105

공동주택 슬래 의 알루미늄 이 서포트 개발에 한 연구(Ⅰ)

차정구†․이영섭

서울과학기술대학교 안전공학과

(2012. 4. 24. 접수 / 2012. 8. 21. 채택)

The Development of Aluminum Pipe Support for Apartment Slabs(Ⅰ)

Jung-Koo Cha†․Young-Seop YiDepartment of Safety Engineering, Seoul National University of Science and Technology

(Received April 24, 2012 / Accepted August 21, 2012)

Abstract : Steel elements are widely used for temporary structures on every construction site. but despite its strong resistences against heavy concrete volumes, they are easily eroded by oxygens in the space as times have been gone. If they are used several times in the construction fields, their elements are rusted and deformed and the strength is gradually reduced through the weak part. From this point of view, aluminum pipe support has been developed in stead of steel pipe sopport with enhancing durability against oxygens all the more. The developed aluminium pipe sup-port has been lighter than steel unit, so workability has been improved. In another advantage of aluminium pipe sup-port, different level control is possible with being equipped with the level control nut which enables the length adjus-tment of aluminium pipe support and the collapse of aluminum pipe support could be also prevented from the struc-tures in the long term.Key Words : aluminium pipe support, corrosion resistance, workability of support

1. 서 론*

가설구조물인 거푸집서포트 구조물은 콘크리트

타설 중에 여러 가지 원인에 의해 붕괴되는 경우가

많아 근로자의 안전은 물론 최종 건설구조물의 품

질에도 직접적인 영향을 미치므로 안전을 고려한 치

밀한 공사계획을 수립하고 이를 근거로 시공되어야 한다.

특히 거푸집서포트 구조를 이루고 있는 구성 요소 중 서포트는 정확한 구조계산에 의해 그 간격을 결

정하고 이를 근거로 하여 시공하지 않아 붕괴되는

경우도 종종 있지만 정확한 구조계산에 의해 시공

되었다 하더라도 사용전용횟수가 많고, 사용기간이 오래된 강제 파이프 서포트를 사용하여 붕괴되는

경우도 있다.현장에서는 가설구조물은 일정기간 후에 철거되

는 구조물로서 중요구조물로 간주하지 않고 있어서

거푸집서포트 구조를 이루고 있는 강재 파이프 서

포트 또한 현장에서 세심한 관리가 이루어지지 않

†To whom correspondence should be addressed.senscha@hanmail.net

고 있는 실정이어서, 실제 현장에서도 주의를 기울여

사용하지 않는 실정이다1).

거푸집서포트 구조에서 가장 중요한 부재중 하

나인 강재 파이프 서포트도 가설재의 일부로 여겨

져 이에 대한 연구개발이 미진한 상태이다2).

따라서 거푸집서포트 구조를 이루고 있는 구성 요

소중 서포트로 사용되는 철(Steel)을 주재료로 한

파이프 서포트는 현장에서 야적상태의 관리소홀과

사용기간이 오래됨에 따라 부식이 빨리 발생하고1),

전용횟수가 증가함에 따라 변형정도가 심하게 발

생되어 그 내력이 더욱 크게 감소하기 때문에 중요

가설재인 강재 파이프 서포트를 대체할 수 있는

서포트를 개발하여 시공성 향상과 안전성을 높일

필요성이 대두되고 있다.

그 대안으로서 알루미늄을 주재료로 파이프 서포

트가 될 수 있을 것이다. 알루미늄 파이프 서포트

는 콘크리트의 알카리 성분에 내식성능을 가지고

경량화 및 내구성을 제고시켜 사용 및 전용횟수를

높임으로서 안전성을 확보할 수 있다.

알루미늄 파이프 서포트는 공동주택 슬래브의 거

푸집에 작용하는 콘크리트 타설하중을 지지하는

차정구․이영섭

Journal of the KOSOS, Vol. 27, No. 5, 2012106

역할을 수행하는 부재로 높낮이 조절기구가 나사

형식으로 베어링이 엔지니어링 플라스틱으로 하여

마찰력이 작고 파손 시에도 교체가 용이하도록 할

필요가 있다.

알루미늄 합금 소재를 이용한 단품서포트의 개

발로 공동주택 슬래브 거푸집서포트 구조에서 가장

중요한 부재중 하나인 단품서포트의 강재 파이프

서포트와 알루미늄파이프 서포트의 성능실험 비교를 통해 붕괴사고의 원인을 줄이고 시공성향상시킬 수 있는 파이프 서포트를 개발하는데 그 목적이 있다.

