[논문]HI-BEAM 공법 적용 시 안전성 및 경제성 분석 연구

김설민; 손기영

doi:10.20931/jkics.2019.2.1.021

HI-BEAM 공법 적용 시 안전성 및 경제성 분석 연구
Safety and Economic Analysis by Applying HI-BEAM Technology 원문보기

한국건설안전학회 논문집 = Journal of the Korea Institute of Construction Safety, v.2 no.1, 2019년, pp.21 - 27

초록
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현재 건축물의 높이가 높아지고 우리나라 가구 형태가 개인 주택에서 아파트로 변화함에 따라 타워크레인의 사용 횟수는 계속해서 증가하고 있다. 그러나 이처럼 증가하는 타워크레인 사용 횟수에 반해 우리나라 타워크레인 관련 정책은 매우 미비한 실정이다. 특히 타워크레인과 관련된 사고의 원인 중 가장 큰 비중을 차지하는 타워크레인 연식에 대한 기준은 그 설정 근거가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 문제점에 주목하여 타워크레인의 보다 신뢰성 있는 타워크레인의 연식을 설정하는 연구를 진행한다. 이를 위해 본 연구에서는 기존 연구에서 사용했던 사례와 영국 타워크레인 기준을 바탕으로 사용 연식을 설정한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Hybrid & Integrated Beam (HI-BEAM), one of the composite systems, appears to have the advantage of high rigidity of reinforced concrete structures and long span of steel structures. In addition, because HI-BEAM makes the ends of beams from reinforced concrete, it is able to construct ideal composite construction method for effectively joining with reinforced concrete columns and can produce high-quality concrete structures without completing them in the field. Existing studies on the HI-BEAM method are mostly studies on structural aspects or epidemiological characteristics, or studies on the productivity and cost analysis of different structures through case studies, and analysis of actual construction methods is based on actual construction sites. In this study, the economic feasibility of the HI-BEAM method is verified by comparing the productivity and construction costs of the RC-BEAM method (RC-BEAM) method and the HI-BEAM method.

주제어

표/그림 (25)

그림 Fig. 1. Methodology
그림 Fig. 2. HI-BEAM concept
그림 Fig. 3. Case drawing
표 Table 1. Project Overview
표 Table 2. Project Overview
표 Table 3. Design Condition
표 Table 4. Structural Design Results of HI-BEAM X1 Column
표 Table 5. Structural Design Results of HI-BEAM Y1 Column
표 Table 6. Structural Design Results of HI-BEAM X1 Column
표 Table 7. Structural Design Results of HI-BEAM X1 Column
그림 Fig. 4. HI-BEAM X1 Column Structure Drawing
그림 Fig. 5. HI-BEAM Y1 Column Structure Drawing
그림 Fig. 6. RC-BEAM X1 Column Structure Drawing
그림 Fig. 7. RC-BEAM Y1 Column Structure Drawing
표 Table 8. HI-BEAM Quantity Estimation
표 Table 9. RC-BEAM Quantity Estimation
그림 Fig. 8. Ratio of charge for material cost b
표 Table 10. HI-BEAM Construction Cost Statement
표 Table 11. Analysis of HI-BEAM material costs, labour costs and expenses
표 Table 12. RC-BEAM Construction Cost Statement
표 Table 13. Analysis of RC-BEAM material costs, labour costs and expenses
표 Table 14. Analysis of materials, labour and expenses by con-struction method
표 Table 15. Ratio of materials, labour, and expenses by con-struction method
표 Table 16. Results of construction period calculation for HI-BEAM
표 Table 17. Results of construction period calculation for RC-BEAM

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 각 공법별로 시공된 건물의 생산성 비교는 일정한 시간동안 어느 정도의 작업단위를 수행할 수 있는지를 파악하기 위한 것으로, 이는 작업자의 노동단위를 통해 소요품을 추정함으로써 가능하다. 따라서 본 연구에서 HI-BEAM과 RC-BEAM의 생산성 비교는 현장필요물량에서 각 공정당 노동단위(2인/d, 8h/d기준)을 나눔으로서 산출되어지는 각각의 공정 당 공기 비교를 통하여 나타내었다.
본 연구에서는 골조공사에서 기존공법(RC-BEAM)과 복합화공법(HI-BEAM)의 안전성과 경제성을 비교하는 것을 목적으로 진행되었다. 이를 위하여 각 공법의 이론적 고찰 및 구조설계, 물량산출, 공사비 및 생산성 비교분석을 실시하였다.
본 연구에서는 동일한 조건의 현장에 다양한 골조공법을 동시에 시공할 수 없는 현실적 제약조건을 감안하여 대상 사례를 설정하여 구조설계를 하고자 한다. 동일한 스팬을 가진 대상 현장으로 설정하여 가상 설계한 조건으로 구조를 검토하여 생산성과 공사비를 비교 및 분석하고자 한다.
본 장에서는 각 공법 간 공사비를 비교하여 그 차이를 알아봄으로써 공사비 절감을 위한 공법선택에 있어서 HI-BEAM의 경제성에 대한 합리적인 판단 근거를 제공함을 그 목적으로 한다.
이에 본 연구에서는 기존 공법 중 가장 많이 적용되고 있는 철근콘크리트구조(이하 “RC-BEAM”) 공법과 HI-BEAM 공법의 안전성 및 경제성을 비교 및 분석하고자 한다.

