초 고 층 특 집 Special Feature-super tall building - 양중장비 중 T/C Hoist 중심으로 - 김 영 학 기술연구소 건축연구담당 선임연구원(novice00@lottenc.com) 1. 서 론 현대 초고층 건축 이슈는 1000m이상 높이, 1000년 수명, 친환경 건축물 등 다 양하다. 하지만, 그 중 가장 중요한 요소를 선택한다면, 아마도 얼마나 빠른 기간 안에 초고층 건축물을 완성 하는가가 될 것이다. 현대 초고층 건축에서 1개층 골조공사 시간은 34일에 불과하며, 500m높이 건축물이라 하더라도 그림 1. 타워 크레인(T/C) 그림 2. 호이스트(Hoist) 37
싸이클 공정을 수행하여 총 공사기간은 60개월 을 넘지 않는 시공속도를 실현하고 있다. 설계 단계에서부터 공사기간을 고려한 설계가 이루어 지고 있으며, 초고강도 콘크리트와 같은 건축재 료의 개발, 시스템폼과 같은 시공장비 및 시공 기술의 개선을 통하여 가능해졌다. 초고층 건축 전체 공기를 산정하기 위하여서는 층당 시공 속도 가 결정되어야 하며 시공 속도는 자재를 쌓아 올리 는 능력과 관계되므로, 결국 양중 Capability가 전 체 초고층 공사 기간을 좌우하게 된다. 본 고에서는 초고층 건축에 있어 전체 공사기간 산정에 핵심이 되는 양중에 대하여 대표적 양중장 비인 타워크레인과 호이스트 사용계획과 활용방안 에 대하여 서술하고자 한다. 2. 초고층 건축 양중장비 2.1.1 Tower Crane 부하(Load) (1) 골조공사 Tower Crane 소요수량 1) 철골구조 ( 철골구조에 가까운 SRC 구조 ) 초고층 건축물 철골구조 대중량 부재와 RC 골조 공사는 T/C에 의존할 수 밖에 없다. 따라서, 총 골조 물량, 대형마감재, 전기설비 대형자재 및 수행공사기 간 등을 검토하여 소요장비 대수를 산정하여야 한다. 대략적으로 고층부 기준층에서 4대 이상 필요하다. 2) 철근콘크리트구조 ( 철근콘크리트구조에 가까 운 SRC구조 ) 콘크리트 펌핑 시스템 및 골조 시스템 폼 (System Form) 등 대체공법으로 T/C 부하(Load) 를 최대한 줄여야 한다. 대형건축마감재나 전기설비 자재는 T/C의 지원을 받아야 하며, 고층부 기준층 에서 대략적으로 2대 정도로 수행한다. (2) 골조공사 외 대형 및 중량 자재 ( T/C 사용 ) 2.1 초 고 층 건 축 타워크레인(Tower Crane) T/C를 사용하여 양중하는 중량 자재들을 구조 형 식별로 나누어 보면 표 1과 같다. 표 1. 골조공사 외 대형 및 중량 자재(T/C 이용) 구조 RC조에 가까운 복합구조 S조에 가까운 복합구조 소요대수 TOWER CRANE : 2대 이상 TOWER CRANE : 4대 이상 ( 대형 ) 특징 RC골조공사 H-Beam, Deck Plate 철근 Pre-fab 철골공사 철골부재, Deck Plate 철근 Pre-fab 공통사항 (양중/설치) MEP/HVAC (양중) 대형Pipe (양중/설치) W.W.F or W.W.E Hoist Safty Fan Elevator Escalator Wind Damper, Wind Washing Chiller, Package A/C, AHU, FCU Cooling Tower, Large Fan, MCC, Switch Board Pumps, Generator, Oil Tank, Cable Drum Large Piping, Pre-assembled Pipe, Pipe Bundle 38 롯데건설
