이 글의 목적은 철골 H빔 가설 작업에서 발생하는 전도 사고의 원인과 공학적 예방 대책을 체계적으로 정리하여 현장에서 바로 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 전도 사고의 메커니즘 이해
전도는 외력에 의해 H빔의 무게중심이 지지선 바깥으로 이탈하면서 발생하는 불안정 상태를 의미한다. 가설 단계에서는 본체가 최종 브레이싱으로 구속되기 전이므로 작은 횡력에도 불안정해지기 쉽다. 전도에 기여하는 주요 외력은 바람, 충격, 크레인 흔들림, 인양 중 회전, 지반 침하로 인한 지지력 상실 등이다. 저층부 임시 고정이 미흡하거나 guy wire 장력이 불균형하면 전도 위험이 급증한다.
2. 전도 안정성 기본 원리
전도 안정성은 저항모멘트가 전도모멘트보다 충분히 큰지로 판단한다. 설계에서는 최소 1.5 이상의 안전율을 목표로 한다.
전도안정 조건: ΣM_resist ≥ γ_s × ΣM_overturn 여기서, γ_s = 안전율(가설 단계 권장 1.5 이상) 지지선은 베이스판 가장자리 또는 임시앵커 중심선을 말한다. 전도모멘트는 횡하중과 작용점 높이의 곱으로 산정한다. 저항모멘트는 자중의 작용점에서 지지선까지 거리의 곱과 임시앵커·지지보의 인발저항 등으로 구성한다.
3. H빔의 자중 및 무게중심 개요
H빔의 단위중량은 형상과 두께로 결정된다. 가설 시에는 부착물, 연결판, 볼트, 도장 두께 증가분을 포함한 실무량으로 산정해야 한다. 가설 높이가 커질수록 무게중심이 상승해 전도에 취약해진다.
| 항목 | 상세 | 전도 영향 |
|---|---|---|
| 단위중량 | kg/m 기준으로 산출한다 | 저항모멘트 증가에 기여한다 |
| 무게중심 높이 | 가설 높이의 1/2 부근에 위치한다 | 높을수록 전도 민감도가 증가한다 |
| 부착물 | 리프팅러그, 연결플레이트 | 비대칭 부착 시 편심 유발한다 |
4. 바람에 의한 전도모멘트 평가
가설 상태의 단독 H빔은 형상이 가늘어도 받음각과 부재 조합에 따라 상당한 풍압을 받는다. 가설 기간이 짧아도 돌풍을 고려해야 한다.
기본 풍압 q = 0.613 × V^2 [kN/m², V는 m/s] 전도모멘트 M_wind = q × A_ref × z̄ A_ref: 참고 투영면적 z̄: 풍하중 작용점 높이(보통 높이의 0.6배 근사) 5. 임시 고정방식 선택 전략
H빔 단독 세움 시 다음 중 복합 적용을 권장한다.
- 베이스판 화스너 또는 케미컬앵커로 인발과 전단을 구속한다.
- 대각가이(guy wire) 2개 이상을 서로 다른 방향으로 설치한다.
- 임시 수평브레이싱 또는 킥커 스트럿으로 기초부 휨을 제어한다.
- 인접 골조와 임시 타이로 연결하여 횡강성을 확보한다.
6. Guy wire 설계 절차
가이는 전도모멘트를 인발력으로 상쇄한다. 가이 각도는 30도 이상 60도 이하를 일반 기준으로 하며, 각도가 작아질수록 지면 반력 증가와 미끄럼 위험이 커진다.
필요 인발력 T_req = M_overturn / (n × r_sin) 여기서, n = 가이 개수, r_sin = 가이 수평거리 × sin(θ) 앵커 설계: T_req ≤ φ × R_pullout φ = 저감계수, R_pullout = 앵커 인발내력 | 항목 | 권장 값 | 비고 |
|---|---|---|
| 가이 각도 θ | 30°~60° | 45° 근사 시 효율적이다 |
| 가이 수량 | 최소 2개 | 3개면 불균형에 유리하다 |
| 턴버클 | 작업 중 재장력 가능 | 인장용 규격 인증품 사용한다 |
| 체결 하드웨어 | 샤클, 소켓, 소선클립 | 안전계수 4 이상 적용한다 |
7. 임시앵커 및 베이스 고정
케미컬앵커와 기계식앵커는 인발과 전단 내력이 상이하다. 드릴 구멍 청결, 경화 시간 준수, 토크 관리가 핵심이다. 얇은 슬래브는 인발이 부족하므로 보강 플레이트 또는 시어키를 추가한다.
인발 검토: T_req ≤ φ × R_pullout 전단 검토: H_base ≤ φ × V_allow 파괴 모드: 콘파괴, 강재파단, 부착파단 베이스판은 구멍 편심을 피하고 리브로 국부 좌굴을 방지한다. 와셔와 너트 체결 후 마킹하여 이완을 관리한다.
