1. 경제성 평가 방법

경제성 평가는 양방향 주차가 가능하여 주차계획이 자유로운 장점이 있는 8×8 m의 기둥간격이 적용된 지하 2개층 단위모듈 및 실제 사업지구 지하주차장을 대상으로 하였다. 단위모듈 경제성 평가는 <Figure 3>과 같이 일방향 또는 이방향 골조에 여러 가지 슬래브 형식을 적용하여 총 11개 구조시스템을 대상으로 하였으며, 단위모듈에 대한 경제성 분석결과를 토대로 도출된 최적 구조시스템을 실제 사업지구 지하주차장에 적용하여 기존 RC 라멘구조와 비교 평가하였다.

Figure 3.

Unit Module System for Economic Evaluation

2. 공사비 산정 방법

본 연구에서는 간접공사비를 산정하기 위한 제비율의 구성 백분율이 모두 동일하므로 각 시스템별로 직접공사비를 산출하여 원가계산을 실시하였다.

또한 각 공종별 일위대가 항목에 대해 실적공사비 기준(국토해양부)에 반영된 항목들에 대해서는 <Table 1>을 적용하였고, 실적공사비에 반영되지 않은 항목에 대해서는 표준품셈을 적용하였다. 적용 시에는 해당 항목별 실적공사비와 표준품셈의 노무비와 경비에 대해 75%를 적용하였는데, 그 이유는 개발 PC공법이 타 공법에 비해 경제적 효과가 현실적으로 어느 정도인지를 분석하는 것이 본 연구의 목표이기 때문이다.

따라서 Deck 슬래브 공법과 PC 공법에 대해서는 실제 실행공사비를 해당업체에 의뢰하여 공종별 공사비 산출의 근거를 마련하였다.

1. 대상시스템의 구성 및 특징

평가대상 11개 단위모듈 구조시스템에 대한 구조평면도와 각 모델에 적용된 보-기둥 골조 및 슬래브 형식을<Figure 4>와 <Table 2>에, 각 모델에 적용된 슬래브의 특징 및 형상을 <Table 5>에 간략하게 정리하여 나타내었다. 평가대상 11개 모델 중 모델 1번은 RC 구조물이며, 모델 2~11번의 보-기둥 골조는 PC구조물이다. 또한 모델 3~11번 구조물의 PC 보에는 매립된 스트랜드를 통해 프리스트레스(이하 P.S)가 도입되었다.

Figure 4.

Structural Framing of Unit

Table 5.

Slab Type

No.	Name	Shape	Feature
1 2	Deck		General Deck Plate
3	Two way RC		Reinforcement Concrete Slab
4	Two way Hollow RC		Reinforcement Concrete Slab with Hollow Sphere
5 6	DMS-4, DMS-2		Rib Precast Slab with PS (The Number Represents the Rib Quantity)
7	Inverted Rib		PC Slab with Upward Prominent Rib.
8	Deep-Deck		Deck Plate with Deep Cross Section for Long Span
9	MRS		Precast Slab with Haunch, PS and Prominent Rib
10	NRS		Bented Thin Precast Slab (Not Abailable PS)
11	DHS		Precast Slab with PS and Prominent Rib

2. 구조해석 결과

구조해석 시 슬래브 자중은 슬래브 형식별로 별도로 고려하여 적용하였으며, 그 외 적용된 하중과 재료물성은 아래 <Table 3, 4>에 나타내었다.

골조 구조해석시 사용된 프로그램은 국내 상용 구조해석프로그램인 MIDAS Genw이 사용되었으며, 단위모듈에 대한 구조해석시 인접경간 변화에 의하여 발생되는 불균형 모멘트효과를 배제하기 위하여 동일한 경간의 5개 모듈이 각 방향으로 연속된 골조를 해석하고 가운데 모듈의 부재력을 대상으로 부재설계를 수행하였다. PC 부재는 공장에서 부재의 일부분이 제작되고 현장에서 상부 토핑콘크리트를 타설함으로써 완성된 단면을 이루게 된다. 따라서 <Figure 5>와 같이 각 PC 시스템별로 양중시, 시공시, 완공시로 구분하고 시공단계별 발생하중 및 지점조건을 고려하여 구조해석을 실시하였다.

