건설시공 및 안전-06

(1)

건설시공 및 안전-06

한경대학교 안전공학과 담당교수: 이규진

2009학년도 1학기

(2)

철근콘크리트공사

(3)

철근콘크리트의 개요

철근콘크리트란? 왜 콘크리트 속에 철근을 넣는가?

콘크리트는 압축강 도에 비해 상대적으로 인장 강

도 등이 약하므로 이를 철근으로 보강

목재나 철재 등으로 거푸집을 만들고 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하

여 굳힌 구조

(4)

철근콘크리트 재료

철근 시멘트 골재 잔골재(모래)

굵은골재(자갈) 혼화재 물

(5)

철근 콘크리트 구조의 특징은?

목구조에 비하면?

• 강도가 강하여 대형 구조물을 만들 수 있다.

• 자유로운 모양을 만들 수 있다.

• 화재에 강하다.

철골구조에 비하면?

• 화재에 강하다

• 자유로운 모양을 만들 수 있다.

조적구조에 비하면?

• 창문을 크게 낼 수 있다.

• 고층구조가 가능하다.

(6)

철근콘크리트의 단점은?

• 철근배근, 거푸집조립, 콘크리트 타설 등 많은 공정이 필요함.

공사가 복잡하다.

• 공정이 복잡하고 재료가 굳을 때까지 기다려야 하므로 공사기간이 상대적으 로 길다.

공사기간이 길다.

• 철근배근,거푸집조립 및 탈형 과정에서 맨파워가 상대적으로 많이 요구됨 인건비가 많이 든다.

• 균열, 부식 등의 하자가 많다.

부실시공 우려가 높고 하자가 많다.

(7)

£ 고층건물

£ 교량

£ 댐

£ 아파트

£ 2층 이하의 소규모 주택

£ 간이시설물

£ 체육관, 강당 등 대공간 구조물

£ 공장, 창고

어떤 구조물을 철근콘크리트로 하는가?

O O O O

X X

△

(8)

£ 고층 사무소 건물과 고층 아파트와의 차이점은?

•

라멘식(가구식, frame구조) – 사무소

•

내력벽식 – 고층 아파트

철근콘크리트 구조의 종류

(9)

라멘구조

기둥(column)

보(girder, beam) 슬라브(slab)

개구부

(10)

개구부

전단벽(내력벽식) 구조

개구부

내력벽 슬라브

(11)

라멘구조와 무량판구조

기둥(column) 슬라브(slab)

무량판구조

(12)

라멘구조와 전단벽 구조의 비교

라멘구조 전단벽구조

(13)

라멘구조와 무량판구조의 비교

라멘구조 무량판구조

(14)

철근콘크리트 공사의 순서

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

철근에 대해…

철근이 종류와 역할 철근의 부식

피복두께

철근의 부착력 철근의 정착

(28)

철근의 역할

하중

콘크리트

압축

인장

철근 인장보강

(29)

보의 종류

(1) 단순보

(2) 양단고정 (3) 캔틸레버보

벤트근 상단근 하단근

(30)

늑근(stirrup)의 배근

비틀림 응력 발생

늑근의 배근

전단 응력 발생

균열발생

(31)

£ 콘크리트 속에 철근을 넣으면 문제점이 혹시 발 생하지 않는가?

•

철근의 부식 à 팽창 à균열

•

온도에 의한 수축팽창 à 두 재료의 선팽창계수가 거 의 같아서 별 문제 없음.

철근의 부식

부식

콘크리트

철근

팽창 균열 박리

(32)

£ 콘크리트 속에 들어간 철근이 부식되는 것을 방 지하기 위해서는 어떻게 해야 하는가?

•

철근이 노출되지 않게 콘크리트 피복두께를 둠.