8. 지반과 받침 안정성
지반 지지력이 낮으면 전도보다 먼저 침하와 미끄럼이 발생한다. 강성 받침목 또는 강재 매트로 면압을 분산한다. 받침은 수평을 맞추고 좌굴 방지를 위해 킥커로 역방향 지지한다.
9. 크레인 인양 단계의 전도 위험
인양 중 회전과 스윙은 큰 동적 횡력을 유발한다. 훅 블록 이동과 러핑에 따른 추종성 저하를 경계한다. 풍속 기준을 설정하고 스로잉을 금지한다. 세움 직후 가이 체결 전까지 조작 인원이 부재에 기대거나 오르는 행위를 금지한다.
| 인양 단계 | 핵심 관리 포인트 | 금지 사항 |
|---|---|---|
| 지면 이탈 | 태그라인 두 개로 회전 제어한다 | 하나의 태그라인만 사용 금지 |
| 세움 전 | 인양각 유지와 속도 일정화한다 | 급가감속 금지 |
| 세움 직후 | 임시 고정 즉시 체결한다 | 무구속 대기 금지 |
10. 예시 계산 시나리오
조건은 H-400×200×8×13, 길이 10 m, 단위중량 56.8 kg/m, 자중 0.568 kN/m 가정이다. 총 자중 W = 0.568×10 = 5.68 kN 이다. 풍속 20 m/s 가정 시 q = 0.613×20² = 245.2 N/m² = 0.245 kN/m² 이다. 투영폭 0.4 m, 투영상 10 m 이면 A_ref = 4 m² 이다. M_wind = q×A_ref×z̄ = 0.245×4×6 = 5.88 kN·m 이다. 인양중 동적계수 1.3을 적용하면 M_overturn = 7.64 kN·m 이다.
저항모멘트(자중) M_w = W × e 지지선에서 무게중심까지 거리 e = 베이스 유효폭 b_eff의 절반 근사 b_eff = 베이스판 폭 0.5 m라 가정 → e = 0.25 m M_w = 5.68 × 0.25 = 1.42 kN·m 필요 추가 저항모멘트 ΔM = 7.64 − 1.42 = 6.22 kN·m 45° 가이 2개, 수평거리 r = 2.0 m라 가정하면 r_sin = 2.0×sin45° = 1.414 m 이다. 필요 인발력은 다음과 같다.
T_req = ΔM / (n × r_sin) = 6.22 / (2 × 1.414) = 2.20 kN 가이 한 가닥 최소 파단하중 ≥ 5×T_req = 11 kN 권장 앵커 인발내력 R_pullout이 15 kN, 저감계수 φ=0.6이면 설계내력은 9 kN 이다. T_req=2.20 kN이므로 여유가 충분하다. 풍속 30 m/s로 증가할 경우 q는 0.552 kN/m²로 증가하고 전도모멘트가 약 2.25배로 커지므로 가이 수량 또는 길이를 보강해야 한다.
11. 임시 수평브레이싱과 프레임 연계
단독 부재는 가이만으로는 비틀림에 취약하다. 이웃 부재와 임시 수평브레이싱을 배치해 횡좌굴 경간을 줄인다. 브레이싱 간격은 가설 높이의 2분의 1 이하를 목표로 하며 첫 브레이싱을 작업자가 접근 가능한 최저 위치에 설치한다.
12. 볼트 체결 관리
가설 단계에서는 본조임 전에 전도 위험이 크다. 조립볼트 또는 임시핀을 중복 사용해 이완 시에도 하중 재분배가 가능하도록 한다. 본조임 전까지 충격 공구 과사용을 피하고 규정 토크 범위를 준수한다.
13. 지반 풍속 관리와 작업 중지 기준
현장 자체 기준을 문서화하여 풍속계로 상시 측정한다. 지표면에서 10 m 기준 풍속을 환산하여 기준값을 일관되게 적용한다. 비나 눈으로 미끄럼 위험이 높을 때는 가설을 중지한다.
