PC 공법

1. 머리말

건물의 골조설계시 가장 먼저 생각하여야 하는 것은 안전한 구조방식의 선택이며, 부가하여 공기와 시공성을 고려하여야 하고, 또 골조 공사비도 중요한 고려사항이다. 특히 상업시설 (유 통판매 및 물류창고 등)과 주거시설 등의 경우는 공기가 최대관심 사항중의 하나가 된다. 이러한 관점에서 최근 준공된 나산클레프(HYPER-MARKET) 광주 유동점은 기초와 내진벽을 제외한 모든 구조를 P.C 화하여 현장 조립하여 공기를 최대로 단축하면서, 경제적인 건물을 만 든 경우이다. 광주 유동점은 지하 1층 지상 5층 연면적 약 18,000평이며, 공기는 6개월이다. P.C 부재를 이용한 시공성의 특징과 이것을 가능하게 한 구조설계상의 특징을 요약한다.


2. 구조설계상의 특징

2.1 기본 구조 모듈의 특징

이 건물의 기본 구조 모듈은 8.0m×10.2m 이며 지하 1층, 지상1, 2층은 주차장 용도이며 지상 3, 4, 5층은 매장으로 이다. 층고는 지하 1층 (3.3m), 주차장 (3.6m), 매장 (5.1m)이며, 기 준층 구조평면도 (그림 1)에서 처럼 10.2m 방향으로 프리캐스트 프리스트레스트 더블티 슬래브 (Precast Prestressed Double Tee Slab)를 사용하여 적재하중 500 kg/m² 에서 1200 kg/m² 까지 견딜 수 있게 설계하였다.

(상)그림 1. 기준층 구조 평면도 (하)그림 2. 프리캐스트 프리스트레스트 더블티 슬래브

즉 이 더블티 슬래브는 프리스트레스트 긴장재의 양에 따라 적재하 중을 조절 할 수 있으며, 직교하는 방향에 설치되는 프리캐스트 프리스트레스트 (Precast Prestressed) 역티보(Inverted Tee-Beam)에 쉽게 설치 될 수 있게 상세(그림 3)를 만들었다. 이 역티보는 기둥과 기둥사이에 일방향으로 설치되며, 프리캐스트 기둥과의 접합부에는 프리캐스 트 기둥의 제작을 쉽게 하기 위해 강재 코벨(Steel Corbel) 을 설치하며(그림 4a, 4b) 지붕층에 는 약간 다른 상세(그림 5)를 택하여 시공을 최대한 간편하게 하였다. 기둥과 기둥의 연결 부위(그림 4b)는 기둥 네 모서리에 30mm 앵커볼트로 쉽게 조립할 수 있게 되어 있으며, 기초와 기둥의 연결상세(그림 6) 역시 같은 방법이다. 기둥의 단위 길이는 시공성을 고려하여 5.0m, 7.0m, 10.0m, 세 가지 종류의 길이가 있으며, 모두 600mm×600mm 정사각형으로 제작되어 최대 840t의 사용 하중에 견디게 설계되었다. 지상 2층과 3층 사이의 기둥 연결 부위에는 지상1, 2층의 주차장 공간이 외기에 개방되어있기 때문에 온도변화에 의 한 수축 변형을 고려하여, 접합부사이에다 탄성 지압판을 사용하여 변형을 흡수할 수 있는 상 세(그림 7)를 만들었다.

2.2 기본 구조 모듈의 재료 강도

1) 콘크리트 (28일 기준 설계강도)

• 온통기초 : 240 kg/cm²
• 전단벽, 슬래브 덧침 콘크리트 및 현장타설부재 : 270 kg/cm²
• 더블티-보 및 프리캐스트 보 : 350 kg/cm²
• 프리캐스트 기둥 : 400 kg/cm²

2) 철 근 : SD40 (Fy = 4000 kg/cm²)
3) 긴장재 : 13mm 스트랜드 (Fpu = 183.2 KN)

