합성슬라브공법 시공사례
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개요 근년에 들어 건설인력의 부족이 심화되고 있는 반면 건축주로부터는 공사비절감 및 공기단축의 요구가 커지고 있음에 따라 업계에서는 이에 대비하여 적극적인 구조공법을 개발하고 있다. 각 구조부재 중에서 슬라브는 시공면적이 큰 수평부재로서, 보나 기둥에 비해 비교적 단순부재이므로 시공의 합리화가 용이하고 성력화나 공기단축에 미치는 영향이 크다. 따라서 본고에서는 많은 합성슬라브 공법 중 대형 현장프리패브의 얇은 PC판 합성슬라브(옴니아슬라브)를 채택한 공사사례와 복합화 공법에 의한 집합주택의 시공사례를 소개한다.
Ⅰ. 대형 현장 프리패브 옴니아판 합성 슬라브 1. 공사개요
2. 공법의 개요 일반적으로 공장제작 PC판을 합성슬라브로 사용하는 경우, 운반사정상 폭이 2.0∼2.5m로 제한되므로 설계시 1스팬그리드에 2∼4매 정도를 붙여서 일방향슬라브로 하거나, 판사이의 조인트부에 보강근을 넣어 이방향 슬라브로 설계한다. 본 공사는 옴니아판 슬라브공법을 채택하여 스팬그라드 5.3×5.3m 및 5.3×4.4m를 1매판으로 현장 프리패브화 했다.
3. 공법채택 경위 (1) 공법의 채택에는 크게 두가지 요인이 고려되었다. 첫째는 설계조건으로, 거실의 천장고를 2.5m로 확보하고 구조상의 층고를 최소화하는 조건과, 공사비면에서도 유리한 슬라브 밑면을 직접 천장마감방식으로 하는 것이다. 둘째 요인은 시공성으로, 초고층 건물에서는 층수가 많아 반복작업이 되므로 시공성의 양부 특히 숙련효과가 있는 성력화학공법의 채택은 품질의 확보, 공기단축, 공사비절감 및 안정성의 향상에도 기여하는 바가 크다. (2) 현장에서의 대폭적인 성력화를 도모하기 위한 방법으로 부재의 PC화와 직접 천장마감방식을 함께 고려하여 옴니아판을 채택했다. (3) 옴니아판의 제작은 대형판으로 하는 것이 여러 가지 면에서 유리하며 <표1>, 현장에서 제작함으로써 옴니아판의 운반없이 직접 매달아 설치할 수 있어 대형 현장 프리패브 옴니아판 공법을 채택했다. (4) 현장프리패브 작업장의 공간결정 및 옴니아판제작의 흐름도는 <그림4> 및 그림5>와 같다. <표1> 대형 현장프리패브 옴니아판 공법의 장단점
4. 옴닝판의 제작 (1) 온니아판 콘크리트는 레미콘을 사용하고, 설계기준강도는 Fc=350kg/cm2이다. 콘크리트의 조합은 <표2>와 같다. (2) 콘크리트 품질관리는 탈형시강도(Fc=120kg/cm2)와 설치시 강도(Fc=210kg/cm2)를 각 로트(1일1로트)마다 시험체의 압축시험으로 확인한다. (3) 베드의 전용횟수를 증가시키기 위해 조기에 콘크리트의 탈형강도가 발현되도록 고온의 초기양생을 하여 1일 1매를 제작한다. <표2> 콘크리트의 조합
5. 설 치 (1) 대형 현장프리패브의 얇은 PC판에서 세심한 주의를 기울여야 할 사항이 판다루기이다. 편하중으로 매다는 지점에 균열이 발생할 우려가 있으므로 이의 방지를 위해 특별한 양중기기를 사용하여 미리 배치된 지보공위에 충격을 주지 않고 설치한다. (2) 옴니아판 설치후 상부근으로 용접이형 철근을 배근하여 보콘크리트와 동시에 슬라브 콘크리트를 타설한다. 6. 정도(精度) (1) 옴니아판의 제품정도는 관리치(길이 ±2mm)를 충분히 만족하고 있다. (2) 콘크리트 타설후와 지보공 철거후의 옴니아판 밑면에 대한 고저변위 측정결과는 <표3>,<그림6>과 같으며, 지보공 철거후의 고저변위는 없었다. <표3> 옴니아판 밑면의 고저변위
7. 맺음말 본 공사는 공기단축, 성력화, 공사비 절감 등 큰 성과를 거두었으며, 특히 본 공사에서 채택한 대형 현장 프리패브 옴니아판 공법은 매우 유리한 공법임을 확인하였다.