제안 방법

구조설계를 통하여 각 공법 적용 시 소요 물량을 산출하였다. 모든 공정에 대한 물량 파악은 BEAM의 구조를 다루는 본 연구와는 관계가 적다고 판단하여 한 층에 대한 골조공사(beam에 한정한다.
본 연구에서는 동일한 조건의 현장에 다양한 골조공법을 동시에 시공할 수 없는 현실적 제약조건을 감안하여 대상 사례를 설정하여 구조설계를 하고자 한다. 동일한 스팬을 가진 대상 현장으로 설정하여 가상 설계한 조건으로 구조를 검토하여 생산성과 공사비를 비교 및 분석하고자 한다.
본 연구에서는 각 공법별로 시공된 건물의 생산성 비교는 일정한 시간동안 어느 정도의 작업단위를 수행할 수 있는지를 파악하기 위한 것으로, 이는 작업자의 노동단위를 통해 소요품을 추정함으로써 가능하다. 따라서 본 연구에서 HI-BEAM과 RC-BEAM의 생산성 비교는 현장필요물량에서 각 공정당 노동단위(2인/d, 8h/d기준)을 나눔으로서 산출되어지는 각각의 공정 당 공기 비교를 통하여 나타내었다. 각 공법의 공기산출 결과는 다음과 같다.
구조설계를 통하여 각 공법 적용 시 소요 물량을 산출하였다. 모든 공정에 대한 물량 파악은 BEAM의 구조를 다루는 본 연구와는 관계가 적다고 판단하여 한 층에 대한 골조공사(beam에 한정한다.)에 따른 소요물량만을 산출하였다. HI-BEAM공법은 PC부재임을 감안하여 보의 운송을 위한 기계장비의 물량을 포함하였다.
본 장에서는 프로젝트에 대한 HI-BEAM 구조설계를 실시하였다. 적용 건물의 설계하중 및 설계조건은 [Table 2], [Table 3]과 같다.
본 연구에서는 골조공사에서 기존공법(RC-BEAM)과 복합화공법(HI-BEAM)의 안전성과 경제성을 비교하는 것을 목적으로 진행되었다. 이를 위하여 각 공법의 이론적 고찰 및 구조설계, 물량산출, 공사비 및 생산성 비교분석을 실시하였다.

