건축시공기술사 hi-beam( 일명 : 하이빔 ) 공법

[갑성스]

건축시공기술사  ＊HI-Beam( 일명 : 하이빔 )＊ 공법  입니다.

김우식의 건축시공기술사 블로그를 사랑해주시는 모든 분들에게 많은 도움이

되었으면 좋겠습니다. 앞으로도 언제 어디서나 예비 건축시공기술사 여러분들에게

좋은 자료와 좋은정보 제공할수있는

건축시공기술사 김우식이 되도록 항상 노력 하겠습니다.

건축시공기술사가 되시는 그날까지 " 화이팅!!!! " 하세요

HI-Beam 공법

  1. 서론

  최근 건설시장의 급격한 변화 속에서 시공의 합리화를 통한 고부가가치 창출, 인식의 전환을 통한 신기술의 확보는 우리의 당면과제로 부각되었다. 이에 당사에서는 1995년 5월 건축사업본부 건축기술팀 내에 공법개발 파트를 발족하여, 선진사례조사 및 당사의 기술을 집약, 발전시켜 HI-Beam 공법을 개발하였다.

  1996년부터는 본 공법의 적용대상 현장인 수원 인계동 현장에 대한 Mock up Test를 실시하여 기둥 보 접합부의 설계안과 시공순서를 확립하였고, 이듬해인 97년에는 한양대학교 초대형 연구센터와 연계하여 HI-Beam에 대한 1차 및 2차 구조성능실험을 완료하였으며, 성능평가결과는 지난 10월 8일, 건설기술원의 최종심의를 통과, 11월 5일, 건설교통부로부터 신기술(건교부 지정 제 133호)로 지정 받았다.

  실제 본 공법은 수원 인계동 현장 등 5곳의 현장에서 적용, 원가, 공기 측면에서 기대 이상의 효과를 거두었으며, 현재는 성대 600주년 기념관 현장에서 본 공법을 진행, 시공 중에 있다. 이에 이 지면을 빌어 그 동안 당사가 추진 적용해 온 HI-Beam 공법에 대한 소개의 시간을 갖고자 한다.

2. 공법의 소개

2.1 공법의 개요

  물을 구성하는 대표적인 재료로서 철근 콘크리트와 강재를 들 수 있는데, 전자는 압축력과 강성에 유리하며, 후자는 가볍고 인장력에 대한 대응이 유리한 구조적 특성을 가지고 있다. HI-Beam은 이러한 철근 콘크리트와 강재의 구조적인 장점을 활용하여 이질적인 두 부재(Hybrid)를 일체화(Integrated) 시킨 새로운 개념의 복합보(Hybrid Integrated Beam)이다. 그 형상은 다음 그림과 같으며, 보의 양 단부는 철근콘크리트 기둥과의 일체성 확보를 위해 철근콘크리트로, 보의 중앙부는 장스팬에 유리한 강재보로 구성되어 있다.
 

[그림 1] HI-Beam의 형상

HI-Beam 공법은 기둥은 압축력에 유리한 철근 콘크리트조로 하고 주방향의 장스팬 보는 HI-Beam을, 그와 직교하는 보는 HI-Beam, 철골보 또는 PC보를 조합(그림 2 참조)할 수 있으며, 슬라브의 형태도 용도별, 하중조건별로 자유롭게 선택하여 사용, 합리화를 꾀한 공사방법이다.

[그림 2] HI-Beam의 구조모델링

2. HI-Beam의 구성

  HI-Beam은 철골조와 철근콘크리트조의 구조적인 장점을 취하였으며, 부재내의 작용력에 따라 단면을 변화 시켜 부재를 효과적으로 구성하였다. 아래의 모멘트도에서 보는 바와 같이 중앙부는 작용력이 작으므로 강재보를 사용하였고, 단부는 철근콘크리트를 사용하여 큰 작용력에 대응하고 RC기둥과의 접합성을 우수하게 하였다.
 

[그림 3] HI-Beam의 모멘트도

  HI-Beam의 주요 구성은 크게 보-기둥 접합부, HI-Beam 단부, HI-Beam 중앙부의 세 부분으로 나눌 수 있으며 그 특징은 다음과 같다.
 

• 보-기둥접합부 : 콘크리트를 현장타설함으로써 철골조, SRC조에서와 같은 복잡한 접합을 생략하고, RC조와 동일한 강접의 접합성능을 발휘하도록 하였다.
   
• HI-Beam 단부 : 큰 전단력과 모멘트가 작용하는 구간에 철근콘크리트를 사용함으로서 저 비용으로 큰 내력을 갖도록 하였다.
   
• HI-Beam 중앙부 : 중앙부는 하중이 작게 작용하며 슬래브와의 합성효과를 고려할 수 있으므로 고가인 강재(철골)의 설계를 소 단면으로 가능케 하였다.
   