Ⅱ. N-HPC복합화 공법에 의한 집합주택의 시공 1. 머리말 본 공사에서 채택한 N-HPC공법(철골·철근 프리캐스트 콘크리트 복합공법)은 철골·철근콘크리트조지상 14층 집합주택의 재래공법을 공기단축과 품질향상을 위해 철골·철근프리캐스트 콘크리트공업화 공법으로 변경한 공법으로서, 본고에서는 합성슬라브공법을 중심으로 소개하고자 한다. 2. 공법개요 및 구조 N-HPC공법은 SRC조 건물의 주요부재를 PC부재와 현장 타설콘크리트로 조합·구성한 중고층 집합주택을 위해 개발된 철골·철근 프리캐스트 콘크리트 복합공법이다.<그림7,8> 이 공법의 주된 특징은 품질확보, 공기단축, 공사비 및 인건비 절감 등으로 일반건축물에서도 적용할 수 있으며, 본 공사의 각 부재의 구조는 다음과 같다. (1) 장변방향: SRC조의 기둥, 보에 의한 Rahmen구조 (2) 단변방향 : 강판내장 PC판으로 된 내진벽 구조 (3) 기둥: 철골·철근 현장타설 콘크리트조 (4) 큰보: 철골내장의 PC보, 슬라브판 하부까지 Half PC판 (5) 슬라브: POCOS슬라브판과 현장타설 RC조에 의한 합성슬라브 구조 (6) 발코니: 트러스근 삽입 PC슬라브판과 현장타설 RC조에 의한 합성슬라브 구조 (7) 외벽: PC Curtain Wall판(TPC판) (8) 내벽: 비내력벽 PC판
3. 종합가설계획과 공정계획 (1) 종합가설계획 인접하는 기존주택에 소음·진동의 영향이 미치지 않도록 말뚝공사부터 전체공사에 걸쳐 시공계획을 충분히 검토하였으며, 소음·진동을 최소로 줄이기 위해 주행도로의 노반에 쇄석을 깔고 전압을 하여 그 위에 철판을 깔았다. 종합가설계획도는 <그림9>와 같다. (2) 공정계획 <그림10>의 전체공사 공정표에서 골조공사, 특히 기준층(2층∼13층)의 철골 PC판 공사는 90일간의 공기내에 완성하도록 계획했다. 또한 기준층의 설치는 72개 세대에 대하여 1일 1세대를 건립하는 것으로 하여 기준층의 설치는 72일간으로 계획하였다. 재래식공법으로 시공할 경우 골조공사기간은 최소 6개월 이상 소요된다. N-HPC공법의 도입으로 골조 뿐 아니라 마감 공사와 설비공사에도 매우 유리하였으며 특히 품질향상에 기여할 수 있었다. 4. PICOS합성슬라브 공법 PICOS(Precast Insitu-placed concrete Conposite Slab)합성슬라브판은 장 Span을 작은 보가 없이 계획하였고, Topping Concrete을 타설할 때에는, 지보공을 경감하여 시공할 수 있는 특징을 갖고 있다. 본 공사에서 슬라브판의 최대치수를 7,835m×5.935m로 하여 단일판으로 구성, 중간에 작은 보를 배치하지 않았기 때문에 거실의 칸막이를 자유롭게 계획 할 수 있었다. PICOS합성슬라브판은 통상 현장부지내의 일정한 위치에서 현장제작하므로, 운반가능 여부에 관계없이 어떠한 크기의 슬라브판으로도 제작이 가능하다. 따라서 운반 및 저장비용이 절약되므로 비용절감을 도모할 수 있다. (1) 공법개요 PICOS공법은 <그림11>과 같이 슬라브판 하부를 현장내에서 제작한 후 이 PC판을 소정의 슬라브위치에 설치하여 거푸집 대용으로 하고, 현장 콘크리트를 타설하여 합성슬라브를 구축하는 공법이다. PC판과 현장타설 콘크리트와의 면내 전단력은 PC판 상단의 전단키(Cotter: 80mm×80mm×8mm 깊이의 Hole)에 의해 전달되므로 트러스근을 매립한 PC슬라브판에서 필요한 철근 트러스 등 돌출물이 없다. 또한, PC판을 현장에서 제작하므로 대형화가 가능하며, PC판에 Joint가 없어 2방향 슬라브로 설계가 가능하다. (2) 제작공정 한 개층의 공구수 및 1층분으로 사용하는 PC판의 수량, 공사현장내에 설치하는 Bed수 및 1Bed에서 적층하여 제조할 수 있는 PC판수, PC판의 양생기간(PC판이 소요강도를 발현하는 재령), 1층의 시공일수 등을 고려하여 PC판의 제작공정을 결정한다.<그림12>