(3) Packing & Hoisting List 예 ( T/C 사용 ) T/C를 사용하여 양중하는 자재를 Packing 단위 표 2. Packing & Hoisting List(T/C 사용) 로 나누어 보면 표 2와 같다. No. 자재/Packing Packing 자 재 1 2 Material Hoisting Cage 2m 4m 5 tons Max. Bulk Material Container 1.2 0.8 1m 1ton Max. Pre-Assembled Pipe, Sanitary ware, Duct,Lighting Other Bulk Material and Material Container Small Bulk Material 3 Pipe Hoisting Cage Pipe Conduit 4 Equipment Hoisting Beam Equipment, Switch Board 5 Balancing Weight Large Pipe, Equipment at Place Special feature-super tall building 6 Large Pre-Fabricated Pipe Large Pipe 7 Pipe Rack Toilet Pre Assembled Piping Unit 8 Pipe Rack Riser Pipe Bundle 9 HV Cable Riser Cable Durm 39
2.1.2 Tower Crane 설치 계획 (1) 장비 선정시 검토사항 골조공사 용량 특히, 철골 부재 용량을 필히 체크 하여야 한다. 그 외에 장비(Boiler, HVAC 등)의 최 대 용량 등을 검토하여 적정 최대용량을 선정하고, 높이에 따른 셋백(Set Back) 위치, 동선계획도, 안 전조건, 양중방법, 구조체 보강방법 등을 고려하여 제원에 맞는 장비를 선정하는 것이 바람직하다. (2) Crane climbing 방식( Base 상승방식 ) 대부분 지역에서 초고층일 경우 적용한다. Elevator Corewall에 지지 설치하고 외부마감과 간섭이 없고 구조보강이 용이하다. 일반적으로 Climbing 에는 약 2일이 소요되며, 골조 진행에 따 라 4개 층씩 Climbing한다. (3) Mast Climbing 방식( Base 고정방식 ) 미국에서 선호하는 방식으로 건물 외주부에 설치 하므로, Corewall이 없는 건물에 유리하나, 외벽 공사 간섭이 있다. Telescoping Mast Guide를 이 용하여 유압 Jack으로 상승시킨다. 2.1.3 Tower Crane 운영 (1) 유의사항 장비 점검을 규칙적으로 실시하고 자재는 적정하 중을 초과하지 않으며, 운전 중 신호수를 배치하고, 12 m/sec 이상의 바람에서는 작업을 중단한다. 흔 들리기 쉬운 자재는 9 Guide Rope를 사용하여 안 전에 유의하며, Jib 및 Hook 위치가 제 위치에 있 는지를 수시로 확인한다. (2) 운영 관리자 현장 여건에 따라 중기, 가설, 공사의 골조 담당 에서 담당을 정하여 실시한다. 통상적으로 T/C를 가장 많이 쓰는 팀이 주관한다. 실례로써 초고층 프로젝트에서 초기에는 가설공 사(logistics)담당, 중기 이후에는 골조팀이 담당한 사례가 있다. (3) Tower Crane 시간조정 T/C 사용요구는 공사 긴박성에 따라 공종별로 의 견 충돌이 상존한다. 따라서, 매일 주관부서와 담당 자가 완급을 조정하여 원활한 공정을 유도해야 한 다. 시간조정의 흐름은 아래와 같다. 일반적 시간조정 LOGISTICS T/C 시간조정 담당자 신청 MEETING 확 정 T/C COORDINATOR 게시판 각 T/C SIGNAL MAN 협력 업체 작성/수정 각 공정 담당자 그림 3. T/C 시간조정 상관도 긴급사항, 변경시, SINGLE HOIST (4) 안전사고대비 T/C 운영에서 오는 사고는 대형/중대 재해를 유 발하는 경우가 많으므로 관련 담당은 신뢰성 있는 전문점검과 Overlap점검을 습관적으로 해야 한다. 요점점검사항은 아래와 같다. - 기초 좌대 강도 부족 여부 - Guide Rope 파손 및 불량 여부 - 안전장치 - Rope 끝 손잡이, Joint 부 Pin 빠짐 여부 - T/C 최상부 피뢰침 설치 여부 - T/C 항공 장애등 설치 여부 40 롯데건설