피복두께

(33)

피복두께 최소값 (건축구조설계기준)

부위 피복두께

수중에서 타설 100

영구히 흙에 묻히는 부위 80

흙에 접하거나 옥외공기에 직접 노출

D29 이상 철근 60

D25 이하 철근 50

옥외의 공기나 흙에 직접 접하 지 않음

슬래브 및 벽체 D35 초과 철근 40

보, 기둥 40

쉘, 절판부재 20

(34)

피복두께 최소값

(건축공사 표준시방서)

부위 피복두께

흙에 접하지 않는 부 위

지붕슬래브,바닥슬 래브,비내력벽

옥내 20

옥외 30

기둥,보,내력벽

옥내 30

옥외 40

옹벽 40

흙에 접하는 부위

기둥,보,바닥슬래브,내력벽 40

기초,옹벽 60

(35)

보

부위별 피복두께(건축공사표준시방서)

바닥슬래브

내력벽 기둥

지붕슬래브

기초 옹벽

지붕슬래브,바닥슬래브,비내력벽

옥내 20

옥외 30

기둥,보,내력벽

옥내 30 옥외 40

흙에 접하지 않는 옹벽

40

기초, 옹벽 60 기둥,보,바닥슬래브,내력벽

40 흙에접하지 않

는 부위

흙에접하는 부위

비 내 력 벽

(36)

A. 콘크리트 중성화에 따른 철근의 부식방지

B. 내화성을 유지

C. 콘크리트와 철근과의 부착력 확보

D. 철근의 좌굴을 방지

E. 철근 인장력의 보강 답은 뭐냐?

답은 D와 E번

철근콘크리트구조에 피복두께는 두는 이유가

아닌 것은?

(37)

£ D10

£ D13

£ D16

£ D19

£ D22

£ D25

£ D29

£ D32

£ D35

철근의 치수

호칭 공칭지름

인치 mm

D10 30 x 1/8 인치 9.53

D13 40 x 1/8 인치 12.7

D16 50 x 1/8 인치 15.9

D19 60 x 1/8 인치 19.1

D22 70 x 1/8 인치 22.2

D25 80 x 1/8 인치 25.24

D29 90 x 1/8 인치 28.6

D32 100 x 1/8 인치 31.8 D35 110 x 1/8 인치 34.9

(38)

£ 철근과 콘크리트의 부착과 정착이 잘 되게 하기 위해서 어떠한 장치들이 있는가?

•

^{이형철근의 사용}

•

^{철근의 정착}

•

철근 끝부분 갈고리(hook)

철근과 콘크리트의 부착

(39)

이형철근의 사용

인장력

(40)

철근의 정착

철근의 정착길이

(41)

갈고리(hook)

(42)

거푸집에 대해…

거푸집의 종류 거푸집 존치기간

거푸집 측압

(43)

거푸집의 종류

합판거푸집 유로폼

스틸폼(철제거푸집) 알루미늄 거푸집 시스템거푸집

(44)

합판거푸집

(45)

합판거푸집의 특징

£ 합판으로 직접 제작하므로 규격의 제한을 받지 않음.

£ 유로폼에 비해 전용성이 낮고 조립에 노무비가 많이 소요됨.

£ 곡선부분이나 토목구조물 등에 쓰임

(46)

유로폼

(47)

(48)

유로폼의 특징

£ 유로폼은 상호이며, 정식 명칭은 스틸프레임폼 (Steel Frame Form)

£ 철제프레임에 파넬(panel)을 부착시킨 구조로 부속철물을 이용해서 조립

£ 다양한 사이즈가 있으며, 600x1200 사이즈가 많 이 쓰임.

£ 합판거푸집에 비해 조립과 해체 속도가 빠름.

£ 건축공사에 많이 쓰임

(49)

철제거푸집

(50)

철제거푸집(스틸폼)

£ 합판거푸집에 비해 구조강도가 높고 전용성이 좋다.

£ 합판거푸집에 비해 콘크리트면이 매끈하게 시공 될 수 있으며, 정밀도를 높일 수 있다.

£ 규격화된 구조물에 유리하다.

(51)

알루미늄 거푸집

(52)

알루미늄 거푸집(알폼)

£ 중량이 가벼우므로 양중부하가 적으며, 노무비 가 적게 든다.