(3) 제조방법 우선, PICOS판 제작 Bed를 만들어 그 위에 PC판이 중첩되도록 매일 1매씩 제작한다. 현장에서 PC판의 중첩제작방법은 <그림13>과 같다. <그림13> PC판 중첩제작방법 (4) 설치계획 설치에 앞서 PC판이 소정의 강도발현이 되고있는가를 확인하여야 하는데, 특히 최상층의 PC판은 양생기간이 가장 짧기 때문에 신중하게 취급해야 한다. 또한 우반, 설치시 판이 클수록 운반용 Balance Beam의 Balance를 고려해야 한다. 설치시 지보공의 배치도 중요한 관리항목이다. 중간지지 지보공(2열 또는 1열)은 미리 주변벽에 위치를 정한 후 중앙부 Level을 확인하여야 하며, 또한 지보공이 넘어지지 않도록 횡이음 경사 Bracing을 설치한다. Support는 통상 4층분을 Set하는데 최하층 Support밑의 콘크리트 강도가 설계기준강도 이상인가를 확인한 후 콘크리트를 타설한다. 5. 맺음말 이상에서 N-HPC공법에 의한 집합주택의 시공예에 대하여 합성슬라브 공법을 중심으로 살펴보았다. 건설에 종사하는 기능인력은 감소하는 추세에 있으며 거푸집 목공이나 철근공 등의 주요업종은 매년 취업평균 연령이 높아지고 있다. 따라서, 이러한 인력문제를 해결하기 위해서는 재래식 공법으로부터 탈피하여 현장의 인력절감이나 관리의 합리화를 위한 새로운 공법으로의 전환에 박차를 가해야 한다. 본 공업화에 의한 N-HPC복합화 공법은 하나의 시공예로서, 부분적인 공업화보다는 공업화의 기술을 조합시켜 전체적인 공업화를 도모하는 것이 중요함을 암시하고 있다.
Ⅲ. 집합주택에 있어서 복합화공법 1. 공사개요 (1) 건축개요 기준층 평면도 및 단면도는 <그림14> 및 <그림15>와 같으며, Span 6.4m×6.4m의 평면으로 되어있다.
(2) 구조 및 시공계획의 기본방침 고품질도시형 고층집합주택은 거주 공간성능향상을 위해 건물의 평면화현상은 복잡해지고, Span과 층고의 증대가 요구되어 왔다. 또한 시공면에서는 품질의 향상과 안전시공이 요구될 뿐 아니라 최근에는 건설인력의 부족 등도 문제가 되고 있다. 따라서 설게와 시공의 일괄체계에 의한 장점을 최대한으로 활용하여 이러한 요구에 대응하는 것을 기본 방침으로 계획을 진행했다.<그림16> 가구형식은 철골과 콘크리트의 장점을 살린 합성구조(Precast 철골콘크리트보, 강관 콘크리트 기우)에 의한 순 Rahmen구조를 채택하고, 부재의 Precast화 및 각 공종을 최대한 건식화함으로써 가설절감, 인력절감 및 안전작업 영역의 확대를 도모했다. (3) 복합화 공법
(4) 복합화 공법의 특징 가. 안전면에서는 공사의 건식화, 공업화, 견고한 슬라브 위 작업이 가능하며 위 험작업이 대폭적으로 줄어들었고, 내외비계의 감소 및 인력의 대폭적인 절감 이 가능하였다. 나. 품질면에서는 고내력, 고인성을 얻을 수 있는 강관콘크리트 기둥을 이용함으 로써 복잡한 가구, 고층고 및 장스팬 가구식 구조가 용이하였으며, 단면적이 작은 기둥으로 설계가 가능하여 유효바닥면적이 증대하게 되었다. 다. 비용면에서는 충진콘크리트에 응력을 부담시켜 철골량을 줄일 수 있었으며, 또한 강관콘크리트 기둥에 있어서 내화피복공법의 개발에 의한 내화피복공사의 합리화를 도모할 수 있었다. 시공의 안전성 향상과 합리화를 도모하기 위한 슬라브의 PC판화는 거푸집 지보공을 필요없게 만들었다. 또한 가설재의 반입반출이 필요없게 되었고, 슬라브를 작업 발판으로 선행하여 사용할 수 있으므로 골조공사 작업을 견고한 슬라브위에서 실시할 수 있었다. 그런, 슬라브판을 PC판만으로 시공할 경우 슬라브의 차음성·진동성의 문제, 지수성의 문제, 구조상의 문제가 발생하므로 슬라브판의 면내전단력을 위한 세밀한 검토가 요구되고 집합주택에 채택하기 위해서는 개량·개발을 지속적으로 할 필요가 있다. 