철골구조 접합부 현장조립이 구조도면과 다르게 오시공된 경우

 

어떤 현장에서 철골구조(강구조) 보-기둥 접합부가 구조도면과 다르게 오시공되었습니다.

감리자는 이를 확인하여 공사중지시키고, 시공자에게 오시공된 내용에 대해서 안전한지 여부를 건축구조기술사에게 확인 받거나, 전체 재시공하라는 지시를 하였습니다.

이에 시공자는 시공된 상태에 대한 안전성 검토를 건축구조기술사에게 의뢰하였습니다.

본 내용은 해당 「구조검토서」의 "검토결과요약" 중 일부를 건축구조기술사사무소로부터 제공받아 공개합니다.

시공사나 현장명 등은 삭제하였습니다.

본 검토의 배경은 「○○○○ 신축공사」 현장의 철골구조부재 다수의 열결부가 당초의 구조설계도면과 다르게 시공된 것이다. 본 검토의 목적은 구조설계도면과 다르게 시공된 상태에 대하여 구조적으로 안전성과 사용성에 문제가 없는지 검토하고 문제가 있다면 보강방법을 제시하는 것이다. 일반적으로 구조설계도면이란 사용자가 건축물이 존재하는 생애주기 동안 작용할 수 있는 최대 하중에 대하여 충분히 안전하도록 하고 일상적인 하중에 대하여 사용상 불편이 없도록 고려된 기술자의 취지가 반영되어 표현된 것이다. 이에 대하여 현장에서는 다양한 사유로 변경이 발생할 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 그 변경이 허용 가능한 범위는 사용자의 안전성과 사용성이 보장되는 범위를 벗어나서는 안된다. 당 현장은 철골구조부재 연결접합부 중 구조설계도면과 다르게 시공된 53개소 대부분이 당초 모멘트접합에서 단순접합으로 시공되었다. 모멘트접합은 H형강의 상하 플랜지와 가운데 웨브 모두 볼트나 용접으로 연결접합되는 것이고, 단순접합은 웨브만 볼트로 연결접합되는 것이다. 일반적으로 구조설계도면상 철골접합상세도는 전강도설계법을 적용하여 표준화된 상세를 제공한다. 전강도설계법으로 설계된 접합부의 설계강도는 구조부재의 설계강도와 같거나 그 이상을 발휘하기 때문에 구조설계시 구조부재에 대한 설계가 적합하다면 접합부도 문제가 없다. 반면에 각각의 접합부에 작용하는 힘의 크기가 다르기 때문에 이에 최적화된 접합상세를 제공하는 존재응력설계법도 있다. 존재응력설계법은 통상 설계에서는 업무량이 과다하고 시공시에도 각별한 주의를 기울리지 않으면 실수하기 쉬워 건물 안전성에 심각한 우려를 야기할 수 있기 때문에 잘 사용하지 않으며, 경제성이 각별히 요구되는 대규모공사나 접합부 오류시공에 대한 검토에 사용하는 설계법이다.  일반적인 철골접합부 오류시공은 모멘트접합이나 단순접합 각각의 형식 내에서 잘못 시공된 경우로서 이 경우 해당 부위에 작용하는 힘에 대하여 설계규격과 다른 연결판재나 볼트에 대하여 존재응력설계법으로 검토할 수 있다. 그러나 당 현장과 같이 구조부재의 모멘트접합이 단순접합으로 시공된 경우는 존재응력설계법으로 해당부위만 검토할 수 없다. 일부 접합형식이 바뀌면 전체 건물시스템에도 영향을 주기 때문에 국소부위만 검토하는 것은 불합리하고 위험하다. 따라서 본 검토는 현재 시공된 접합형식을 반영하여 처음부터 설계하는 방식으로 전체 모델링을 구성하여 단부조건이 변경되는 구조부재 뿐만아니라 이에 영향받는 모든 H형강 구조부재에 대하여 검토하였다. 공사현황 보고서를 바탕으로 당초설계도면과 다르게 시공된 내역을 정리하면 아래와 같다. - 아 래 - <중략> 본 검토의 절차는 구조해석프로그램으로 현재 시공상태를 그대로 반영한 골조프레임을 모델링하고, 이 모델링에 설계하중을 재하시킨 후, 현행 기준에 의한 부재검토를 실시하고, 내력이 부족한 부재는 부재해석프로그램으로 면밀히 재확인하는 순서로 진행하였다. 