£ 가격이 비싸다.

(53)

시스템 거

푸집

(54)

시스템거푸집

£ 작은 단위를 조립하는 기존 거푸집과는 달리 층 전체를 대규모로 지상에서 제작하여 시공하는 방식.

£ 매번 거푸집을 조립할 필요가 없어 노무비가 적 게 들고 작업효율이 높다.

£ 규모가 크므로 인력 운반이 어렵고 양중시 크레 인 등 양중장비를 이용한다.

£ 갱폼(gang form), GCS, ACS, Slip Form 등이 있다.

(55)

갱폼

(56)

갱폼

£ 대형으로 제작하여 일반적으로 한 개 층을 한번 에 설치하고 타설 및 해체하는 방식이 많이 쓰인 다.

£ 아파트 외벽에 많이 쓰임.

£ 공사기간의 단축이 가능하고 전용성이 높다.

£ 초기투자비가 많고 운반시 대형양중장비가 필요 하다.

£ 복잡한 건물형상에는 불리하다.

(57)

GCS

(58)

GCS(Guide-rail Climbing System)

£ 콘크리트에 앵커로 가이드레일을 부착하고, 레 일에 갱폼과 작업대 등을 부착하여 타워크레인 으로 인양하는 방식

£ 타워크레인을 사용해야 하므로 강풍이 불 때는 작업이 어렵다.

(59)

ACS

(60)

ACS (Auto Climbing Systme)

£ 유압실린더와 가이드레일이 부착되어 있어 타워 크레인 등의 양중장비 없이 거푸집을 상승시킬 수 있다.

£ 층간 공사기간을 단축시킬 수 있다.

£ 초고층 건축물의 코어 및 외벽에 사용됨

£ 가격이 비싸다.

£ 유압장비를 이용하므로 강풍시에도 양중작업이 가능하다.

£ 주로 40층 이하에서는 GCS, 40층 이상에서는 ACS가 적당하다.

(61)

Sliding Form / Slip Form

(62)

슬립폼

£ 거푸집과 작업대 및 비계틀 등을 일정 속도로 상 승시키면서 콘크리트를 연속적으로 타설해가는 거푸집 시스템

£ 수직으로 연속된 구조에 적당

•

사일로, 전단벽, 코어, 교각

£ 시공이음 없이 균일한 형상으로 시공되어야 하 는 구조물에 적당

•

^{원자력 발전소}

£ 연속타설을 위해 시공기간 중 작업을 중단할 수 없다는 단점이 있다.

(63)

대형거푸집 공법의 비교

ACS 갱폼 슬립폼

기본개념

코어부분 타설 후 슬라브가 따라오는 방식. 1개층 단위로 상승

타워크레인 등을 이용하여 1개층씩 인양하는 방식

코어부분 타설 후 슬라브가 따라오는 방식. 일정한 속도 로 상승하는 방식.

장점

자체구동되므로 다른 장비 도움 불필요

거푸집공사의 인원절감

코아벽과 바닥 분리시공으로 공기단축

초기투자비가 비교적 저렴 상승시 타워클레인과 같은 장비의 도움이 필요하다는 점을 빼곤 ACS와 비슷

자체구동되므로 다른 장비의 도움 불필요

시공조인트가 없어 콘크리트 의 수밀성 확보

거푸집공사 인원절감

단점 초기투자비가 많이 소요됨 세심한 공사계획이 필요함

타워크레인 부하의 면밀한

검토필요 주야 연속작업을 해야함

(64)

대형거푸집의 비교

구분 갱폼 GCS ACS 슬립폼

공정 사이클 5일 5일 3-4일 2일

타워크레인 장시간 필요 단시간 필요 필요 없음 필요 없음

인양 전후 작업 많음 많음 적음 없음

바람 영향 절대적 거의 없음 전혀없음 전혀없음

인양시 안전성 중간 양호 양호 양호

비용비교 100 200 500 경제성 없음

적용현장 25층 이하 25층 이상 35층 이상 50층 이상

(65)

