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강구조 세우기 (출처 : 건축시공학 / 한솔아카데미)
1. 현장 세우기 공정의 흐름
- 공사현장의 강구조 세우기는 입지 조건, 공사규모, 높이 등에 따라 전체 공정에 크게 영향을 미치므로 철저한 계획과 검토가 필요함.
- 대부분의 공정이 기계에 의해 이루어지기 때문에 안전계획이 무엇보다도 중요하며, 다음과 같은 순서로 이루어짐.
2. 기초 앵커볼트 매입
- 주각은 기둥이 기초에 접합되는 부분으로 기둥의 축방향력, 전단력, 휨 모멘트를 안전하게 기초에 전달할 수 있어야 함.
- 기초와 기둥의 접합을 위해서 페디스탈(Pedestal)에 앵커볼트(Anchor Bolt)를 매입하여 베이스 플레이트(Base Plate)를 고정함.
- 앵커볼트는 기초콘크리트에 매입되어 주각부의 이동을 방지하는 역할을 함.
- 기초와 강구조 부재의 중심 위치를 정확히 먹매김한 뒤 앵커볼트를 매입하고, 주각부는 편평하게 하여 수평을 유지해야 함.
- 앵커볼트 매입방법에는 고정 매입공법, 가동 매입공법, 나중 매입공법이 있음.
1) 고정 매입공법
- 기초 콘크리트 속에 앵커볼트를 정확하게 매입하여 설치하는 공법으로 구조적으로 안전한 공법이나 시공의 정밀도가 요구되며 대규모의 중요한 공사에 사용됨.
2) 가동 매입공법
- 앵커볼트 상부를 나중에 위치 조정이 가능하도록 깔대기 모양으로 슬리브를 미리 매설하여 설치하는 공법으로 중규모의 공사에 사용함.
3) 나중 매입공법
- 콘크리트 타설 전에 앵커볼트를 매입할 자리를 미리 만들어 두거나 타설 후 코어(Core) 장비로 천공하여 앵커볼트를 매입하고 그라우팅으로 고정하는 방법을 말하여 경미한 공사에 사용함.
3. 기초 상부 고름질
- 기초 상부는 베이스 플레이트를 완전 수평으로 밀착시키기 위해 30~50mm 두께로 모르타를 펴 발라서 철골의 하중을 기초에 잘 전달할 수 있게 함.
1) 전면 바름 마무리법 : 기둥 저면의 주위보다 30mm이상 넓게 하고, 높이를 점검한 후에 된비빔 1:2 모르타르로 마무리하는 공법임.
2) 나중 채워넣기 중심 바름법 : 기둥 저면 중심부만 지정높이만큼 수평으로 모르타르를 바르고, 기둥을 세운 후 잔여부분을 채워넣기 하는 방법임.
3) 나중 채워넣기 십자 바름법 : 기둥 저면에서 대각선 방향 십자형으로 지정높이 만큼 모르타르를 바르고, 기둥을 세운 후 그 주위를 채워넣기 하는 방법임.
4) 나중 채워넣기법 : 베이스플래이트 중앙에 구멍을 내고, 4귀에 쐐기 받침대(Rider) 등을 괴어 수평조절을 하고 기둥을 세운 후 베이스 플레이트 중앙부 구멍으로 모르타르를 주입하는 방법임.
4. 세우기
1) 세우기용 기계 및 장비의 선정
- 세우기용 장비는 기계가 갖는 능력, 현장의 여건, 강구조공사의 내용, 공정, 안전대책 등을 충분히 검토하여 선정함.
- 장비를 잘못 선정하면 공정의 지연, 공사비의 증대를 초래할 뿐만 아니라 작업자의 안전에도 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문에 주의해야 함.
- 세우기용 장비는 별도 설명
2) 세우기공법의 종류
(1) 티어(Tier) 공법 (재래식 공법)
- 기둥의 이음위치를 3에서 4개층 1개 절로 하여 동일한 층에서 집단으로 연결하는 공법으로 작업자들에게 가장 익숙한 방법임.
(2) N 공법
- 기둥의 이음위치를 층별로 분산하여 용접, 수직도 조정 등이 용이하도록 하고 층단위로 설치하는 공법임.