2. 서포트 구성 및 규격

콘크리트 공사의 서포트(거푸집 받침기둥)으로

사용되는 강재 파이프 서포트는 Fig. 1과 같이 외관, 내관, 암나사, 숫나사, 받이판, 바닥판 및 지지핀으로 구성되어 있으며3), 알루미늄파이프 서포트는 Fig. 2와 같이 외관, 내관, 너트(지지판, 안전고리), 상부판 및 하부판으로 구성되어 있다.

Fig. 1. Element name of steel pipe support.

Fig. 2. Element name of aluminum pipe support.

3. 실험개요 및 방법

본 실험에 사용한 장비는 유압식 만능재료시험

기로서, 최대하중 180 kN까지4) 측정이 가능하고

최대 높이 약 7 m의 재료에 대한 측정이 가능하다.본 연구에서는 한국산업표준(KS F 8001)에서

규정한 파이프 서포트의 2가지 압축시험 방법을

적용하였으며, 기존 제품인 강재와 개발 제품인 알

루미늄재로 만든 파이프 서포트를 상대 비교 대상

으로 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 각각의 제

품별 재원은 Table 1 및 Table 2와 같으며, 실험 길

이는 상대비교를 위해 동일하게 3 m로 하였다.한국산업표준에서 규정된 실험은 평누름에 의한

압축하중 실험(이하 ‘평누름 실험’이라 함)과 나이프

에지에 의한 압축하중 실험(이하 ‘나이프에지 실험’이라 함)에 의한 하중을 측정하는 것으로서, 평누

름 실험은 양단 고정 상태의 시험이며, 나이프에

Table 1. Specification of elements of steel pipe support

부재규격(mm) 최 사용길이

(mm)내 (외경 x 두께) 외 (외경 x 두께)

수직재 ∅48.6 x 2.3 ∅60.5 x 2.0 3,200

공동주택 슬래브의 알루미늄 파이프서포트 개발에 관한 연구(Ⅰ)

한국안전학회지, 제27권 제5호, 2012년 107

Table 2. Specification of elements of aluminium pipe support

부재

규격(mm)최 사용길이

(mm)내 (가로x세로x 두께)

외 (가로x세로x 두께)

수직재 51 x 51 x 3.5 70 x 70 x 3.1 3,200

지 실험은 양단이 힌지(핀) 상태의 실험이다. 이 2가지 실험을 실시하는 이유는 실제 현장에서 파이

프 서포트는 상ㆍ하 양단이 멍에 등에 설치할 경

우에는 완전고정 상태와 힌지고정 상태의 중간정

도에 해당된다고 볼 수 있다. 고정 구조는 콘크리

트 타설 후 양단이 콘크리트 자중 등에 의해 형성

될 수 있고, 힌지 구조는 가장 불안전한 상태로서

콘크리트 타설 전 또는 타설 시 설치 상태에 가깝

고 이는 파이프 서포트 전체 길이가 좌굴 길이가

될 수 있다고 볼 수 있다. 이러한 이유 등으로 이

2가지 하중은 가설공사표준시방서에서 정한 허용

하중 산정 시의 고려 사항으로서 설계 시 검토 대

상이 되는 것으로 보인다.

3.1. 평누름 실험에 의한 최대 하중

평누름 실험은 Fig. 3과 같이 서포트를 만능재료

시험기의 상ㆍ하부 가압판에 받이판 및 바닥판이

위치하도록 하고 압축하중을 가하여 하중의 최대

Fig. 3. The test by the flat compression method.

치를 측정하는 것으로서, 재하속도는 8 mm/min로

하였다5).

3.2. 나이프에지 실험에 의한 최대 하중

나이프에지 실험은 Fig. 4와 같이 서포트를 만능

재료시험기의 상ㆍ하부 가압판에 나이프에지 및

나이프에지 패드를 이용하여 설치하고 압축하중을

가하여 하중의 최대치를 측정하는 것으로서, 재하

속도는 8 mm/min로 하였다5).

Fig. 4. The test by the knife edge compression method.

