2조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 건물 해체 작업 시 일시적 성토체에 대한 최적설계

영문 : Optimal design for a temporary retaining wall during building work

과제 팀명

2조 (토목2조)

지도교수

이준규 교수님

개발기간

2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 2020860042 김정우(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 2020860040 김건목

서울시립대학교 토목공학과 2020860043 김준수

서울시립대학교 토목공학과 2020860041 김민식

서울시립대학교 토목공학과 2017860012 노규상

서울시립대학교 토목공학과 2017860036 조정연

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 법규 및 매뉴얼을 통해 성토체 공법이 타 공법 대비 경쟁력 확보 가능한 조건을 파악하고 안전사각지대로서 최적설계가 필요한 건물높이를 파악한다.

◇ 해당 조건에서 굴착기의 작업반경 확보를 위한 성토체 보강의 필요성을 확인한다.

◇ 건물해체공사 시 적용되는 성토체 공법의 안정성 확보를 위한 최적의 설계를 제안한다.

◇ Optum g2(유한요소해석)와 Slope/w(한계평형해석) 프로그램을 통하여 설계의 타당성을 검증한다.

개발 과제의 배경

◇ 최근 국내에서는 건축물의 노후화와 재건축 및 재개발, 리모델링 등으로 인해 해체가 이루어지고 있다. 2017년 기준 서울시에서 발표한 해체 공사 현황 및 통계자료 검토결과에 따르면 전국의 5층 이상의 건축물은 36만 여동이며, 25년 이상 경과된 건축물은 약 19%수준인 6.8만여동이다. 또한, 발표자료에 따르면 건축물의 물리적 수명과 더불어 위험도 높은 중고층 건축물의 해체공사의 빈도가 증가할 것으로 예상하였다. 12년~16년까지의 해체 및 리모델링 공사 중 발생한 재해건수는 54건, 사망자수는 61명으로 조사되었다.

해체공사현장 붕괴사고를 보면 중·저층 건축물에서 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지에서 발생한 건물철거 붕괴사고는 주변 건물손상·도로손상·전선 끊어짐 등 인프라 마비와 많은 인명피해로 확장된다. 이러한 피해를 막기 위해 해체공사 중 붕괴를 방지하고, 구조물을 안전하게 해체하기 위한 구조 안전성 확보방안에 대한 대책 마련이 필요하다.

◇ 구체적인 사례

21년 06월 09일 발생한 광주 철거건물 붕괴 사고에서 원인은 성토체의 붕괴이다. 과도한 성토로 발생한 연직토압에 의해 성토체를 지지하던 철거 구조물의 바닥층이 붕괴되었다. 잇따른 토사이동으로 성토체가 붕괴되어 건물이 전도되고 굴착기가 떨어져 도로가 파손되는 등 17명의 인명피해가 발생한 사건이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 건물철거 시 성토체 공법이 타 공법 대비 경쟁력 확보 가능한 범위 파악한다.

◇ 건물높이별 공법 적용 시 성토체 보강의 필요성을 확인한다.

◇ 해체공사 중의 구조안전성 확보방안을 제안한다.

◇ 해석프로그램을 사용하여 설계사양을 만족한 최적의 성토체 설계한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 국내 및 국외 공법 사례

- 국내

사단법인 한국지반공학회 (2002, 2015) - 흙막이 개선공법

흙막이 벽체의 변화는 강성, 차수성 및 시공성을 중심으로 개발되고 있으며, 최근에는 연직도 유지가 상대적으로 용이한 겹침식 CIP 공법이 많이 적용되고 있다. 흙막이 버팀보는 좌굴 억제 방안으로 구조체 자체의 강성을 효과적으로 증대할 수 있는 합성 구조체가 개발되고 있는 추세이며, 띠장의 개선은 강재 규격 최소화와 약축 개선 방향으로 개발되고 있고, 일부 공법은 Prestress를 가하는 방식을 채택하기도 한다

① CIP -> RF-CIP RF–Beam 공법은 엄지말뚝용 H-Pile의 플랜지에 플레이트형 또는 라운 드형 강판을 보강하여 강축방향 강성을 증대시켜 경제성 및 구조적 안 정성을 향상시킨 공법으로, 응력이 초과되는 일부구간에만 적용하여 효율적인 설계 및 시공이 가능한 공법이다.

② CIP -> C-Ⅲ CIP 개선 공법 중 하나인 C-III 공법은 C형 케이싱을 이용하여 홀 과 홀을 중첩하며 형성된 벽체를 이용하여 겹침 주열식 차수벽체를 지중에 형성하는 공법으로 기존 CIP 공법에 비해 별도의 차수 공종 이 불필요하여 공사기간 단축이 가능한 공법이다.