대형 거푸집 적합성 검토

구분 갱폼 GCS ACS

품질 양중시 수직도 관리 필요

양중시 수직도 관리 필요

수직도 관리가 용이 함

안전 추락 및 낙하물 발 생 주의

추락 및 낙하물 발 생 주의

자체 상승하므로 상 대적으로 추락 낙하 위험이 적음

작업여건 양중시 타워크레인 신호수 필요

양중시 타워크레인 신호수 필요

자체 상승하므로 타 워크레인 신호수 불 필요

(66)

거푸집 존치기간

거푸집 위치 존치기간별방법

기초 옆 보 옆 기둥, 벽

보 밑 바닥판 밑

비고

콘크리트 압축강도에 의할때

50kg/c m2

50%(설 계기준 강도)

압축강도가 이 이상일 때 거 푸집을 해체 할수 있다.

콘크리 트의 재 령에 의 할 때

20℃≤평균

기온 4일(2일) 7일(4일) ᆞ평균기온이 10℃이상일때 는 압축강도시험없이 재령 에 의해 거푸집을 해체할수 있다.

ᆞ( )내는

조강포틀랜드시멘트 일때를 말한다.

10℃≤평균

기온≤20℃ 6일(3일) 8일(5일)

(67)

보 보

기둥 기둥

부위별 거푸집 존치기간

보 보

기초 기초

콘크리트의 재령에 의할 때

()는 조강포틀랜드 시멘트 사용시

4일(2일) 7일(4일)

슬라브(바닥판) 20℃≤평균기온

(68)

보 보

기둥 기둥

부위별 거푸집 존치기간

보 보

기초 기초

콘크리트의 재령에 의할 때

6일(3일) 8일(5일)

슬라브(바닥판) 10℃≤평균기온≤20℃

(69)

보 보

기둥 기둥

부위별 거푸집 존치기간

보 보

기초 기초

콘크리트 압축강도에 의할때

50kg/cm² 50%

(설계기준강도)

슬라브(바닥판)

(70)

£ 거푸집과 거푸집 지보공은 얼마나 시간이 경과 한 후에 해체하는가?

•

^{양생기간이 지나면}

•

해체시기와 방법을 정하여 해체

•

해체시기의 결정은 시방서, 강도시험결과 등에 따라 작업책임자의 승인을 받아 시행

거푸집의 해체

(71)

거푸집 측압

• 측압에의 영향요소

•

부재두께

•

슬럼프치

•

재료의 비중

•

철근량

•

타설속도

•

타설높이

•

기온

(72)

콘크리트 타설

Concrete placing

(73)

타설순서

배처플랜트 배처플랜트 운반(믹싱트럭) 운반(믹싱트럭)

현장시험 현장시험 펌핑(압송) 펌핑(압송) 운반(배관) 운반(배관)

타설 타설 양생 양생

슬럼프시험 / 공기량측정 /

염분측정 / 공시체제작(압축강도시험) 펌프카 / 포터블

주름관 / 분배기 / CPB

(74)

콘크리트 의 시공 순서

배처플랜트

배처 플랜트

운반 (믹싱 트럭)

현장 시험

펌핑 (압송)

운반

(배관) 타설 양생

(75)

배합설계란?

£ 콘크리트가 가장 경제적으로 소요의 품질이 얻 어질 수 있도록

£ 각종 조건의 범위 내에서

£ 각 재료별 구성비율을 결정하는 작업

£ 소요강도의 확보

£ 양호한 시공연도(workability) 확보

(76)

배처플란트

(Batching

Plant)

(77)

콘크리트 제조과정(배처플랜트)

모래 모래 자갈

골재 물 ^혼화

제 시멘트

계량

계량 계량 계량

믹서

시 멘 트 사 일 로

호퍼

혼화제 물

(78)

배합설계의 순서

설계기준강도

배합강도 결정

시멘트강도(K)