4. 실험결과 및 분석

4.1. 평누름 실험

평누름 실험 결과 분석은 우선 각각의 결과값이

문헌값(KS F 8001)과 비교하여 기준 성능에 미달

하는 지를 판단하고, 강재와 알루미늄재의 서포트 간

의 성능차를 비교하여 상대적 우수성을 검토하는 절

차로 진행하였다.시험 결과는 Table 4에서 보는 바와 같다. 강재의

경우에는 Fig. 1의 서포트의 구성에서도 볼 수 있

듯이 지지핀과 암나사의 하중 전달체계를 갖고 있

는데, 일부 제품에서 이 부위가 일정 하중 이상에서 견디지 못하고 파손되어 KS 기준에도 못 미치는

결과로 나타났다. 그러나 알루미늄재의 경우에는

차정구․이영섭

Journal of the KOSOS, Vol. 27, No. 5, 2012108

Fig. 2의 구성도와 같이 지지핀 구조가 아닌 나사

부의 맞물림에 의한 하중 전달체계로 구성되어 있

어 강재처럼 지지핀과 암나사의 일부에 하중이 집

중되지 않고, Table 3의 단면2차모멘트의 값과 같

이 강재보다 알루미늄이 큰 값으로 나타나므로 기

준치의 2배가 넘는 하중에도 견디는 것으로 분석

된다. 또한 이 실험 결과만으로 볼 때 강재와 알루

미늄재 서포트의 상대비교에서는 알루미늄재 서포

트가 2.3배 정도의 월등한 성능을 보이고 있음을

알 수 있다.

Table 3. The comparison of values of second moment of area단 : mm

종류 구분 형상X축단면2차모멘트(lx)

Y축단면2차모멘트(ly)

강재

외 157,421.77 157,421.77

내 89,867.17 89,867.17

알루미늄재

외

737,261.61 737,261.61

내

430,595.11 430,595.11

Table 4. The result of the flat compression test

종류 실험 NO 실험 결과(kN) 결과 평균(kN) 문헌값5)

(kN)

강재

1 42.0

38.0

개개값 35.3평균값 39.2

2 32.2

3 39.7

알루미늄재

1 91.0

88.62 82.8

3 91.9

주) 소수 둘째자리에서 반올림

Fig. 5의 각각의 하중선도에 대한 파괴의 주요원

인을 분석해보면 복합부재이므로 ①번 선도는 파

이프의 좌굴, ②번 선도는 암나사의 미끄럼 발생, ③번 선도는 미끄럼 발생 후 파이프 좌굴을 나타

난 것이다. 복합부재의 구성 특성으로 인하여부위

별로 유격 등 제품에 따라 그래프가 차이가 나타

나고 있다.

Fig. 5. The graph on the steel pipe's flat compression pro-cess.

Fig. 6. The graph on the aluminum pipe's flat compression process

4.2. 나이프에지 실험

나이프에지 실험 결과 분석은 우선하여 KS F 8001 표준의 해설에 제시된 나이프에지 하중 산정 방정

식에 따라 이론적 검증을 실시하고, 다음으로 평누

름 실험과 같이 문서값과의 비교 및 강재와 알루미늄

재 간의 상대비교를 하는 방법으로 하였다.시험 결과는 Table 4에서 보는 바와 같고, KS F 8001

표준의 해설에서 제시한 방정식은 아래와 같으며, 실험길이 3 m를 적용하여 계산하면 약 14.3 kN이

된다.

= 2.0 x 10

x 𝗑

x ---(1)

공동주택 슬래브의 알루미늄 파이프서포트 개발에 관한 연구(Ⅰ)

한국안전학회지, 제27권 제5호, 2012년 109

P : 하

: 실험길이(mm)

: 력가속도 : 9.8m/s2*

실험결과에서도 보듯이 강재나 알루미늄재 모두 이론적 계산값인 14.3 kN 보다는 높게 나왔다. 또한 이 2가지 재료의 제품 모두 KS 기준을 상회하는 높은 수치의 데이터가 나왔다. 이는 나이프에지 실

험에서 주요 파괴 원인이 평누름 실험에서와는 달

리 서포트의 주요 구성 부분인 파이프의 좌굴 성능

을 평가하는 측면이 강하기 때문으로, 타 구성 부

분이 파괴되기 전인 비교적 낮은 하중에서 파이프

의 좌굴 파괴가 먼저 발생했기 때문이다.본 실험은 강재와 알루미늄재의 다른 변수가 없

는 한 파이프 자체의 좌굴력에 대한 상대 비교가 가

능한 실험으로서, 실험 결과로 볼 때 알루미늄재가

강재보다 약 30%정도의 성능이 좋다고 판단해 볼

수 있겠다.

