2-3 건설 시공은 어떻게 하는가?

Ⅳ. 건설 기술의 기초

2. 건설 기술의 시공 원리

2-3 건설 시공은 어떻게 하는가?

 1. 건설 시공 : 설계도와 시방서에 따라 구조물을 건설하는 일체의 기술적, 경제적 활동 과정을 뜻한다.

 2. 건설 공사(시공)의 진행 

  ① 건설 시공의 시작 : 설계 도서를 기초로 건축 허가가 나고 토지와 자본이 준비된 다음, 발주자가 시공자를 선정함으로써 시작된다.

  ② 건설 시공에 필요한 기술과 지식 : 생산 계획 및 관리 기술, 시공 기술, 보수 및 해체 기술, 시공 관련 법규 등 여러 분야에 대한 기술과 지식이 필요하다.

 

 3. 시공 계획

  ① 시공 계획의 뜻 : 시공의 시작부터 완공까지 각종 조사나 준비 작업을 하는 일로써, 생산 계획 또는 시공 계획이라고도 한다.

  ② 시공 계획 수립 : 설계도, 시방서, 견적서, 등 설계 도서에 있는 공사 내용을 충분히 이해하고 공사 계획을 세워야 한다.

  ③ 시공 계획과 관리의 필요성 : 공사 진행 관리에 따라 공사비용과 공사 기간이 크게 달라진다.

[1] 건설 시공의 형식

 (1) 시공 관련자 : 사업주, 설계자, 감리자, 시공자]

  ① 사업주(건축주, 시행주) : 자본과 토지를 가지고 사업을 계획하며, 완성된 구조물(건축물)을 소유한다.

     도급 공사의 주문자이고, 직영 공사에 있어 시행주이며, 개인, 법인, 공공 단체, 정부 기관 등이 될 수 있다.

   ② 설계자 : 사업주가 구상과 요구 조건을 바탕으로 도면이나 그 밖의 방법으로 표현하여 시공이 가능한 설계 도서를 만든다.  건설 공사의 규모에 따라 일정한 자격을 갖춘 설계사가 하게 되어 있으며, 사업주와 도급자 사이의 계약이 공정하게 이루어지도록 해야 한다.

  ③ 감리자 : 사업주로부터 감리 업무를 위촉받아 설계 도서대로 시공되는지 확인하고, 잘못된 공사를 교정하도록 지도 · 감독한다. 

  ④ 시공자 : 사업주의 주문에 따라 설계도 및 시방서에 의해 발주처의 감독원 및 감리자의 승인을 받아 목적하는 구조물을 완성한다.

              공사를 주관하게 되므로 공상의 품질, 공사 기간, 공사비 등에 큰 영향을 미친다.

  (2) 시공 방식

    : 건설 시공 방식에는 사업주가 직접 실시하는 직영 방식과 다른 사람에게 시공을 의뢰하는 계약 방식이 있다.

   ① 직영 방식 : 사업주가 공사를 도급업자에게 위임하지 않고 직접 시공하는 방식. 사업주가 건설 계획을 세우고 재료 구입, 기술자 및 노무자 고용, 시공 기계 및 가설재 마련 등을 직접 수행하여 일체의 공사를 자기 책임 하에 실시한다.

     ㉠ 장점 : 계약에 구속되지 않으므로 임기응변의 처리가 가능하며, 발주, 계약 등의 수속이 생략되는 이점이 있으며, 감독의 곤란, 경쟁의 폐단을 줄일 수 있다.

     ㉡ 단점 : 공사비 증대, 재료 낭비, 가설재 확보의 비경제성, 관리상의 허점이 생길 수 있어 공사 기일이 연장될 수 있다.

     ㉢ 직영 방식을 채택하는 경우

       · 국보, 고적에 속하는 건설물의 복원 공사와 같은 중요한 경우

       · 공사 수행이 지극히 어려운 난공사일 때

       · 확실한 견적을 할 수 없고 설계 변경이 빈번하게 예상되는 공사일 때

   ② 계약 방식 : 사업주가 일정한 자격을 갖춘 시공업자를 선정하여 공사를 의뢰하는 방식으로 도급 방식, 실비 정산 방식, 공동 도급 방식 등이 있다.