2.1.4 Tower Crane 해체 한다. 또한, 해체의 경우 중량 대형장비는 그 해체 T/C 설치, Climbing은 구조검토와 병행하여 주 장비의 적재 최소용량을 준비하여 단계적으로 해체 요 골조와 마감공사의 공정에 연계성이 많이 존재 하여야 한다. 해체공사는 다음과 같이 진행된다. 하며, 신속한 해체 또한 공정에 중요한 영향을 초래 최상층 SLAB CON C 완료 RECOVERY T/C FOOT G용 BRACKET 설치(최상층) RECOVERY T/C 12 TON 설치 T/C 25TON, 23TON RECOVERY T/C 6 TON 설치 T/C 25TON, 23TON 평면 BLOCK 옥상골조 완료 T/C 25 TON 해체 T/C 25TON T/C 23 TON 해체 T/C 12TON (PINNACLE FRAME & MAST 설치) Special feature-super tall building (PINNACLE부위 CURTAIN WALL 설치) T/C 12TON 해체 T/C 6TON DERRICK CRANE 설치 T/C 6TON T/C 6TON 해체 & JIN POLE 설치 DERRICK CRANE DERRICK CRANE 해체 JIN POLE JIN POLE 해체 & HOISTING DOWN 그림 4. T/C 해체 Flow(사례) 41
그림 5. T/C #1을 이용한 T/C #2 해체 그림 6. 12Ton T/C (T/C #1 & #2 해체용) 초고층 건축 호이스트(Hoist).1 가설 Hoist 종류 (1) 용도별 분류 1) Passenger Hoist 2) Material Hoist 3) 겸용 Hoist (2) 작업종류별 분류 1) Labor Transfer (인력수송) 그림 7. 6Ton T/C (12Ton T/C 해체용) 2) 자재양중 3) 쓰레기, 재사용 Box.2 가설Hoist 공사단계별 소요와 성능분석 초고층 건축 높이에 따른 Typical Cycle 선행공 정의 골조-마감 범위를 Zone으로 구분하여, 최초 단계로써 대략 25층/Zone으로 설정하고, 각각 단 계별로 호이스트 소요와 성능분석을 초고층 프로젝 트 사례를 기준으로 하여 검토해 본다. 42 롯데건설
(1) 일반조건 1) 호이스트 양중 능력 가정 (최대 용량 대비) Passenger-Hoist : 보통경우 65% Up, 작업종료Down 3) 쓰레기 처리 작업시간 : 일과 후 (Ex. Pm 6:30 9:00) Peak Time 90% Material-Hoist : 75% 2) 운영방법 운영시간 : 07:30-21:00 (13HR), 현장여건 Peak Time (4회) : 작업 착수Up, 점심Down- (2) 공사단계별 호이스트 계획 (초고층 프로젝트 사례) 공사단계별, 공사기간별 소요 호이스트 종류와 대 수는 아래와 같다. 구 분 층 수 공 기 Hoist 종류 A 1F - 06F M+11 13 T1, T2 1단계 B 7F - 25F M+1417 T1, T2, T3, T4 A 26F - 41F M+1820 T1, T2, T3, T4, T5, T6 2단계 B 42F - 57F M+2124 T3, T4, T5, T6, T7, T8 A 58F - 73F M+2527 T3, T4, T5, T6, T7, T8 + 4P. E/V(Low) 3단계 B 74F - 89F M+2830 T3, T4, T5, T6, T7, T8 +6P. E/V(L,Middle) C 90F - 101F M+3135 T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9 +6P. E/V(L,M,H) 4단계 M+35 10 Permanent E/V * T1, T2 : L25까지 * T5, T6, T7, T8 PASSENGER * T3, T4 MATERIAL Special feature-super tall building (3) Hoist 성능 각 호이스트별 제원은 아래와 같다. Name Hoist Capacity Speed Cage Size Volume Period Location ton m/min (W)m (L)m (H)m 65% m3 Month T1 internal 2 60 1.9 2 5.4 T2 internal 2 60 1.9 2 5.4 T3 2.5 100 1.76 4.5 11.3 T4 T5 T6 2.5 100 1.76 4.5 11.3 T5 T6 T7 T8 common tower T7 T8 T3 T4 2.5 2.5 2.5 2.5 100 100 100 100 1.76 1.76 1.76 1.76 4.5 4.5 4.5 4.5 11.3 11.3 11.3 11.3 T9 L94L101 1.2 60 1.9 2 5.4 43