Figure 5.

PC Member Structural Analysis of Construction Stage

구조해석 결과를 토대로, 각 단위모듈 구조시스템의 슬래브 및 보에 대한 부재설계를 실시하였으며, 설계결과를 <Table 6, 7>에 나타내었다. <Table>에서와 같이 RC 라멘구조에 해당하는 모델 1과 PC 보에 P.S가 도입되지 않은 모델 2의 지붕층 및 지하층 보의 높이는 각각 1,100 mm와 600 mm가 필요한 것으로 나타났으며, P.S가 도입된 대부분의 모델에서 지붕층 및 지하층 보 높이는 각각 800 mm와 500 mm가 필요한 것으로 나타나 보 높이가 지붕층과 지하층에서 각각 300 mm와 100 mm가 감소하였다. 그러나 NRS슬래브가 적용된 모델 10은 지붕층 및 지하층에서 각각 900 mm와 600 mm의 보 높이가 필요한 것으로 나타났고, Deep-deck이 적용된 모델 8에서는 각각 800 mm와 600 mm가 필요한 것으로 나타났다. 이는 각각의 슬래브시스템에 P.S가 적용될 수 없어서 슬래브 단면의 높이가 다른 슬래브 시스템보다 크게 소요되며, 또한 슬래브 단면의 변화가 없어 보 높이가 증가되는 요인이 된 것으로 판단된다.

각 모델의 부재설계에 따른 보 높이 변화를 고려하여 경제성 평가시 각 모델의 층고를 달리 적용하여 물량을 산출하였으며, <Table 8>에 각 모델의 지하1층 및 지하2층 층고를 정리하여 나타내었다.

Table 6.

Slab Section

No	Roof	Basement
1, 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

3. 경제성 평가 결과

평가대상 11개의 지하2개층 8×8 m 단위모듈 모델을 대상으로 슬래브 자중을 제외한 동일한 하중을 적용하여 각각에 대한 부재설계를 수행하고 공사종류별 물량을 산출하여 <Table 9>에 나타내었다.

<Table 9>에서 기타슬래브 항목은 데크 철판 및 중공체 설치에 대한 공사물량이 고려되었으며, 층고 고려 항목에서는 터파기 등 층고증감에 따른 물량이 고려되었다. 슬래브 시스템에 대한 적용원가는 각 슬래브 시스템의 기술을 보유하고 있는 업체로부터 제공받은 실행공사비를 토대로 하였으며, 각 산출된 공사종류별 물량에 건설표준품셈 및 실적공사비를 적용하여 직접공사비를 산출하여 <Table 10>에 나타내었다.

각 모델에서 산출된 전체공사비에서 부재별 공사비가 차지하는 비율을 <Figure 6>에 나타내었다. 검토결과 슬래브 공사비는 이방향 골조에서 전체공사비의 약 31~53%를 차지하였으며, 일방향 골조에서는 약 47~57%를 차지하는 것으로 나타나 슬래브가 장경간이 됨에 따라 일방향 골조에서 슬래브 공사비 비율이 약 4~16% 상승하였으며, 전체공사비에 대한 보·기둥 공사비는 이방향과 일방향 골조에서 각각 35~58, 33~43%로 나타나 단위 모듈당 설치되는 보의 개수가 상대적으로 감소함에 따라 일방향 골조에서 보·기둥 공사비 비율이 약 2~15% 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 모든 모델에서 전체공사비에 대한 기초 공사비는 약 7~9%로 일방향과 이방향 골조에 대한 차이는 미미한 것으로 나타났으며, 전체공사비에 대한 기타공사비 비율은 이방향 및 일방향 골조에서 각각 4~9, 2~3%로 나타나 현장타설 콘크리트 물량이 상대적으로 많은 이방향 골조에서 기타공사비 비율이 약 2~6% 더 높게 나타났다.

Figure 6.