     ㉠ 도급 방식 : 사업주가 시공자와 계약을 체결하고 시공자는 약정된 공사비로 설계 도서대로 공사를 완성하는 방식으로 일식 도급과 분할 도급으로 나뉜다. 도급업자는 일체의 재료, 노무, 시공 기계, 설비 등을 제공하고 일정 기간 내에 일정 도급액을 받고 공사를 완성한다.

     ㉡ 실비 정산 방식 : 공사의 실비를 건축주와 도급업자가 확인하여 정산하고, 실제 공사에 소요된 공사비를 시공자에게 지불하는 방식이다(사업주는 미리 정한 보수율에 따라 도급업자에게 지급한다).

       ⓐ 장점 : 우수한 공사를 기대할 수 있다

       ⓑ 단점 : 공사 기간의 연장과 공사비가 증대될 염려가 있다는 것이다.      

   

     ㉢ 공동 도급 방식

       : 지하철 공사, 원자력 발전소 공사 등과 같은 대규모 공사일 때 채택되는 공사 방식이다.

  (3) 시공자 선정 : 경쟁 입찰 방식, 수의 계약 방식

   ① 경쟁 입찰 방식 : 다수의 건설업자들이 경쟁하여 입찰하는 방식으로 시공 자격을 갖춘 사람들에게 입찰 기회를 주어 적격자를 선정하는 방식이다.

    ㉠ 공개 입찰 방식 : 여러 건설업자들에게 공평하게 입찰의 기회를 부여하여 적절한 소질과 능력을 가진 업자를 확보할 수 있으나, 사무가 번잡하고 과다한 경쟁으로 인해 공사의 질이 떨어지는 경우가 있다.

    ㉡ 지명 경쟁 입찰 : 사업주가 미리 건설업자의 신용, 기술, 경력 등을 조사하여 소수의 참가자를 지명하여 입찰시키는 방식이다.

   ② 수의 계약 : 공사에 가장 적합하다고 인정하는 도급자 한 사람을 선정하여 공사를 맡기는 방식이다.

    ㉠ 장점 : 경쟁과 직영의 중간 방식으로 입찰 수속이 간단하고 도급자를 신용할 수 있어 시공상 유리하다.

    ㉡ 단점 : 공사비의 산정이 어려워 공사비용이 높아질 우려가 있다. 

[2] 건설 시공의 내용

학습목표 : 대지 및 지반 조사의 의미와 내용을 알 수 있다.

           가설 공사의 의미와 내용을 알 수 있다.

 (1) 대지 및 지반 조사

  ① 대지 조사 : 부지의 고저와 경계 측량, 기존 구조물 및 시설물 등을 조사한다.

   ㉠ 부지 내 조사 : 지반의 고저, 현존 시설물, 수목, 지하 매설물, 잔존 기초, 지하수, 기타 장애물 등에 관해 그 위치, 깊이, 수량 등을 상세히 조사한다.

   ㉡ 부지 외 조사 : 주변 지형, 도로 형태, 통신 시설, 상하수도관, 가스관 등의 위치, 길이, 크기 용량 등을 상세히 조사한다.

   ㉢ 측량 : 지표면에 지점 위치를 정하고 이것을 기준으로 지도나 도면을 만드는 것을 말한다.

  ② 지반 조사 : 건설 구조물의 설계, 시공, 완성 후의 유지 관리 등을 검토하는 데 있어서 그 구조물의 시공 시의 안전성이나 시공 후의 안전성 등을 판정하는 기초 자료를 얻기 위한 것이다.

    ㉠ 예비 조사 : 지층의 구성, 토질의 경사도, 지하수의 위치 등을 계략적으로 알아내기 위한 조사이다.

    ㉡ 본 조사 : 보링과 같이 지반 구성과 지하수를 파악하기 위하여 지반에 구멍을 뚫는 작업과 토질 시험, 지내력 시험, 지하 탐사와 같은 토질 시험을 통하여 지반의 구성, 지지력, 지하수의 상황 등을 조사한다.

  (2) 가설 공사 : 구조물을 효과적으로 시공하기 위한 시설과 준비를 하는 것으로 구조물이 완성되면 철거하는 임시 가설 공사다.

     ㉠ 공통 가설 : 공사 실시상 간접적인 역할(필요)을 하는 가설물로 울타리, 현장 사무소, 화장실, 창고, 작업장, 숙소, 전등 급수 배수, 통신, 운반로 등이 있다.