물시멘트비(W/C)

슬럼프 값 결정

굵은골재최대치수 잔골재율

단위수량

배합비 결정

구조계산시 필요한 재령 28일 기준

장기 3배, 단기 1.5배 – 150, 180, 210, 240,…

시공급별 및 온도보정치 고려

K₂₈= K₇+ 150 또는 K₂₈= 1.2K₇- 0.4K₃+ 160 215/(F₂₈+210)와 61/(F₂₈/K+0.34) 중 작은 값

-굵은 골재 최대치수가 커질수록 단위수량, 공 기량, 잔골재량 감소

-잔골재율이 작을수록 단위수량, 단위시멘트량 감소

(79)

콘크리트의 운반(믹싱트럭)

(80)

콘크리트 운반시간의 한도

KSF 4009 콘크리트 표준시방서 건축공사표준시방서

혼합직후부터 배출까지

혼합직후부터 타설완료

까지 혼합직후부터 타설완료까지

외기온도 일반 외기온도 고내구성 일반 25 이상 90분 25 이상 60분 90분 90분 25 이하 120분 25 이하 90분 120분

(81)

콘크리트 운반시험이 초과된 경우의 문제점

£ 유동성 감소, 공기량 감소, 콘크리트 온도 상승, 응결진행

£ 컨시스턴시 감소

£ 워커빌리티 감소

£ 시공불량, 내구성 결함

£ 미충전부 발생

£ 콜드 조인트 발생.

(82)

용어

£ 유동성

•

^{액체와 같이 움직임}

£ 컨시스턴시

•

^{균질성, 반죽질기}

£ 워커빌리티

•

작업 난이도의 정도. 재료분리에 저항하는 정도

(83)

콜드조인트

먼저 타설한 콘크리트와 나중 타설한 콘크 리트간에 생기는 불연속면

(84)

콘크리트의 압송 타설

압송 타설: 압력에 의해 먼 곳으로 콘크리트를 보내는 방법에 의한 콘크리트 타설 법

(85)

압송타설의 개요

(86)

압송장비의 종류

£ 펌프카

•

수평/수직 50m까지 타설 가능

•

수직높이 8~10층 이하에 적용

£ 포터블

•

압송장비를 트럭으로 견인하여 이동

•

펌프카 타설이 어려운 10층 이상 고층건물에 적용

•

고압 압송장비 사용시 500m까지 타설 가능

•

고압타설시 누수에 유의

(87)

펌프카

(88)

포터블(콘크리트 펌프)

(89)

타설 전 선행작업

1) 슬럼프 시험

2) 공기량 측정

3) 염분측정

4) 공시체 제작

5) 펌핑장비 1대당 7명 내외로 타설인원 편성

6) 철근 조립상태 및 결속선 시공상태, 변형여부 확인

7) 거푸집 조립 및 청소상태 확인

8) 매입철물 확인: 앵커, 슬리브

(90)

타설방법

£ 주름관(flexible hose)

£ 분배기(concrete distributor)

£ CPB (Concrete Placing Boom)

(91)

주름관 타설

£ 장점

•

가장 보편적인 타설방 법

•

^{초기투자비가 적다}

•

^{작업이 간편}

£ 단점

•

타설시 무게가 무거워 인력 조정이 어려움

•

무게로 인해 작업효율 이 떨어짐

•

타설시 철근이 흐트러 지거나 스페이서가 파 손되어 구조 품질 저 하

(92)

분배기

(93)

분배기의 연결

(94)

분배기

£ 장점

•

철근배근에 영향을 주지 않음

•

최소한의 인력으로 작업수행

•

작업진행이 빠르고 반경이 넓음

£ 단점

•

장비를 올리기 위한 양중장비 필요(무게 1.3톤)

•

^{초기비용이 많음}

(95)

CPB(Concrete Placing Boom)

펌프에서 배관을 통해 압송된 콘크리 트를 Tubular Mast에 설치된 Boom을 이용하여 콘크리트 타설위치에 포설 하는 장치

(96)