(4) 일과운영(Daily Table) 계획 각 호이스트별 일과운영계획에서 자재,인력 겸용 과 자재, 인력 전용으로 구분하며, Operation Time Am 8:00Pm 6:00 Over Time Pm 6:30Pm 9:00 E/V Temp used Peak Time Pm 9:00Am 00:00 (일반경우) 을 기준으로 일과운영계획을 한다. 일과운영계획 은 아래와 같다. Operation time table Description fr. to 8:00 8:45 8:45 11:60 11:50 13:20 13:20 17:30 17:30 18:15 18:30 21:00 21:00 00:00 T1 Both Worker T2 Both Worker T3 Material Worker Materials Worker Worker Material Worker Curtain Wall T4 Material Worker Materials Worker Worker Material Worker Curtain Wall T5 Passenger Worker T6 Passenger Worker T7 Passenger Disposal T8 Passenger Disposal T9 Both 자재 : Dry wall board, stud, insulation, stone, door, tile, metal, Duct, pipe, Sanitary ware, wire, Curtain wall, Cement, sand 소형자재 : Accessory, Tool & machine, etc. (5) 가설 Hoist 종류별 운영계획 호이스트별 층 수와 관련 운영계획으로 초기에는 인력 2대(T1,T2), 자재 2대(T3, T4)로 25층까지 운 영하고, 이후 41층까지는 T1-T6로 자재, 인력 운영 하며, 42층 이상구간에서는 T3-T8로 운행, 마지막 구조 91층 이상에서는 T9로 별도 Local 운행하는 계획이다. Temp. Hoist 0 A B C D E F G 16 725 2641 4258 5974 7590 91101 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Day time Night time T3 : 25층까지 Curtain wall panel 44 롯데건설
(6) 가설 Hoist 운행소요시간 분석 운행시간분석결과에 의하면 호이스트 1회 운행소 요시간이 24층(117m)은 13분, 57층(252m)은 14분, 73층(319m)은 15.4분, 101층(448m)은 18분이 소요 된다. 따라서, Peak Time에 소요인원과 운행회수 단계 높이(m).3 Material Hoist 자재 호이스트 선정에는 가급적 T/C 사용 Load 를 최소화하는 검토가 선행되어야 하며, 소요자재의 규격, 중량, 용적을 기준으로 한 Packing List를 건 축, 전기, 설비를 포함총괄List를 토대로 T/C와 호 이스트 양중 분담 자재 List를 판단한다. (Packing List의 중요성) (1) 검토사항 1) 자재 수평이동을 기계화 하여야 한다. (견인차, 소형 전동 Lift) 2) 대차, Pallet를 자재 Packing에 적합하도록 조정, 개발하여 상,하차를 효율화한다. 에 따른 대기시간의 Loss는 공사효율과 직결되므 로, Simulation을 통한 자료로 작업착수(상행), 점심 (하행, 상행), 작업종료(하행) 시점의 중점관리가 필 요하다. 1 2 3 A B A B A B C 38 (6F) 117 (24F) 184 (41F) 252m (57F) 319m (73F) 386m (89F) 출발, 도착층 3 3 3 3 3 3 3 정지층 2 3 3 3 3 3 3 448m (101F) 올라가는 시간 0.6 2 1.8 2.5 3.2 3.9 4.5 정지층 2 3 3 3 3 3 3 내려오는 시간 0.6 2 1.8 2.5 3.2 3.9 4.5 총 시간 8.2 13 12.6 14 15.4 16.8 18 왕복운행횟수/1일 61 39 40 36 32 30 28 * 출발, 도착층 : 1.5분 * 정지층 : 0.5분 * 정지층 수 : 6개 층 * Hoist 효율 : 65% * 가동(운영)시간 : 13시간 3) 호이스트 사양 : 최대공약수로 대형화 선정한 다.