     ㉡ 직접 가설 : 공사 실시에 직접적인 역할(필요)을 하는 가설물로 규준틀, 공사용 각종 기계, 추락 방지를 위한 낙하물방지망, 비계, 흙막이, 기타 양생 재료 등이 포함된다.

          비계 : 높은 곳에서의 작업을 쉽게 하기 위해서 건설된 임시 구조물

                 비계는 위험이 없고 작업하기 쉽게 건물 주위에 외벽을 따라서 벽면에서 60~100cm의 거리에 설치해야 한다.

     ㉢ 가설 공사의 순서 : 규준틀(가설 울타리) → 정지 → 가설 공사(현장 사무소, 작업장, 급 · 배수, 동력, 전화 등) → 토공사 → 기초 공사 → 주체 공사 → 마감 및 설비 공사

 학습활동

1. 학교 건물을 짓는다고 가정하면 어떤 대지 조사와 지반 조사가 필요할지 상세히 정리해 보자

  - 경계 표시, 지반의 고저, 지하수, 주변 지형, 인접 도로망, 지하 시설물의 유무(수도망, 가스 배관), 수목, 잔존 기초 등

2. 단독 주택을 짓는다고 가정하고 필요한 가설 공사의 종류와 기능을 모두 정리해 보자

  - 가설 울타리, 공사용 동력 및 용수 설비, 안전 설비, 규준틀, 비계 등 

학습목표 : 토공사의 의미와 종류를 알 수 있다.

           기초 공사의 의미와 종류를 알 수 있다.

  (3) 토공사 : 대지 조성이나 지하 구조물 공사를 하기 위한 것으로 가설 공사에  이어서 실시하는 최초의 건설 공사이다.

    ① 내용 : 흙파기, 흙막이, 땅고르기, 성토, 잔토처분, 배수, 기초 파기, 다지기, 터 닦기, 되메우기, 지하수 및 우수 처리 등의 작업이 포함된다.    성토 : 흙 쌓기(연약 지반이나 기초가 필요 없는 가벼운 건물 건축 시)

    ② 토공 시 유의할 점

      ㉠ 토공은 기후, 대지, 주위의 환경, 용수, 매설물의 유무 등의 영향을 많이 받는다.

      ㉡ 시공에 앞서 지반이나 공사 현장 상황을 충분히 고려하여 공사를 진행한다.

    ③ 흙파기 : 일반적으로 파기의 깊이, 지반의 성상(성질과 상태), 지하수 상황, 인접 건축물의 관계, 지하 매설물, 대지의 넓고 작음 등에 따라 수직으로 파내며 동시에 흙막이 공사를 병행하는 수가 많다.

    ④ 배수 : 흙파기 공사를 곤란하게 하는 가장 큰 원인은 용수(공사에 필요한 물로 멀리서 끌어온 물)나 우수 등인데 굴삭이 크고 지하수위가 높을수록 그 영향이 크다.

        종류 : 집수통 공법, 웰 포인트 공법, 샌드 드레인 공법 

    ⑤ 흙막이 : 흙 파기나 기초 파기 공사를 할 때 땅을 파낸 측면을 보호하여 토사의 붕괴(버팀목 사용)를 막기 위한 공사다.

     

  (4) 기초 공사

    ① 의미 : 구조물의 최하위에 있어 구조물의 자중 및 구조물에 가해지는 외력을 안전하게 지반에 전달하고 지지력을 보강시키기 위한 것이다. 기초는 그 형식과 구조에 따라 얕은(지표면에서 깊지 않은) 기초와 깊은 기초로 구분한다. 

    ② 기초 파기 : 기초나 구조물을 시설하기 위하여 땅을 파내는 것이다.