그림 5. 지붕층 기둥과 역티-보의 접합상세

그림 6. 기초와 기둥의 연결상세

그림 7. 수축변형을 고려한 기둥연결 상세

2.3 구조해석상의 특징

기본 구조 모듈들 즉 보와 기둥 및 슬래브의 접합부는 모두 모멘트 저항이 없는 힌지상태의 접합을 하게 된다. 이것은 각 모듈의 접합 시공을 쉽게해서 시공 효율을 높이는데는 효과적이 고 중력하중에는 문제가 없지만, 수평력 (지진하중, 풍하중)에는 저항 능력이 없는 상세이다. 그 래서 전체 슬래브 위는 75mm 덧침 콘크리트를 쳐서 전체 구조가 횡력에 대해 일체성을 확보 하도록 하고, 수평전단력이 전단벽까지 전달될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다. 이 수평 전 단력을 원활히 전단벽까지 전달시키기 위해 75mm 덧침 콘크리트 속에 보강 철근이 필요하다 (그림 1참조)
전체건물 평면 크기 145.0m×81.0m와 5층 건물의 지진에 의한 수평전단력은 상당히 크기 때 문에, 건물 외곽부 4곳에 위치한 전단벽의 두께는 600mm가 되며 상당한 철근량이 필요하다. 이 전단벽 설계를 위해 건축설계와 협의하여 개구부 위치와 벽량을 결정하는 것에 구조설 계에서 제일 많은 시간이 소요된다. 부분적으로 철골 기둥에 가새를 설치하여 전단벽 설계도 사용하였다.


3. 시공(Fast Track System 적용)

3.1 최소 공기

할인백화점과 물류창고와 같은 100% 투자 공사에 있어서 최소공기내의 준공은 투자비, 토지 비, 설계 감리비, 공사비 및 판매시설 설치비에 대한 금융비용을 줄이고, 투자비를 조기에 회 수하여 손익분기점에 조기 도달해야함은 유통물류 사업의 첫째 조건이다. 착공에서 준공 및 판 매 개시까지 6개월 ('97년 3월 착공 '97년 8월 준공)의 공기로 진행되었다.

3.2 시공성과 품질관리

사진 1. 수축변형을 고려한 기둥연결 상세

공장생산화에 따른 건식공법 채택의 가장 중요한 이점은 품질관리에서 균질 (Homogeneous Quality)을 유지 할 수 있다는 점이며, 현장내에서 기계화 시공이 가능하며, 가설 재 - 거푸집 - 동바리 (특히 매장의 층고는 5.10m임)가 필요치 않음은 물론 현장에서 골조공 사 중 발생하는 쓰레기가 발생하지 않으므로, 깨끗하고 정리된 현장 유지가 가능하다. 무엇보 다 투자비 최소화에 따라 천장 마감이 없는 유통물류창고 시설의 경우 기둥, 보 및 슬래브 하부 등 100% 노출 콘크리트의 건물에서 일반적인 현장타설 콘크리트 공법에 비교하여 프리 캐스트 콘크리트는 차별화된 고품질을 유지 할 수 있으며(사진 1), 75mm 바닥 덧침 콘크리트 (Topping Concrete)도 진공미장공법 (Vacuum Screed Method)을 채택하여, 표면평활도의 품질을 높이고 표면강도를 증가시켜 줌으로써 매장내의 중량물 운반에 따른 구조손상 및 주차장 표면 마모를 억제시키는 공법을 채택했다.

3.3 경제성

사진 2. 프리캐스트 부재 조립광경

일반적으로 1단 이상의 동바리를 설치해야 하는 층고를 갖는 현장 타설 철근콘크리트 구조 에 비하여 Prestressed P.C 공법은 부재의 경량화 및 안정된 강성을 가지며, 골조공사비는 공 기단축에 따른 간접비를 제외하고도 15% 이상 원가 절감이 가능하다. 건축공사에서의 구조 및 마감, 전기, 설비 System을 Module화 및 표준화를 통하여 전국적인 유통 매장 및 물류창고를 반복하여 시공 할 경우에는 P.C 거푸집 손료의 경감으로 인해 현재 생산하고 있는 P.C 공장을 그대로 활용하여도 P.C 공장과 신축현장과의 거리에 따른 운반비 의 증감을 상쇄 시켜준다. 같은 모듈의 반복작업을 통해 공사원가에 거의 변동을 가져오지 않을 수 있는 경제성을 실현 시켜 준다. 또한 공장생산 및 현장 설치에서 높은 생산성 (Productivity)을 기대 할 수 있다.(사진2)


4. 맺음말

건축구조 및 마감, 전기 및 설비공사의 모듈화, 표준화 및 ALL P.C 공법을 채택한 구조방식 과 적극적인 시공관리(Construction Management)가 6개 층, 18,000평 규모의 건물을 6개월만에 완성할 수 있게 해준 요소라고 생각된다. 모든 건설공사에 있어서 공사원가의 80%는 계획설계 (Concept Design) 단계에서 결정됨을 감안 할 때, 용도에 적합한 구조형식과 공법의 결정은 원가절감에 무엇보다 중요한 요소인 것이 상기 프로젝트에서 증명됐으며, 국내 여러 곳에 가동되고 있는 P.C 공장의 할용에도 중 요한 계기가 되어, 많은 P.C 건물의 출현을 기대해 본다.