14. 현장 적용 체크리스트
| 구분 | 점검 항목 | 기준 | 빈도 |
|---|---|---|---|
| 계획 | 가설계산서 존재 여부 | 전도 안전율 1.5 이상 | 착수 전 |
| 앵커 | 천공 청소·경화시간 기록 | 제조사 기준 준수 | 매 부재 |
| 가이 | 각도·수량·장력 표시 | 각도 30°~60°, 턴버클 장착 | 일일 |
| 브레이싱 | 간격과 체결상태 | 가설 높이의 1/2 이하 | 매 층 |
| 받침 | 면압 분산과 수평 | 침하 기준 이하 | 상시 |
| 인양 | 태그라인 2개 사용 | 회전 억제 | 매 인양 |
| 기상 | 풍속 기록과 중지선 | 현장 기준서 적용 | 매 시간 |
| 볼트 | 본조임 토크 기록 | 규정 토크 범위 | 매 접합부 |
15. 위험요인 매트릭스
| 위험요인 | 발생 조건 | 결과 | 대책 |
|---|---|---|---|
| 강풍 | 돌풍, 방향 변화 | 급격한 전도모멘트 증가 | 가이 추가, 작업 중지 |
| 앵커 불량 | 청소 미흡, 경화 미준수 | 인발 파괴 | 품질기록 유지, 인장시험 |
| 지반 침하 | 연약지반, 배수 불량 | 받침 기울어짐 | 매트 보강, 배수 개선 |
| 동적 충격 | 급정지, 충돌 | 가이 단선, 전도 | 완만 조작, 완충재 설치 |
| 볼트 이완 | 진동, 편심 | 구속력 저하 | 토크 관리, 이완 마킹 |
16. 시공 절차 모범 시나리오
- 가설계산서 작성과 승인 후 자재 반입 순서를 정한다.
- 기초 수평과 받침을 설치하고 베이스 위치를 마킹한다.
- 앵커 시공 후 인발시험을 실시하고 기록을 남긴다.
- 크레인 인양 계획을 공유하고 태그라인을 배치한다.
- 세움 직후 즉시 가이 2개 이상을 체결한다.
- 임시 수평브레이싱을 설치하고 가이 장력을 재조정한다.
- 인접 부재와 임시 타이를 연결하고 본 조립으로 전환한다.
- 기상 악화 시 추가 가이를 설치하고 작업을 중지한다.
17. 계산 체크폼 예시
[입력] 부재: H-400×200×8×13, L=10 m 자중: 0.568 kN/m 베이스 유효폭: 0.5 m 가이 각도: 45°, 수평거리 2.0 m, 가이 2개 풍속: 25 m/s
[계산]
q = 0.613×25² = 0.383 kN/m²
A_ref = 4.0 m², z̄ = 6.0 m → M_wind = 0.383×4×6 = 9.19 kN·m
M_overturn = 9.19 kN·m
M_w = W×e = (5.68 kN)×0.25 m = 1.42 kN·m
ΔM = 7.77 kN·m
T_req = 7.77 / (2×1.414) = 2.75 kN
안전율 확인: 가이 파단하중 ≥ 5×2.75 = 13.8 kN → OK
앵커 내력: φR_pullout ≥ 2.75 kN → OK
18. 품질기록과 추적성
앵커 로트번호, 천공 직후·주입 후 사진, 경화시간, 인발시험 결과, 가이 장력 측정값, 풍속 로그, 볼트 토크 값을 기록한다. 전도 사고는 순간 발생하므로 사전 관리 기록이 유일한 방어수단이다.
19. 교육과 커뮤니케이션
작업 전 툴박스 미팅에서 전도 모범 절차를 공유한다. 신호수와 크레인 기사 간 무전 채널을 고정하고 테스트한다. 가설 중 접근금지선과 감시자를 지정한다.
20. 자주 발생하는 실수와 교정
- 가이 한쪽만 체결하고 방치한다. 즉시 반대편 가이를 추가한다.
- 앵커 경화 전 하중을 건다. 경화시간이 경과할 때까지 지지대를 사용한다.
- 받침이 좁다. 매트 면적을 확대하여 면압을 낮춘다.
- 풍속을 체감으로 판단한다. 풍속계를 사용하여 수치로 통제한다.
FAQ
가설 단계 안전율은 어느 수준이 적절한가
가설 단계에서는 예측 불확실성이 크므로 전도 안전율 1.5 이상을 권장한다. 돌풍이나 동적 영향이 크면 2.0까지 상향한다.
가이 각도는 몇 도가 가장 유리한가
45도가 인발 효율과 수평 반력의 균형이 좋다. 30도 이하로 낮아지면 수평 반력이 커져 미끄럼 위험이 증가한다.
앵커 인발시험은 어떻게 하나
대표 위치에서 시공과 동일 조건으로 시공 후 하중재하 시험기를 사용한다. 기준하중 이상 유지 동안 변위가 허용치 이하여야 한다.
풍속 기준은 어떻게 정하나
현장 표준서에 가설 작업 중지 풍속을 명시하고 휴대용 풍속계로 실시간 측정한다. 지면과 측정 높이 차이는 환산식을 적용한다.
브레이싱 간격은 어떻게 결정하나
가설 높이를 기준으로 최초 브레이싱을 낮은 위치에 설치하고 간격은 높이의 2분의 1 이하를 목표로 한다. 구조계산으로 조정한다.