    ③ 얕은 기초 : 구조물의 무게가 비교적 가볍거나 단단한 지반이 지표면 부근에 있은 경우, 구조물을 직접 그 위에 지지할 수 있는 형식이다.(1.2m)

      ㉠ 독립 기초 : 하나의 기초판이 하나의 기둥을 지지하는 구조

      ㉡ 복합 기초 : 지반이 연약하거나 협소할 때 2개 이상의 기둥을 1개의 기초로 지지하는 구조

      ㉢ 연속 기초 : 벽체 하부에 기초판이 연속해서 있는 구조

      ㉣ 온통 기초 : 지반이 연약하거나 기초판이 매우 커야 할 경우에 건축물의 바닥 전체를 기초판으로 만드는 구조

     ④ 깊은 기초 : 기초 아래의 지반이 연약할 경우 단단한 지반까지 말뚝, 피어, 케이슨(잠함)을 설치하고, 그 위에 기초판을 시공하는 형식이다.

       ㉠ 말뚝 기초 : 상층부 지반이 연약할 때 말뚝을 견고한 지층까지 박아, 건물의 하중을 견고한 지반에 전달하는 기초다.

       ㉡ 케이슨 기초 : 육상 또는 수상에서 이미 건조된 케이스의 자중 또는 적재 하중에 의하여 소정의 깊이까지 침하시키는 기초이다. 지지력과 수평 저항력이 가장 큰  기초로서 물이 새지 않는 상자 모양의 기초다. 

       ㉢ 피어 기초 : 굳은 지반(지지층)까지 수직공을 굴착한 다음 그 속에 현장에서 콘크리트를 타설(채워 만든 기초)하여 구조물의 하중을 지지층까지 전달하도록 하는 주상 기초이다.

    ⑤ 기초의 조건

      ㉠ 구조물을 안전하게 지지해야 한다.

      ㉡ 침하가 없어야 한다.

      ㉢ 경제적이어야 한다.

      ㉣ 내구성이 있어야 한다.

    ⑥ 지정 : 기초를 안전하게 지탱하기 위해서 지반의 내력을 보강하는 것으로 지정 자체가 기초가 되기도 한다. 잡석 지정 · 모래 지정 · 자갈 지정 · 말뚝 지정 · 밑창 콘크리트 지정 등이 있다.

      ㉠ 잡석 지정 : 연약 지반이나 수분이 많은 지반에 기초 및 콘크리트 바닥 밑에 20~30cm 정도의 단단한 잡석을 세워 깔고 그 위에 틈막이 자잘, 모래 섞인 자갈 등을 깔아 다진다.

      ㉡ 모래 지정 : 지반이 연약하고 건물의 무게가 비교적 적을 때 연약한 지반을 파내고 밀실한 모래(두께 30cm)를 채워 물을 뿌린 후 다지기로 충분히 다져 넣는 방법이다.

      ㉢ 자갈 지정 : 자갈(4~6cm), 쇄석(돌을 잘게 깨뜨려 부숨)을 일정한 두께로 깔고 평평하게 다지는 방법이다.

      ㉣ 말뚝 지정 : 긴 통나무나 콘크리트 파일을 땅속에 깊이 박아 지반을 다지거나 굳은 지층에 도달시켜 건축물을 안전하게 고정시키는 방법이다.  

        ⓐ 지지 말뚝 : 연약 지반에 하중을 전달하는 말뚝

        ⓑ 마찰 말뚝 : 주변 흙과의 마찰력에 의해 하중을 지지하는 말뚝이다.

 지내력 : 지반이 압력을 구조물의 압력을 견디는 정도

학습목표 : 철근 콘크리트 공사의 내용을 알 수 있다.

           철골 공사의 내용을 알 수 있다.

           조적 공상의 내용을 알 수 있다.

 (5) 철근 콘크리트 공사

  철근의 조립과 거푸집의 설치가 끝난 다음 여기에 콘크리트를 부어 넣으면, 철근과 콘크리트가 일체로 결합된 복합 구조체가 된다.

    ① 철근 공사 : 철근에 작용하는 응력에 부합하고, 내화성과 내구성 등을 고려해서 콘크리트 안에 정확하게 배치한다.

      ㉠ 철근의 종류 : 이형 철근, 원형 철근, 피아노 선 등이 있다.

       ⓐ 이형 철근 : 부착력이 우수하다.

       ⓑ 고강도 철근과 피아노선 : 큰 인장력을 필요로 하는 구조물에 쓰인다.

    ② 거푸집 : 거푸집은 콘크리트가 응결 경화하는 동안 일정한 형상과 치수를 유지시켜 주는 형틀이다.