(초고층 프로젝트 사례) 1 4Ton이상 대형. 2 Cage는 W(2m), L(4m)이상이 바람직하다. 3 속도는 90m/min 이상 4 Packing List(건축, 전기, 설비)의 최대공약수 이다. 5 설계의 과다 용량 및 과다 Size품목 양중 문 제점을 협의한다. 4) 출발층 Loading 방법 기계화 1 3방향 F-Lift 사용한다. 2 무인 발송한다. Special feature-super tall building 45
(2) 양중 Flow 및 양중자재 분류 구 분 대형자재 중형자재 양중장비 TOWER CRANE 자재 호이스트 반입 반입 - 철골부재 - GYP. BOARD 자재 하차 - 철근 - 내화피복재 자재 하차 대차 상차 - DECK PL - W.W.F - 천정재 - 단열재 T/C 이동 - ELEV. 기계 - 바닥재(비닐타일) FLOW STOCK 1층 Lift 상차 수직 이동 자 재 - FL. DUCT - 입상 PIPE - AHU - 창호재 - 커튼월 - 석재 및 TILE T/C 도착층 하차 각층야적장 이동 - TRAN FORM - CUBICLE - BOILER - CARPET - DUCT - PIPE류 각층 STOCK 및 설치 자재하차 및 적재 - CHILLER - 전선관 그림 6. 자재, 대차, 쓰레기 입체 Flow 46 롯데건설
(3) Packing System 사례(초고층 프로젝트 사례) MATERIAL PACKING/FIG Cement Block 390 100 190 AL.C/W PACKING UNIT MATERIAL SIZE PACKING SIZE Unit Weight Nos./packing Packing Weight 1500 4000 150 19 kg/ea 120 pcs 2280 kg 450 kg/ea 4 ea 1800 kg HOISTING St l Door 900 2700 150 (45 T) 80 kg/ea 4 ea 480 kg 2 Package Gypsum Board Plaster board(water) 1220 2440 15 Plaster board(fire) 1220 2440 15 shaft Liner 610 2440 25 33 kg/sht 50 sht 1650 kg 36 kg/sht 40 sht 1440 kg 26 kg/sht 40 sht 1440 kg 2 Package Gypsum Stud CH-Stud (400 CH20) 6.5 kg/ea 300 ea 1950 kg Stone 600 600 15 18.9 kg/ea 12 ea 227 kg 2 Package Stone Ceiling Tex 610 1220 15 54 kg/box 20 box 1080 kg Cement/Sand 620 410 150 40 kg/bag 30 bag 1200 kg 2 Package T-Bar Main Bar(L=3658) 20EA/Box Cross Bar(L=610) 100EA/Box 22 kg/box 44 box 968 kg 22 kg/box 44 box 968 kg Floor-Tile 300 300 2T 20 kg/box 50 box 1000 kg Floor Tile Bond & Paint 10Kg/Can 10 kg/can 54 can 540 kg 3 Package Stelel Pipe 150,2.8T L=3500 40 kg/ca 25 ea 100 kg 47