- 작업량 분산으로 인원감소 효과와 주기 공정으로 연속적인 작업이 가능한 공법임.
(3) 미국식 공법
강구조 부재 설치작업이 완료된 후에 연이어 다음 절의 강구조 부재 설치작업을 진행시키며 조정 및 본체결작업이 진행되는 바로 밑의 절에서 같은 속도로 진행됨.
즉, 국내에서는 1개절에서 이루어지는 모든 작업이 2개 절에서 동시에 이루어지는 공법임.
(4) D-SEM 공법 (Digital & Spiral Erection Method)
코어부는 선행하며 외주부는 구역별로 조닝하여 N공법과 유닛 플로어 공법을 병행 시행하는 공법임.
(5) 유닛 플러어 공법
유닛 플로어 공법은 안전한 지상 저층(1 2층)에 조립장을 설치하고, 그 상하부에 설비시설(공조, 위생, 냉난방, 자동화 IBS, 소화, 조명) 및 안전시설물을 설치하고 대형 장비로 양중하여 조립 설치하는 공법임.
3) 가조립
1) 기둥을 세우면 바로 보를 걸쳐 안정시킴.
2) 세우기가 끝난 부재는 본조임 볼트 수의 1/3~1/2 또는 2개 이상 가볼트 조임을 함.
3) 운반시는 충돌이나 변형을 방지해야 함.
4) 용접접합에서 이렉션 피스(Erection Piece) 등에 사용하는 가볼트는 고력볼트를 사용하여 모두 조임.
5) 가볼트로 조립되어 있는 경우가 가장 위험한 시기이므로 다음과 같은 사항에 주의해야 함.
- 가조립 구조물 위에 임시 적재를 금지함
- 해안가 등 바람이 많은 지역과 바닥 면적당 철골량이 50kg보다 적은 경우는 보강을 고려함.
- 건물 폭(D)에 비해 높이(H)가 높은 구조물은 (높이 대 폭 비율이 4이상)은 주의함.
- 가조임 상태로 고층까지 세우지 않음.
- 보강 와이어 로프를 세우기 수정 작업과 겸용하고 본조임이 완료되기 전까지 풀지 않음.
4) 변형 바로잡기
- 조립 공정은 매 절마다 수정하고 다음 작업을 진행함.
- 수직도는 다림추는 점검하여 수정하면서 세우기를 진행함.
- 수평, 수직의 고정은 와이어 로프나 턴버클로 함.
- 기둥의 수직 정밀도는 1/500 이하가 되도록 함.
5) 본조립
- 본 조립에서 현장접합은 고력볼트 접합이나 용접접합 등을 사용함.
- 하나의 접합부에서 고력볼트 접합과 용접접합을 모두 쓰는 경우에는 용접 전에 고력볼트를 체결하여 허용 낽을 둘이 부담하도록 함.
- 용접 후에 체결된 고력볼트는 용접열에 의한 접합부의 변형 때문에 접합면이 밀착되지 않아 고력볼트에 내력을 부담시키기 어려움.
- 용접전에 고력볼트를 체결하여도 용접하는 부위가 고력볼트에 인접해 있으면 용접열이 조인 볼트에 영향을 미치기 때문에 두 가지 접합방법의 사용을 피함.
(1) 고력볼트 접합
- 고력볼트의 반입 : 고력볼트는 완전히 포장된 것을 미개봉 상태로 반입함.
- 고력볼트 반입 검사
-- 검사성적표 확인 : 제작자에게 검사성적표를 제출받아 조건에 만족하는 지 확인함.
-- 볼트장력의 확인 : 토크관리법을 이용하여 고력볼트의 장력을 확인 검사함.
- 볼트구멍 처리
-- 볼트 상호간의 중심간 거리는 그 지름의 2.5배 이상으로 함.
-- 볼트 간에 볼트 구멍이 어긋날 경우 : 어긋남이 2mm이하인 경우는 리머로 수정하고, 어긋남이 2mm를 초과하는 경우는 접합부의 안전성을 검토함.