CPB의 구조

1st boom

2nd boom

Working platform (작업대)

Swing post assembly

균형추 붐헤드

1st

column 2nd column

(97)

CPB(concrete placing boom)

£ 장점

•

초고층 건물에 효과가 높음

•

철근배근에 영향을 주지 않음

•

최소한의 인력의 작업수행

£ 단점

•

소규모 현장에서는 비경제적

(98)

CPB 타설 개념도

고압 펌프가동

고압

콘크리트 펌프가동

압송

파이프라인 배송

CPB 타설

(99)

CPB 타설 순서

고압 펌프 가동

호퍼 (콘 크리

트)

고압 펌핑

파이 프라 인배

송

CPB 타설

타설 잔량

폐콘 크리

트 처리

청소 /작 업종

료

(100)

CPB 압송타설 배관도

배관의 맥동을 방지하기 위 하여 배관에 맥동이 진행하 는 반대방향에서 밴드나 체 인으로 맥동을 잡아 줌

맥동: 콘크리트 펌프의 실 린터 펌핑작동에 의한 힘이 배관에 전달되어 압송 진행 방향으로 배관이 움직이려 하는 힘

(101)

분배기와 CPB의 비교

£ 분배기(concrete distributor)

•

매층 타설시마다 크레인으로 다음 층으로 인양 설치 후 시공

•

반경 10~15m 정도로 보통 넓은층 타설시 여러 번 옮 겨야 할 경우도 있음.

•

가격이 CPB보다 비교적 싸고 일반 타설 방법에 비해 노무비 절감

£ CPB(concrete placing boom)

•

건물 중앙부에 수직배관을 통해 설치

•

타워크레인과 비슷한 구조로 회전반경이 분배기보다 훨씬 크다.

•

비용이 비싸서 고층건물(30층 이상)에 주로 사용

•

장비를 이동할 필요가 없어 노무비가 절감됨.

(102)

압송 타설에서 배합시 주의사항

£ 시멘트량이 적으면 관내 저항 증가 à 압송능력 저하

£ 슬럼프가 낮으면 관내 저항 증가, 펌프 흡입성능 저하 à 압송능력저하

£ 잔골재, 굵은 골재 입도분포 분연속이거나 잔골 재량이 부족한 경우 관이 막힐 가능성 존재

(103)

배관설치시 유의사항

£ 압송배관은 인장력이 발생하지 않게 설치 (모르 타르 누수 및 압력감소로 배관이 막힐 수 있음)

£ 하향 배관시 배관의 자중에 의해 인장력이 발생 하므로 주의.

£ 관내에 콘크리트가 장시간 머무르지 않게 주의.

£ 압송배관은 벽이나 바닥에서 30cm 이상 이격시 켜 보수작업에 용이하게 함.

(104)

£ 이물질

•

파이프내 진흙, 나뭇가지, 굵은 돌 등 이물질이 압송 되면서 발생

à 호퍼의 격자망으로 방지

배관 막힘의 원인 1

호퍼

(105)

£ 배합 및 온도

•

배합이 불량하거나 소량일 때

•

온도가 너무 낮아 파이프가 결빙될 때.

£ 부적합한 장비 선정

•

콘크리트의 성질에 비해 적절하지 못한 압송장비를 선정한 경우 발생가능

£ 작업의 불연속성

•

장시간 압송 중단시 발생가능

배관 막힘의 원인 2

(106)

배관 막힘의 징후 및 조치

배관 막힘현상의 징후

• 압송압력의 급상승

• 배관의 진동이 심해짐

막힘현상 발생시의 조치

• 역타설 운전시도

• 막힌 배관의 신속한 분 리 후 배관 내 콘크리트 폐기

• 막히기 전 후의 콘크리 트 상태 육안 관찰

(107)

슬럼프 시험

10cm

20cm

25회 다짐 25회 다짐 25회 다짐

30cm

슬럼프값