      ㉠ 거푸집이 갖추어야 할 조건

        : 콘크리트의 중량, 공사 중의 작업 하중, 콘크리트 부어 넣기의 충격 및 측압에 견디고, 뒤틀림, 처짐 등의 변형이 생기지 않아야 한다.

       ㉡ 거푸집 공사 시 주의 사항

         ⓐ 형상, 치수가 정확하고 처짐, 배부름, 뒤틀림 등의 변형이 없을 것

         ⓑ 조립과 제거할 때 파손 및 손상이 되지 않게 할 것

         ⓒ 외력에 충분히 안전하게 할 것

         ⓓ 소요 자재가 절약되고, 반복 사용이 가능하게 할 것

         ⓔ 거푸집이 조밀하게 되어 시멘트풀이 생기지 않도록 할 것 (풀이 뭐지?)

        ㉢ 거푸집 종류 : 목재 거푸집, 합판 거푸집, 패널(panel) 등

    ③ 콘크리트 : 재료의 선택, 배합의 결정, 계량, 이김(질기고 부드러운 성질을 가지도록 가공), 운반, 타설(붓기: 액체나 가루를 다른 곳에 쏟을 때) 등의 작업에 의해서 소요(필요하거나 요구되는 것)의 강도를 가지는 콘크리트 뼈대를 만든다.

      ㉠ 콘크리트 공사 : 재료의 계량 및 배합 → 비비기 및 운반 → 부어 넣기와 다지기 → 양생(콘크리트가 완전히 굳을 때까지 적당한 수분을 유지하고 충격을 받거나 얼지 않도록 보호하는 일)의 순서로 이루어진다.

      ㉡ 콘크리트의 응결 : 보통 물과 혼합한 후 1시간 정도가 되면 응결된다.

      ㉢ 콘크리트의 재료 : 시멘트, 잔골재, 굵은 골재, 물, 혼화 재료 등

      ㉣ 공사는 극한기를 되도록 피하고, 우기는 공사가 늦어지기 쉬우므로 주의한다.

      ㉤ 혼화 재료 : 콘크리트를 거푸집에 부어넣을 때 구석구석 잘 채어지도록 시공 연도(시공하기 알맞은 콘크리트의 묽기(반죽이 보통 보다 물기가 많을 때)를 높이기 위하여 사용되는 재료

    

 (6) 철골 공사(H빔) : 철강재를 사용하여 구조물의 뼈대를 구성하는 공사다.

   ㉠ 철골 공사의 공정

    ⓐ 공장 작업 : 철강재를 필요한 모양으로 가공하여 부재를 만든다.

    ⓑ 현장 작업 : 공장에서 가공된 부재를 운반하여 현장에서 조립한다.

   ㉡ 철골의 접합 : 고장력 볼트 결합, 아크 용접, 리벳 결합, 볼트 접합 등

    ⓐ 리벳 접합 : 접합하려는 양 부재에 구명을 뚫고 리벳을 삽입시켜 리베터에 의해 고정시키는 접합 방법이다.

    ⓑ 볼트 접합 : 강재에 뚫은 구멍에 볼트를 통하게 하여 스패너나 렌치로 너트를 고정시키는 접합 방법이다.

    ⓒ 용접 접합 : 금속을 녹여 두 강재를 접합시키는 것으로 가장 많이 이용되는 접합 방법이다.

   

   ㉢ 철공 공사 시 유의점

    철골 공사는 공장에서의 공작 정밀도, 현장에서의 시공 정밀도를 높여 안전하고 능률적으로 작업이 진행되도록 해야 한다.

 (7) 조적 공사

   : 벽돌, 돌 등 비교적 작은 개체를 모르타르(시멘트와 모래를(1:3) 물로 반죽한 것)로 쌓아 구조체를 만드는 것으로 소규모 건물을 짓는데 사용된다.

   ① 벽별 공사 : 벽체 또는 구조체를 붉은 벽돌이나 시멘트 벽돌을 모르타르로 쌓아 구성한다. 조적식 구조의 기본이 되며 내구성이 좋다.

   

   ② 블록 공사 : 블록을 벽돌과 같은 방법으로 막힌 줄눈 쌓기를 원칙으로 하여 벽체를 구성하지만, 보강 또는 가벼운 벽이나 의장이 요구될 때에는 통 줄눈으로도 쌓는다.

