Top-Down공사의 공사비분석과 Value Engineering
Top-Down공법에 의한 지하공사비는 지반조건, 구조형식, 공사방식과 순서, 채택의 주목적 등에 따라서 크게 차이가 난다. 이 기고문에서는 지하공사비를 최소화하기 위한 기본 전략, 공사비분석 방법과 Value Engineering의 사례를 간단하게 소개하였다.
◆ 지하공사비를 최소화하는 기본 전략
지하공사비를 최소화하기 위해서는 다음과 같은 기본 전략이 필요하다.
1. 지반 및 주변조건에 대한 정확하고 충분한 자료확보
피어, 흙막이벽, 굴토공사에 대한 최적 공사방식과 구조형식의 선정과 설계
2. 지하층고는 낮게
- 지하외벽, 흙막이벽, 기둥, 굴토공사비 등의 최소화
- 공기단축
- 유효바닥면적 최대화
3. 지하바닥구조는 춤이 작고 경제적인 구조형식
- 지하층고 최소화, 유효층고 최대화
- 공사비가 저렴한 바닥구조형식
- 공종이 적고 시공이 단순하며 지중에 선시공된 기둥 및 흙막이벽의 시공오차를 쉽게 처리할 수 있는 바닥구조형식
4. 가설구조는 최소화하고 본구조체를 선시공하여 최대한 이용
- 추가적인 공사비 최소화
- 추가공종을 최소화하여 공기단축
- 본 구조체를 이용하기 위한 시공순서와 그에 적합한 공사방식 적용
◆ Top-Down공법의 채택목적
Top-Down공법에 의한 지하공사비는 Top-Down공법의 채택목적에 따라서 크게 달라진다. Top-Down공법의 채택목적은 다음과 같이 여러 가지가 있으며 현장의 제한된 조건에 따라서 1가지 또는 여러 가지가 복합적인 목적에 의해 채택된다. 일반적으로 도심지에서는 모든 사항이 채택의 목적이 된다.
1. 굴토공사의 안정성 :
- 현장의 주변에 건축물, 혼잡한 도로, 도시시설물 등이 있는 경우
- 지반이 연약한 경우
- 지하층 평면형태가 비정형인 경우
- 굴토면적이 큰 경우
2. 공기단축 : 지하 및 지상의 층수가 많은 경우
3. 작업장의 확보 : 도심지
4. 공사비절감 : 강재 지보공의 대체
5. 지하층의 조기사용 : 임시주차장, 가설사무실, 자재 적치 등
6. 민원방지 : 소음, 먼지, 굴토깊이
7. 도심지에서의 재건축 : 기존 지하층을 철거하면서 새 건축물을 병행공사하는 경우
8. 기타 : 방폭 대피소, 철도역사 재개발, 지하철역사 등에 적용
◆ 경제적인 Top-Down공사방식과 구조형식을 결정하기 위한 공사비의 비교
1. 비교검토를 위한 대안선정
설계자와 시공자는 경제성인 Top-Down공사방식과 구조형식을 결정하기 위하여 몇 가지 선정된 대안에 대하여 공사비를 비교하게 된다. 그러나 분석비교하기 위한 몇 가지 대안들을 선정할 때 대안에 포함시키지 않은 더 합리적인 대안을 놓치는 경우도 발생되므로 유의해야 한다.
2. 경제성을 비교하기 위한 주요 공종
Top-Down공법에 의한 실질적인 공사비는 최소한 다음 공종을 포함한 공사비의 합계로 비교하여야 의미가 있다. 단순히 일부 공종의 공사비만 비교할 경우에는 비교하지 않은 다른 공종의 공사 비비율이 높아 실질적인 지하 전체공사의 경제성 비교를 할 수 없게 되는 경우가 많다. 따라서 지하 전체 공사비를 비교하기 위해서는 최소한 다음의 공종과 항목을 포함하여 비교하여야 한다.
• 흙막이벽공사 • 선기초기둥공사 • 코어구조공사 • 굴토공사 • 바닥구조공사 • 램프구조공사 • 기초구조공사 • 공기에 따른 간접비, 금융비용 • 유지관리 • 기타
3. 이외 고려되어야 할 사항
합리적인 Top-Down공사방식과 구조형식을 채택하기 위해서는 경제성 이외에도 기본적으로 시공성, 공기, 안전성, 사용성, 내구성, 내화성능, 건축성, 유지관리 등도 함께 고려되어야 한다.
◆ 주요 공종의 공사비 분석 예
1. 지하구조공사비의 구성
다음 표는 지상 30층 철근콘크리트구조, 지하 7층, 지하 기둥간격 8.1×8.1, 지하 3층 깊이부터 암 반인 지반인 조건에서의 3가지 안에 대한 주요 지하공사비를 분석한 예이다.