성능/효과

HI-BEAM과 RC-BEAM의 공기산출 결과 공장생산 및 현장양중 하는 HI-BEAM은 현장타설 및 양생하는 RC-BEAM 대비 9일의 공기절감을 보였다.
HI-BEAM은 H형강이 차지하는 비율이 39%로 가장 높은 반면, RC-BEAM은 거푸집이 차지하는 비율이 63%로 가장 높다. HI-BEAM 의 거푸집 비용은 1,591,256원으로 RC의 거푸집 비용인 5,350,991원보다 3,759,735원 더 저렴하다.
공사비 측면에서 각 공법의 총 공사비는 HI-BEAM 8,329,000원, RC-BEAM 14,207,000원으로 산출되었다. 이는 HI-BEAM이 RC-BEAM 대비 5,878,000원 절감되어 41% 경제적이라고 분석된다.
이러한 HI-BEAM의 장점은 첫째, 중앙부 철골보의 역학적 특성에 의해 12~25 m까지 대경간 확보 가능하다. 둘째, 부재의 공장생산과 현장설치라는 공법의 특성상 공기단축 가능 또한 현장 투입인력이 70% 감소됨에 따라 근원적인 안전성 확보가 가능하다. 셋째, 현장시공 시 가설재 사용이 절감되고 폐기물 발생이 감소된다.
생산성 측면에서 HI-BEAM은 9일, RC-BEAM은 18일로 HI-BEAM은 RC-BEAM 대비 9일 공기단축이 가능하며, 이는 50%의 공기단축 효과를 보인다. 결론적으로 본 연구에서 HI-BEAM과 RC-BEAM의 공사비 및 생산성 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
둘째, 부재의 공장생산과 현장설치라는 공법의 특성상 공기단축 가능 또한 현장 투입인력이 70% 감소됨에 따라 근원적인 안전성 확보가 가능하다. 셋째, 현장시공 시 가설재 사용이 절감되고 폐기물 발생이 감소된다. 그러나 아래와 같은 단점이 있는 것으로 나타난다.
재료비 차지 항목을 보았을 때 HI-BEAM은 H형강이 차지하는 비율이 39%로 가장 높은 반면, RC-BEAM은 거푸집이 차지하는 비율이 63%로 가장 높은 것으로 분석되었다. 재료비 중 HI-BEAM 의 거푸집 비용은 1,591,256원으로 RC의 거푸집 비용인 5,350,991원보다 3,759,735원 더 저렴하다는 결과가 나왔다.
이는 HI-BEAM이 RC-BEAM 대비 5,878,000원 절감되어 41% 경제적이라고 분석된다. 재료비 차지 항목을 보았을 때 HI-BEAM은 H형강이 차지하는 비율이 39%로 가장 높은 반면, RC-BEAM은 거푸집이 차지하는 비율이 63%로 가장 높은 것으로 분석되었다. 재료비 중 HI-BEAM 의 거푸집 비용은 1,591,256원으로 RC의 거푸집 비용인 5,350,991원보다 3,759,735원 더 저렴하다는 결과가 나왔다.
위 [Table 14], [Table 15]와 같이 HI-BEAM 공법은 RC-BEAM 공법에 대비 재료비는 4%, 노무비는 67%, 경비는 35%, 총공사비는 41%의 경제성을 보여준다. 재료비면에서는 별 반 차이를 보이지 않았지만, 노무비와 경비면에서 큰 절감효과를 보였다. HI-BEAM은 노무비가 차지하는 비율이 24%인 반면, RC-BEAM 에서는 노무비가 42%를 차지한다.
그러나 아래와 같은 단점이 있는 것으로 나타난다. 첫째, 단부가 PC로 구성되어 있어 부재 운반시 단부의 단면적 증가로 인해 일회 운송량이 제한됨으로 운송비가 비교적 고가이다. 또한, 경간이 짧은 건물에는 위의 사항이 공사비 증가의 요인으로 발생하므로 공법적용이 제한적이다.

후속연구

HI-BEAM은 RC-BEAM 대비 장스팬을 필요로 하는 공사 시 PC생산으로 거푸집 등 가설자재의 대폭적인 절감과, 기계화 시공에 의하여 기존의 RCBEAM에 비해 경제적인 시공과, 공기단축이 가능하다. 본 연구는 위와 같은 경제성 분석을 활용하여 HI-BEAM공법 사용 시 대채안으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 철근콘크리트구조, 철골구조 등의 단점을 극복하고자 개발되고 있는 것은?	이와 같은 기존공법의 단점을 극복하고자 다양한 복합구조 시스템이 개발되고 있다. 복합구조 시스템은 철근콘크리트와 철골구조형식을 단독으로 사용하지 않고, 각각의 재료 특성을 충분히 발휘하도록 구성되어 있어 기존의 구조 형식에서 얻지 못했던 우수한 성능을 기대할 수 있다.
	HI-BEAM이란?	복합구조 시스템 중 하나인 Hybrid ＆ Integrated Beam(이하 “HI-BEAM”)은 단부는 철근콘크리트, 중앙부는 철골조로 구성되어 장스팬 확보라는 장점을 가진 복합구조 보이다. 또한 HI-BEAM은 보의 단부를 철근콘크리트로 제작하기 때문에 철근콘크리트 기둥과 효과적으로 접합할 수 있는 이상적인 복합구조 공법을 구축할 수 있을뿐더러 철근콘크리트 구조부위를 현장에서 완성하지 않고 PC화가 가능하기 때문에 현장 내에서 공기단축, 콘크리트 고품질화, 인건비 절약 등과 같은 2차 효과도 기대할 수 있다.
	HI-BEAM에서 기대할 수 있는 2차 효과는?	복합구조 시스템 중 하나인 Hybrid ＆ Integrated Beam(이하 “HI-BEAM”)은 단부는 철근콘크리트, 중앙부는 철골조로 구성되어 장스팬 확보라는 장점을 가진 복합구조 보이다. 또한 HI-BEAM은 보의 단부를 철근콘크리트로 제작하기 때문에 철근콘크리트 기둥과 효과적으로 접합할 수 있는 이상적인 복합구조 공법을 구축할 수 있을뿐더러 철근콘크리트 구조부위를 현장에서 완성하지 않고 PC화가 가능하기 때문에 현장 내에서 공기단축, 콘크리트 고품질화, 인건비 절약 등과 같은 2차 효과도 기대할 수 있다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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