3. 결론 3.1 초 고 층 건 축 타워크레인(Tower Crane) 초고층 건축공사 건설장비는 대형화 추세이며, 골 조공사, HVAC장비와 PFP 등 대형 및 중량 자재는 타워크레인(Tower Crane)에 의존하여 공사가 수행 된다. 따라서, 장비 설치, 운영, 해체 장비계획은 공 사관리에 중요한 요소이다. 장비의 필요한 용량과 소요 수량은 건물구조에 따라서 장비계획이 다르다. 즉, 철골구조에 가까운 SRC 구조와 철근콘크리트구조에 근접한 SRC구조 의 경우 공사계획단계에서부터 골조구조에 적합한 장비설치위치 및 양중(Climbing)방법 등 신중한 검 토가 요구된다. 철골구조는 고층부 기준층에서 공사수행 때 최소 4대 이상과 대용량이 필요하다. 철근콘크리트 구조 는 철골구조보다 적은 대수로 운영되며 이에 따른 T/C 부하를 줄일 수 있는 골조공사의 대체공법이 요구된다. 특히, T/C 사고의 경우 대형안전사고가 유발될 가능성이 있으므로 설치공정에서 기초 고정, 당김줄 고정 상태를 견고히 하여야 하며, 예방점검에서 사 용 장비와 와이어(Wire) 중간점검은 전문업체와 담 당직원의 성의있는 입회점검이 꼭 필요하다. 3.2 초고층 건축 호이스트(Hoist) 초고층건축 공사추진은 대량물량, 고소작업으로 건축물 특성상 한정된 대수의 호이스트(Hoist)로 수 직 운반하는 시스템에 의존할 수 밖에 없는 특수 상황이다. 따라서 작업효율, 기준 승차층 진입시 혼 잡 동선 관리와 작업인력운반, 자재 인양, 쓰레기 처리 및 재사용 박스 등의 유기적 기능을 종합적으 로 체계화된 분석을 통해서 작업효율 극대화, 작업 인력의 대기시간에 따른 피로감을 극소화 하여야 한다. 또한 작업 착수시점, 피크(Peak)시간, 교차점 등도 검토하여야 한다. 시뮬레이션을 바탕으로 매일 상황 변화에 유연성 있는 운영을 하면서 공사 진도율에 따라 골조와 마 감공사 사이클공정에 소요되는 절대인원과 그 이외 의 공종에 필요한 인원을 구분하여 운송 시스템을 관리하여야 한다. 운반거리, 인원수 증가, 물량 증가 로 인해 외부 호이스트 수량과 용량으로는 부족할 경우에는 자재 Hoist, Permanent Elevator(Lift)를 임시 지원함으로써 원활히 운영될 수 있다. 호이스 트 Speed 상승이 가능한 범위의 제원을 검토하여 수송능력을 증가시키는 방법으로 초기부터 판단하 여야 한다. 또한, 각 호이스트 출발층 선정은 동선 관리의 핵심으로 자재 호이스트를 기준(G.L)으로 인 력 호이스트는 자재 호이스트보다 1개 상층/ 하층 (지하1층, 2층) 으로 하고, 쓰레기처리는 Loading Deck, 재사용 박스는 컨테이너(Container) 정지위 치와 가까운 곳으로 동선연결이 되도록 계획하는 것이 좋다. 인력 호이스트는 피크타임관리, Permanent-Elevator는 지원관리가 주요한 관리항 목이다. 한편으로, 자재 호이스트를 선정할 경우 소 요 Packing List를 분석하여 필요한 용량과 기종을 선택하여야 한다. 자재와 인력의 정지층은 Typical Cycle공정(선행 공정) Zone과 이후 공정 Zone을 구분하여, 일정한 층 간격으로 정지와 Nonstop 구간을 자재와 인력 Hoist별로 각각 선별된 계획이 필요하다. Reference 1. Council on Tall Building and Urban Habitat, Tall Building Systems and 48 롯데건설
Concepts, Monograph Vol.SB ASCE, 1980 2. Stafford Smith, B. and Coul, A, Tall Buildings Structures, Jhon Wiley & Sons, Inc, New-york, 1991 3. Building systems set new standard for South East Asia, ENR, 1996.01. 4. Peak performance certified on the spot Report No.36, Schwing, 1996 5. Makto Watabe, Junichiro Maeda & Takatoshi Heo, Super tall Building and innovative Robotics construction System, Shimiza Co., Tokyo Japan 6. Sculpture the Sky, KLCC The Second Edition, 1999 7. Do-Heon, Song, Supertall Construction Technology, Ki-mun-dang, 2003 Special feature-super tall building 49