     ㉠ 장점 : 블록 공사는 건물의 대량 생산, 경량, 불연 구조로써 실내 온도 변화를 작게 하고 음향을 방지할 뿐만 아니라 내구, 내화성이 우수하며 공사 경비를 절감시킬 수 있다.

     ㉡ 단점 : 부동 침하 시 균열이 생기고, 수평력에 약하다.

  

   ③ 돌 공사 : 주로 석재가 외장재로 사용된다. 가공이 어렵고 공사 시간과 비용이 많이 든다. 석재로는 화강석, 대리석을 이용한다.

   ④ 벽체의 종류

     ㉠ 내력벽 : 벽체, 바닥, 지붕 등의 하중을 적극적으로 기초에 전달하는 벽

     ㉡ 장막벽(칸막이 벽) : 벽체 자체만의 하중을 받는다.

     ㉢ 중공벽 : 방습, 방열을 위해 벽 중간에 공간을 두고 이중벽으로 쌓는다.    

   ⑤ 줄눈 : 벽돌(또는 블록, 돌)과 벽돌(또는 블록, 돌) 사이의 모르타르 접합 부분을 줄눈이라고 하며, 수평의 것을 가로줄눈, 수직의 것을 세로줄눈이라고 한다.

     ㉠ 막힌 줄눈 : 세로줄눈의 위 아래가 막힌 것으로 상부의 하중을 전벽면에 균등하게 분포시켜 받는 비교적 안전한 조적법이다.

     ㉡ 통 줄눈 : 세로 줄눈의 아래 위가 통한 것으로 상부 하중되어 균열이 발생하기 쉬우며, 습기가 스며든다. 큰 강도가 필요치 않은 벽체 사용한다.

     ㉢ 치장 줄눈 : 벽돌이나 시멘트 블록의 벽면을 치장으로 할 때 줄눈을 곱게 발라 마무리한 줄눈이다.

     ㉣ 줄눈 모르타르의 배합 : 중량비로 1:3인 것이 많이 쓰이며 치장 줄눈은 깊이 1.2cm 정도 줄눈 파기를 하고 1:1 모르타르로 바른다.

   ⑥ 석 공사 : 석재로는 화강암(지각의 가장 위층에 있는 돌), 안산암, 사암(모래가 굳어서 단단하게 된 돌), 응회암(화산이 분출 할 때 나온 화산재 따위의 물질이 굳어서 된 암석), 대리석 등이 쓰인다.     

* 암석 : 지각을 구성하고 있는 단단한 물질 화강암, 퇴적암, 변성암 등이다.  

 ㉠ 다듬돌쌓기 : 모서리나 맞댄 면을 일정한 모양으로 다듬어 줄눈을 바르게 쌓는 방법으로 튼튼하고 외관도 좋아 많이 쓰인다.

 ㉡ 막돌쌓기 : 잡석, 자연석, 둥근돌, 막돌 등을 다듬지 않고 그대로 쌓는 방법으로 밑돌 및 모서리 돌은 큰 돌로 쌓는 것이 안정감과 외관이 좋다.

 ㉢ 바른층쌓기 : 수평 줄눈을 일적선으로 쌓는 방법이다.

 ㉣ 허튼층쌓기 : 줄눈을 불규칙적으로 쌓는 방법이다.

* 골조(구조체) 공사

 : 철강재, 철근 및 콘크리트, 벽돌 등 과 같은 재료를 사용하여 구조물의 하중을 지탱하기 위한 벽체, 기둥, 보, 바닥 등의 주요 구조물을 만드는 공사다. 철골 공사, 철근 콘크리트 공사, 조적 공사, 목 공사 등

* 철근과 큰크리트의 비교

 철근 : 인장력에는 강하나, 열에 약하며 녹슬기 쉽다.

 콘크리트 : 압축력에 강하고 내화성이 크나, 인장력과 휨 모멘트에 약하다.

 철근과 콘크리트의 열팽창률은 거의 같으며, 부착성도 우수하다.

형성평가

1. 기초 형식 중에서 수평 저항력과 지지력이 가장 큰 기초 형식으로 교량 건설 등에 사용하는 기초는? 3

 ① 독립 기초 ② 말뚝 기초  ③ 케이슨 기초   ④ 연속 기초   ⑤ 온통 기초