Table 5. The result of the knife edge compression method

종류 실험 NO 실험 결과(kN)결과 평균(kN) 문헌값5) (kN)

강재

1 22.5

21.6

개개값 15.3평균값 16.9

2 19.5

3 22.9

알루미늄재

1 31.9

31.32 31.2

3 30.8

주) 소수 둘째자리에서 반올림

Fig. 7. The graph on the steel pipe's knife edge compression process.

주1) Fig. 5 - Fig. 8의 그래프에 나타나는 Stroke는

시험기의 실린더 이동거리.

KS기준에는 변위측정기준이 제시되지 않았으며

단순 하중 측정 기준만 제시하고 있다.

Fig. 8. The graph on the aluminum pipe's knife edge com-pression process.

4.3. 경제성 비교분석Table 6. Economic analysis results on the use of the two

kinds단 : 원

종류 구매단가(본) 용회수 용회수 당 단가

강재 17,000 15회 1,130

알루미늄이 서포트

71,500 150회 475

주) 강재와 알루미늄 이 서포트 생산업체 자료조사- 강재 이 서포트 K사, D사, H사 업체 : 3회/년 x 5년(감가상각비로 계상) = 15회- 알루미늄 이 서포트 K사의 근거 자료에 의해 150회 사용가능할 수 있을 것으로 조사됨

5. 결 론

본 연구에서는 길이 3 m의 강재 파이프 서포트

6본과 알루미늄 파이프 서포트 6본에 대해 평누름

압축하중실험과 나이프에지 압축하중실험으로 내

력을 구한 측정값을 상호 비교 및 경제성 비교 분

석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) 평누름에 의한 압축하중 실험의 경우 강재 파

이프 서포트와 알루미늄 파이프 서포트의 상대비

교에서는 알루미늄 파이프 서포트가 2.3배 정도의

큰 값을 보였다.2) 알루미늄 파이프 서포트의 평누름에 의한 압

축하중 실험의 경우 나사부의 맞물림에 의한 하중

전달 체계로 구성되어 있어 강재 파이프 서포트 처

럼 지지핀과 암나사의 일부에 하중이 집중되지 않아 기준치의 2배가 넘는 하중에 견디는 결과를 보였다.

3) 나이프에지 실험 분석 결과 강재 파이프 서포

트나 알루미늄 파이프 서포트 모두 KS F8001 표

차정구․이영섭

Journal of the KOSOS, Vol. 27, No. 5, 2012110

준의 하중 산정방정식에 따른 이론적 계산값인 14.3 KN 보다 높게 나옴으로서 제품 모두 KS 기준을 상

회하는 높은 수치의 결과를 보였다.4) 나이프에지에 의한 압축하중 실험의 경우 강재

파이프 서포트와 알루미늄 파이프 서포트의 좌굴

력에 대한 결과로 볼때 알루미늄 파이프 서포트가

1.5배 정도의 큰 값을 보였다.5) 경제성 비교 분석한 내용으로 볼때 알루미늄

파이프 서포트 1본의 전용회수 당 단가가 강재 파

이프 서포트 단가에 비해 감소효과가 있는 것으로

나타났다.따라서 강재 파이프 서포트와 알루미늄 파이프

서포트의 실험치와 KS F 8001 이론치의 상대 비교

의 결과로 볼 때 알루미늄 파이프 서포트의 내력이 기존 강재 파이프 서포트 보다 우수한 실험치를

얻음으로서 거푸집 동바리 설계 및 안전성 검토에

유용한 자료로 사용할 수 있으며, 경제성에서도 감

소효과가 있는 것으로 조사되어 알루미늄 파이프

서포트 개발로 추후 상용화가 가능할 것이다.

본 연구는 길이 3 m를 기준으로 실험한 결과이며, 추후 알루미늄 파이프 서포트 6 m를 개발하기 위해 내력을 측정하고 분석하는 연구가 계속 이루어질 필

요가 있다.

참고문헌

1) 백신원, 노민래, “재사용 파이프 서포트의 내력변

화 연구(Ⅱ)”, 한국안전학회지, 제20권, 제3호, 20052) 백신원, 박종근, “구조해석에 의한 파이프서포트

의 내력비교에 관한 연구”, 한국안전학회지, 제23권, 제4호, 2008

3) 백신원, 송인용, “파이프서포트(V6)의 좌굴특성

에 관한 연구”, 한국안전학회지, 제26권 제3호, 2011

4) 문성오, “조립형 동바리의 수직재 및 수평재의 연

결 위치에 따른 내력의 실험적 분석”, 충북대학교, 2009

5) KS F 8001, “강제 파이프 서포트”, 한국표준협회, 2001