- 국외

1) TOP DOWN manual method

탑다운 방식의 건물 철거 방식-특수한 기계가 아닌 사람의 힘으로 해체하는 방식이다. 이

방식은 주로 지붕에서 땅 방향으로 진행되어 top-down 방식으로 불리며 철거를 하는 공 구나 방식의 진행 과정은 부지의 특성이나 구조물의 구성요소에 따라 달라진다는 특징이 있다.

2) 켄틸리버 구조물의 철거 방식

켄틸리버 구조물,발코니,지붕 모양의 구조물의 철거는 도로 시설물이나 보행자 도로에

인접해 있는 경우가 많다.아래 그림은 켄틸리버 슬래브의 철거방식을 보여주는데 켄틸리 버 슬래브와 보를 분리하여 철거하는 방식은 아래와 같다. -첫번째,외벽을 먼저 철거한다. -두번째,켄틸리버 슬래브와 보를 철거하기 이전에 켄틸리버 구조물 시스템에 의해 지지 되는 고정하중을 먼저 제거한다. -콘크리트는 외벽 방향에서부터 시작해서 안쪽의 보 방향으로 천천히 철거되어야 한다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

시장상황에 대한 분석

• 경제성 분석

기계식 해체공사가 발파 해체공사 대비 경제성을 확보할 수 있는 건물의 최대 층수는 7층이다. 그러나 발파해체공사가 기계식 공사에 비하여 공정이 복잡하여 평당 공사비를 많이 낮출 수 없다는 현실을 고려하면 최소한 15층 이상의 아파트 10개동 이상으로 구성된 중규모 단지의 재건축이하 해체공사는 대부분 기계식 해체공사가 적용된다. 아래 그래프의 값은 2004년 8월 발행된 한국건설관리학회논문집에 수록된 ‘해체공사비 비교분석을 통한 발파해체 공법의 전망’의 내용을 바탕으로 작성하였다. 관련 논문에서 공사비 비교는 직접비만으로 한정하였다. 따라서 각 공법별 공기산정에 대한 간접비 고려는 제외되었다. 또한 해당 5층, 10층. 15층 3개 층수별 RC 라멘형식의 아파트로 범위를 한정하였다

기계식 공법을 적용하여 5~6층 규모의 건물을 해체하는 경우 위의 둥 굴착기가 대부분 이용된다. 10m굴착기를 사용하는 경우 성토를 쌓아야 작업반경이 확보된다. 반면 30m 굴착기의 경우 성토체의 도움없이 작업반경이 확보된다. 일당 굴착기 대여비만을 고려한다면 10m굴착기의 사용이 합리적이다. 작업반경과 안정성을 확보하는 비용인 성토비와 가시설 설치비용에서 경제성을 확보한다면 10m 굴착기의 활용이 적합하다.

• 환경성 분석

발파해체공사는 폭발 범위, 시간 등 기계식 해체공사에 비하여 공정이 복잡하다. 또한 사용하기 전에 정확한 평가와 계획이 필요하다. 발파 작업이후에는 주변 환경에 대한 정비가 필요한데, 폭발로 인한 잔해와 미세먼지, 소음 등이 발생하여 이에 대한 대체가 필수적으로 요구된다. 따라서 발파해체공법을 도심지에서 선택하는 경우 폭발이전에 주변 피해정도와 폭발에 대한 공정에 정확성이 크게 요구되어 주변환경의 조건이 맞지 않는다면 공법적용에 적합하지않다.

• 사회성 분석

◇ 현재 2020년 12월 기준 전국에 분포된 건축물 중 준공 후 20년 이상 경과한 노후 건축물이 약 58.8%를 점유하고 있다. 
◇ 노후가 심한 건축물로서 근래 해체공사의 주요 시장을 형성하고 있는 35년 이상 경과 건축물도 무려 31.4%에 달한다.
◇ 구조물 해체 건수의 경우 매년 꾸준하게 증가하고 있다. 향후 국내 해체공사는 시장규모가 지속적으로 확대될 것으로 예상된다.
◇ 과거 해체대상 건축물의 대부분은 1~2층 조적조 건물로 최근에는 5층 이상 고층 철근콘크리트 건물에 대한 해체가 증가함에 따라 작업의 난이도 및 위험성도 함께 증가하게되었 
   다.
◇ 기존의 해체계획 및 작업방법만으로는 한계가 있을 수 있고 작업과정에서 여러 문제점에 봉착할 수도 있다.
◇ 안전보다 실익을 우선시 하는 사업구조로 인해 건물해체 시 안전사고가 발생하였다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 흙마대를 활용하여 시공기간을 단축하고 토사이동을 방지한다.
◇ 지오그리드를 활용하여 전단강도를 증진시키고 성토체의 하중을 분산시킨다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 시공기간 단축을 통해 건설비용 절감시킬 수 있다.

◇ 일시적 구조물에 대한 최적화된 재료 선정으로 경제성 확보할 수 있다.

◇ 붕괴로 인한 인명피해 최소화할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용