Each Member Cost Ratio for Total Cost

각 모델에서 산출된 부재별 공사비의 누적 공사비를 <Figure 7>에 나타내었으며, 부재별로 모델 1의 부재 공사비에 대한 각 모델의 부재 공사비 비율을 산출하여 나타내었다. 슬래브 공사비에서는 가장 일반적으로 상용되고 있는 Deck슬래브가 적용된 모델 1번 및 2번이 가장 낮게 나타났으며, 중공체 설치로 인한 공사비 상승과 장경간 구현을 위한 Deck 원가 상승의 영향으로 이방향 중공 R.C 슬래브와 Deep-Deck의 공사비가 가장 높게 형성되었고, PC 슬래브에서는 모델 11번 및 6번의 DHS와 DMS 슬래브가 모델 1의 Deck 슬래브 공사비 대비 117~122%로 나타나 가장 낮게 나타났다. 보 및 기둥의 공사비에서는 RC 라멘구조인 모델 1의 R.C 보·기둥 공사비에 대한 일방향 골조의 P.C 보·기둥 공사비 비율이 85~98%로 나타나, R.C 대비 P.C의 원가는 높지만 P.S 도입으로 인한 단면감소, 단위 모듈당 부재개수의 감소 등으로 인해 공사비가 감소한 것으로 판단된다.

Figure 7.

Comparison of Cumulative Construction Cost

전체공사비 검토결과, 모델 1번과 동일한 이방향 골조가 적용되고, P.C보에 P.S가 도입되지 않은 모델 2번의 공사비가 모델 1번의 공사비 대비 128%로 가장 높게 나타났으며, DMS와 DHS PC슬래브가 적용된 모델 6번과 11번은 모델 1번의 공사비 대비 100, 98%로 나타나 보·기둥 및 슬래브가 모두 PC가 적용되었음에도 RC 라멘구조의 공사비에 대한 경쟁력을 갖춘 것으로 검토되었다.

1. 분석대상 지하주차장의 구성 및 특징

평가대상 2개 단지의 지하주차장은 단위모듈에 대한 경제성분석과 동일한 8.0×8.0 m의 기둥간격이 적용된 지하 2개층 지하주차장이 선정되었으며, 각 지하주차장에 대한 구조평면도 및 개요를 <Figure 8> 및 <Table 11>에 나타내었다.

Figure 8.

Target Underground Parking Lot

전체 지하주차장에서 PC 시스템의 적용구간은 공동주택 주변과 램프구간, 기둥과 보가 수직·수평으로 접합되지 않아 P.C 시스템으로 적용되기 어려운 구간을 배제하고 PC 슬래브 및 보, 기둥이 적용되었으며, R.C 라멘구조 및 P.C 시스템에 대한 경제성평가 시 각 지하주차장의 P.C 시스템이 적용된 구간을 대상으로 물량을 산출하여 경제성 평가를 수행하였다. A 및 B지구의 지하주차장에서 PC가 적용된 면적은 각각 14,336, 7,912 m2으로 A지구가 B지구보다 약 1.8배의 더 넓은 범위로 PC가 적용되었다.

2. 경제성 평가 결과

평가대상 2개 지구에 대한 지하주차장을 대상으로 모델 1번과 11번에 해당하는 슬래브 및 보·기둥 골조를 적용하여 각각에 대한 구조설계를 실시하였으며, 각 지구 지하주차장에 대한 공종별 공사비 산출결과 및 누적공사비를 <Table 12> 및 <Figure 9, 10>에 나타내었다.

공사비 검토결과 모델 1번의 골조공사비 대비 모델 11번의 골조공사비 비율은 A지구와 B지구에서 각각 96%, 100%로 나타났으며, 전체공사비 비율은 각각 94, 98%로 나타나 모델 11번이 적용된 지하주차장이 RC 라멘구조인 모델 1번이 적용된 지하주차장 보다 약 2~6% 공사비가 감소하는 것으로 검토되어, 지하2개층 8×8 m 단위모듈에 대한 경제성 평가와 유사한 결과를 나타났다.

Figure 9.

Comparison of A Zone Cost

Figure 10.

Comparison of B Zone Cost