2. 흙막이벽과 지하외벽
흙막이벽은 지반조건과 주변조건에 따라서 결정되므로 적합한 흙막이벽을 선정했다면 지하층고와 굴토깊이에 의해서 공사비가 결정된다.
3. Top-Down공사용 기둥
Top-Down공사용 기둥의 공사비는 층고, 각 층의 굴토깊이, 하중의 크기, 역타공사용 기둥의 종 류, 지상층병행공사의 여부, 코어선행굴토의 여부 등에 따라서 결정된다.
4. 바닥구조
바닥구조의 공사비는 바닥구조의 형식, 형틀공사방식 등에 의해 결정된다.
5. 굴토공사
굴토공사비는 지층종류와 굴토깊이에 의해 결정된다.
6. 코어구조공사
선시공 순타방식, 병행역타방식, 후시공 순타방식 등에 의해 결정된다. 선시공 순타방식은 가설흙 막이벽공사가 추가되나 Top-Down공사용 기둥공사비가 제외된다.
7. 이외
이외 램프구조의 공사방식, 역타이음방식 등에 의해 결정된다.
◆ 바닥구조공사비의 비교
토목공사비와 건축구조공사비를 포함한 지하 전체공사비 중에서 지하층바닥공사비는 약 24~32% 정도로 크게 차지하고 있고 지하 바닥구조 형식에 따라서 바닥 구조 공사비 이외의 지하 공사비도 크게 차이가 나므로 지하 바닥구조의 형식과 공사방식은 매우 중요하다.
1. 기둥간격 8.1m x 8.1m의 1bay 1개 기준층 주차장 바닥구조공사비 비교 예
근래 Top-Down공법을 적용하는 현장의 지하층 바닥구조의 형식은 1방향 합성 바닥구조, 1 방향 Wide Beam 에 Joist Slab, 2방향 Flat Plate 들이 채택된다. 이 3가지 바닥구조에 대한 공사비를 산출 하여 비교하면 다음 비교표처럼 SPS공법에 의한 합성 바닥구조가 가장 비경제적이고 SOG 공법에 의한 Flat Plate바닥 구조가 가장 경제적이다.
2. 기둥간격 10.5 m x 8.4 m 의 1 bay 1개 기준층 주차장 바닥공사비 비교 예
지하 바닥구조에 주로 사용되는 철근 콘크리트 바닥구조 형식은 1안(일방향보에 일방향슬래브), 2안(1방향 Wide Beam에 Joist Slab), 3안(2방향 Flat Plate)들 이 채택된다. 다음표처럼 이 3가지 형식을 Top-Down공사에 적용할 경우에 Flat Plate바닥구조 형식이 가장 경제적이다.
◆ Value Engineering에 의한 설계 사례
앞의 설명된 내용들이 실무에서 적용되고 있는 예를 보여주기 위하여 한 현장의 공기단축과 공사비 절감을 위하여 합리적인 공사방식과 구조형식을 선정하기 위해 수행되었던 Value Engineering 내용을 간단히 요약하여 정리하였다.
1. 원안과 대안의 바닥구조 형식과 층고
2. 원안과 대안에 대한 Top-Down공사용 바닥구조공사의 정성적 분석(Qualitative Analysis)
3. 원안과 대안에 대한 Top-Down공사비의 정량적 분석(Quantitative Analysis)
- 주요 공종에 대한 공사비
- 공사비의 비교 분석
4. VE활동에 의한 최종안
공기 단축과 공사비 절감을 위해 최종안은 대안-B 로 채택하고, Top-Down공사용 기둥의 공사비를 추가로 절감하기 위해 Top-Down공사용 기둥중에서 저층부 19개소의 기둥은 ES-TD Column System 을 적용 하였다. 최종안으로 결정된 Top-Down공사 방식과 구조형식 등을 다음표에 요약하였다.
5. VE활동의 효과
- Flat Plate 바닥 구조 형식과 이외 구조 형식과 공사방식 등에 의해 약 13억 4천 만원 공사비 절감.
- ES-TD Column System 의 적용으로 약 2억 4천만원 추가로 공사비 절감.
- SPS공법을 적용한 타현장에 비해 전체 골조공사 기간을 8개월 단축.
◆ 맺음말
독자를 위하여 충분한 내용을 포함시켜야 한다고 생각하면서 이 글을 쓰기 시작했으나 마무리를 하면서 분량이 너무 많아 내용들을 최소화하여 기고하였으니 내용이 불충분하더라도 양해 바랍니 다.