따라서 본 공사에서는 Half PC합성슬라브판 공법을 채택했다. (1) 공법개요 이 합성슬라브판은 하부를 시공현장내에 설치한 PC판 제작 Bed에서 제작하여 소정의 콘크리트강도 발현 후, 시공위치에 설치하고 상단근을 배근하여 콘크리트를 타설함으로써 합성슬라브판을 구축한다. <그림17>PC판과 후타설 콘크리트를 일체화하기 위해 PC판의 전면에 凹모양의 Shear Cotter를 만들었으며, 슬라브 PC판은 6.0m×6.0m, 3.0m×3.0m, 1.5m×1.5m의 3종류로 제작하였다. (2) 공법의 장점 합성슬라브판공법의 채택에 따른 효과는 다음과 같다. 가. 설계측면에서는 Site Prefab에 의한 대형슬라브판이 가능하므로 작은 보의 생략에 따른 비용절감이 가능하고, 세대 단위의 Planning에 대한 자유도가 향상되며, 2방향 슬라브판으로 설계가 가능하다. 나. 철골공사를 시작으로 골조공사를 견고한 작업발판위에서 할 수 있으므로 위 험작업이 감소되어 안전 작업영역이 확대된다. 다. 지상의 일정장소에서 동일 작업원에 의해 매일 반복하여 제조하게 되어 품 질 및 정밀도의 향상을 기할 수 있다. 라. 거푸집 지보공이 거의 없고(가설작업시에는 지보공이 필요없으며, 현장콘크 리트 타설시에는 중앙부에는 Spport를 함.), 가설재를 반입·반출할 필요가 없으므로 인력절감, 가설절감, 공기단축을 실현할 수 있다. 마. Omnia근 등 슬라브판의 면내전단력 전달을 위함 돌출물이 없어 슬라브 위에 서의 Rolling작업을 쉽게 할 수 있으므로 작업발판으로서의 작업성이 매우 양호하다. 바. 슬라브 PC판을 현장내에서 제작하므로 골조공사의 인력이 절감된다. <그림17> 합성슬라브판 공법개요도
(3) PC슬라브판의 제작 한 개층 바닥에 소요되는 PC판의 매수, 골조공정, 작업현장의 부지조건 등을 고려하여 PC판 제작 Bed를 2곳에 설치한 후, 1일 2∼3매의 PC판을 제작했다. 배근의 대형 Mesh근을 이용하였으며 Cotter성형 Mold도 대형화하여 Crane C-10을 이용함으로써 철근공은 쓰지않고 토공2명, 미장공 2명 등 소인원으로도 제작이 가능하였다. 또한 콘크리트 타설 후 증기양생을 하여 조기에 콘크리트 강도를 발현시켜 다음날 탈형하였다. 3. 강관콘크리트 기둥의 내화피복공법 내화피복 공사시에는 분진이 많이 발생하고 작업장소가 더러워지는 등 작업환경이 나빠지게 되어 작업의 개선이 필요한 공사이다. 따라서, 마감재와 겸용(복합화)할 수 있는 간편한 건식내화피복공법, 내화시간1,2,3 시간과 습식뿜칠 내화피복공법, 내화시간 3시간 공법을 개발하였다. 개발효과는 다음과 같다. (1) 내화피복 두께의 감소에 의한 비용절감 (2) 건식내화피복공법에 의한 품절감과 마감공사와의 복합화 실현 (3) 건식공법에 의한 양호한 작업환경 (4) 기둥마감단면의 감소로 단면적이 작은 기둥이 가능 4. 기타공법 (1) 강관콘크리트 기둥의 콘크리트 충진시공 방법 강관 콘크리트 기둥에 충진된 콘크리트가 응력을 부담하므로 충진콘크리트의 충분한 내진성을 얻을 수 있는 바, 콘크리트의 실내험 및 실물크기의 거푸집에 의한 타설실험을 반복함으로써 충분한 충진성을 얻을 수 있는 타설방법을 개발했다.(2) 철골가공과 큰보·작은보의 Precast화 기둥부재에 각형강관을 이용하여 큰보 Flange는 현장용접, Web는 고장력 Bolt의 마찰접합에 의한 일변전단을 이용하여 철골기둥 No Bracket공법을 채택함으로써, 철골가공품을 대폭 절감시킬 수 있었다. 또한 철골가공 공장내의 넓은 야적장에서 큰보와 작은 보를 PC화함으로써 운반비를 절감할 수 있었다. 5. 맺음말 본 공사의 커다란 특징은 SRC조의 복잡한 형상의 고층집합주택 시공에 있어서 공업화 공법을 채택함으로써 안전하고 적은 인원으로 시공 가능하였으며, 또한 단면이 작은 기둥에 의해 유효바닥 면적이 증대되었다. 더욱이 재래식 공법에 비하여 20%의 인력절감이 가능하였고, 공업화 부재를 채택함으로써 집중관리에 의한 노무의 평준화를 실현한 점등 노무절감의 추진효과가 현저했다. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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