[그림 4] HI-Beam의 구성

3. HI-Beam의 구조 상세

  HI-Beam은 양단부의 철근콘크리트보에 강재보가 매입된 복합구조를 취하고 있으므로 매입 구간 내에서 강재보와 철근콘크리트보 사이에 충분한 응력의 전달이 이루어지도록 하는 것이 이 공법의 구조적인 핵심 사항이다.

  이를 위해서는 a.순 철근콘크리트 구간, b.강재보의 매입길이, c.전단보강근, d.Shear Connector, e.HI-Beam단부의 정착길이 등이 구조 검토를 통하여 종합적으로 결정되어야 한다. [그림 5]
 


[그림 5] HI-Beam의 상세

4. HI-Beam 공법의 시공 순서

  본 공법의 시공순서는 크게 기준먹 놓기 →기둥콘크리트 타설→HI-Beam 설치→잔여 보 설치 →Deckplate 깔기 및 철근배근→슬라브 콘크리트 타설의 순서로 진행된다. 이를 도식화하면 다음 [그림 6] 과 같다.
 

[그림 6] HI-Beam 공법의 시공순서

5. HI-Beam 공법의 특징 및 적용범위

  본 공법의 개발 이후 지속적인 현장적용을 거치면서 축적된 자료를 바탕으로 본 공법의 특징, 적용성을 요약 정리해 보았다.

가. 특징

  본 공법의 가장 큰 특징은 강재(철골)와 철근콘크리트 재료의 구조적인 장점을 합리적으로 취해 최적의 설계가 가능한 데 있으며, 이에 따라 중앙부 강재의 역학적 특성으로 철근콘크리트 조에서 12~25m의 장스팬 공간을 확보할 수 있다. 또한 철골구조와 비교하여 같은 수준의 장스팬을 유지하면서도 경제성이 뛰어난 철근 콘크리트 구조와 복합화 함으로써 원가절감이 가능하며, 기존의 철근 콘크리트조의 공사와는 달리 공장에서 대부분의 부재를 생산하고, 현장에서 설치하는 합리적인 시공으로 공기를 단축할 수 있다.

나. 적용범위

  위에서 기술한 HI-Beam 공법의 특징으로 다음과 같은 용도의 구조물에 적용이 가능하다.
 

• 장 Span이 요구되는 건물

  장 Span구조에 일반적으로 적용되는 사무실, 유통시설, 전시공간 등의 건물에 적용이 가능하다.
   

• 경제성을 추구하는 건물

  HI-Beam을 적용하는 경우 단부를 철근콘크리트조로 연결하는 구조가 가능하므로 RC조와 S조를 효율적으로 사용한 경제적인 유통시설, 주차빌딩 시공이 가능하다.
   

• 기타 시간을 요구하는 공장 등이나, 계획상 일정이 촉박하여 공기단축이 요구되는 건물, 협소한 부지내에 건설되는 건물, 40층 이상의 초고층 건물에도 다양하게 적용될 수 있다.

6. 결론

  이상으로 당사에서 개발하고 수년간 현장적용을 진행해 온 HI-Beam 공법의 내용을 간단히 소개하였다. 당사는 본 공법을 적용하여 양적인 성과로, 5개 현장 평균 골조공사비의 원안대비 약 10±2 %의 절감을 하였으며 공기면에서도 재래공법 대비 평균 10±5 % 단축하였다. 질적으로도 투입인원 및 현장폐기물을 현격히 줄이는 성과를 올렸으며, 공업화에 따른 품질향상, Cycle 공정, 단순반복효과에 의해 현장관리가 훨씬 용이해졌음이 실사례로 드러났다.
 

Project 명	원설계 구조	원가절감	공기단축
수원 인계동 빌딩	SRC 조	8.8%	8%
대전 Price club	S 조	25.0%	11%
역삼동 DACOM 사옥	S 조	8.1%	10%
삼성생명 Human center	RC 조	13.0%	6%
성대 600주년 기념관	SRC 조	8.0%	6%

  따라서 향후에도 경제성, 장스팬, 공기단축을 요하는 Project 등에 적극적으로 검토, 적용이 예상되며 Turnkey 공사 등에도 본 공법이 보유하고 있는 신기술 가점을 바탕으로 설계단계부터 공법의 반영이 이루어짐으로써 그 적용 효과를 극대화 할 수 있으리라 본다. 또 현장적용이 거듭될 수록 더 많은 요소기술의 개발이 기대되는 잠재력을 품은 본 공법은 기존의 건설기술을 한단계 끌어올려 신 건설문화를 만들어 가는데도 일익을 할 것으로 기대된다.