이 절차를 정리하면 다음와 같다. - 다 음 - 현재 시공상태 반영한 골조프레임 모델링 (특히 연결접합부 단순접합 상태반영)     ↓ 모델링에 설계하중 재하 (2층 사무실은 중량칸막이벽을 설치하지 않는 조건반영)     ↓ 부재 안전성검토 (연결접합부 변경 부재를 포함한 모든 부재 검토)     ↓ NG 부재는 합성보 등 기타조건 여부 반영하여 재검토     ↓ 사용성(처짐) 검토     ↓ 전체 건물시스템의 안정성 검토     ↓ 보강부재 선정 및 보강방법 제시     ↓ 검토종료 본 검토의 과정과 주요 내용을 정리하면, ① 접합부 번호 1-1-1과 2-1-1은 모두 모멘트접합으로 단지 볼트접합을 용접접합으로 한 것이므로 접합형식이 변경된 것으로 불 수 없으므로 안전하다고 할 수 있다. ② Y1열과 Y3열 사이에 단부가 모멘트졉합에서 단순접합으로 연결되는 대부분의 부재는 중앙부에서 소요휨모멘트와 처짐이 증가할 수 밖에 없으므로 부재내력 즉 설계휨모멘트가 충분하여 안전한지를 검토하고 처짐도 허용범위 이내인지 확인하였다. 1차 구조해석프로그램을 통해 2층 X1열과 X3열 사이 2SB1 부재의 소요휨모멘트가 설계휨모멘트의 18.9%를 초과하여 부적합한 것으로 나타났고, 이에 대해 2차 부재해석프로그램을 통해 SHEAR CONNECTOR 1-Ø19@200으로 시공된 합성보 조건을 반영하여 휨모멘트 밑 전단력에 충분히 안전하고, 처짐 및 진동이 모두 허용범위 이내임을 확인하였다. 이 내용은 웨브에 설치되는 연결판재와 고장력볼트가 설계도서 대로 시공된 경우에 유효하다. ③ Y1열 외측에 구성되는 캔틸레버 영역은 상당히 우려되는 부분이었다. 골조프레임만으로는 무한처짐이 발생하는 절점 2곳이 있으나, 상부 합성되는 데크슬래브의 강성효과를 반영하여 이 영역 부재들도 안전함을 확인하였고, 최대 하중 작용시 끝단의 처짐도 6.33㎜로서 일반적인 허용범위(1,787.5/250=7.15㎜) 이내임을 확인하였다. ④ 공사현황 보고서에 첨부된 외부전경 사진을 통해 Wall Brace(WB)가 설계도면과 다르게 시공되어 있는 것을 확인하였다. 하부접합 위치가 기둥 중간에 위치하는데, 창호와 오버랩되는 부담 때문에 변경된 것으로 추정되지만 이는 상당히 바람직하지 않다. 바람이나 지진 등 수평하중 작용시 하부접합 아래 기둥부분은 단주효과로 오히려 불리해질 수 있다. 1층 WB 5개소는 설계도면대로 접합위치가 기둥 상단과 하단이 되도록 재시공되어야 하며, 2층에 WB 4개소를 추가로 설치하여야 한다. 추가보강 위치는 「구조보강도」를 참조하여 시공하여야 한다. 당초설계의 건물(지진력저항)시스템은 X방향과 Y방향 모두 모멘트골조시스템이고, 부정정구조물이다. 변경시공된 건물시스템은 X방향이 중심가새골조이고 Y방향은 모멘트골조시스템이며, 정정구조물이다. 부정정구조물은 지반침하 등으로 하부구조 변위발생시 상부구조에 과대한 휨모멘트가 발생할 수 있는 단점이 있지만, 하부구조 변위가 없다면 상당히 안정적이다. 반면 정정구조물은 하부구조 변위가 발생하여도 부가적인 휨모멘트가 발생하지 않는 장점이 있으나, 안정적인 상태를 위해서 가새(BRACE) 등의 추가요소가 필요하다. 띠라서 변경시공된 바에 따른 건물시스템이 일방적으로 불리하다고 볼 수는 없다. 본 검토 종합결과, H형강 구조부재 및 단부 접합은 현시점 시공상태에서 교체나 보강이 필요없다. 그러나 Wall Brace 5개소는 설계도면대로 재시공되어야 하고, 2층에 4개소가 추가되어야 한다.  끝.