. HPC공법이 현장에 적용하기 위해서는 향후 HPC공법에 대한 시공성 분석, 시공지침 개발 등에 대해서도 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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