(2) 용접접합
- 용접순서 결정방법 : 용접부에는 용접수축이 발생하여 구조물의 변형이나 잔류응력을 유발함.
잔류응력은 부재의 내력을 저하시켜 피로를 가중시키므로 잔류응력 발생이 작게 용접 순서를 결정함.
- 용접순서
-- 건물 평면에서 볼 때 용접은 가운데에서 바깥방향으로 대칭적으로 진행함.
-- 기둥은 양쪽에서 2인이 동시에 용접하면 변형이 적음.
-- 보 용접의 경우, 해당 절의 최상부, 최하부 중 어느 쪽에서부터 용접을 해도 무방함.
-- 그러나, 상부에서부터 용접을 수행하는 것이 다음 절의 조립을 빨리하는 데 유리함.
5. 부재 각부의 접합
1) 기둥과 기둥의 접합
(1) 기둥과 기둥의 수직방향의 이음은 H형강의 단일재를 사용한 경우, 각층 바닥에서 1.0에서 1.5m 높이로 하는 것이 반곡점에 가까워서 휨응력도 적고 작업하기도 쉬움.
(2) 이음방법은 고력볼트를 사용하는 경우가 가장 많으며, 간혹 용접도 함.
(3) 상 하 기둥은 치수가 같을 경우, 마구리는 기계가공을 하여 완전밀착되어 힘을 전달할 수 있게 함.
(4) 위기둥과 아랫기둥의 크기가 서로 다를 때에는 끼움판(Filler Plate)을 설치하지만, 크기의 차가 많으면 내력판(Bearing Plate)을 마구리에 깔고 웨브에도 앵글을 붙임.
(5) 용접접합 중에서 볼트구멍은 현장용접하는 동안 임시로 붙잡아 고정시키기 위한 것임.
2) 보와 보의 접합
(1) 동일 치수의 보와 보의 접합 : H형강보 상호간의 연결은 덧판을 붙여서 고력볼트로 잇는 경우가 많음.
덧판과 모재 사이는 1mm이상의 간격이 생기지 않도록 밀착시켜야 하며, 두 모재는 조립을 용이하게 하기 위하여 5~10mm의 간격을 두도록 함.
(2) 큰 보와 작은 보의 접합 : 큰 보와 작은 보의 연결은 단순지지의 경우가 많으므로, 이때의 접합부는 클립앵글 등을 사용하여 웨브만을 상호 접합함.
작은 보를 연속보로 하고자 할 때에는 플랜지에는 덧판을 대고 웨브는 밀착시키는 것이 좋음.
3) 기둥과 보의 접합
(1) 브라켓(Braket)형 접합 :
- H형강의 기둥과 보의 접합은 복잡하고, 기둥이 약간만 기울어도 오차가 생길 염려가 많음.
- 보는 반곡점 근처의 휨모멘트가 작은 곳에서 좌우 두 곳을 고력볼트를 사용하여 현장접합하고, 보를 기둥에 적합한 브라켓 부분은 공장용접으로 하여 현장에 반입함으로써 공기를 단축시킴.
- 스팬이 크지 않으면 보 중앙의 한 장소에서 접합하기도 하지만, 이때는 브라켓이 너무 길어서 현장까지 운반이 곤란한 경우가 많음.
(2) 현장 용접접합 (브라켓이 없는 경우) :
- 보가 접합되는 부분의 기둥 웨브 부분은 특히, 전단력이 크게 작용하는 부분이며 이 부분에는 스티프너와 보강판을 용접하여 보강함.
- 기둥과 보의 용접은 평면상에서 본 건물 전체의 중앙에서부터 좌우 가장자리 외부를 향하여 대칭으로 용접을 함으로써 용접에 따른 수축오차의 누적을 줄임.
(3) 현장 볼트접합 :
- 보를 기둥에 현장에서 볼트로 직접 접합할 때에는 스플릿 T(Split Tee) 또는 톱 앵글(Top Angle) 등의 부속철물을 사용하는 것이 편리함.
6. 강구조접합 검사
1) 부재의 변형 여부 및 건립 정밀도를 확인함.
2) 접합부 응력 여부를 판단하기 위한 육안검사 및 비파괴 검사를 실시함.
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