포스코그룹은 안전과 탄소저감 실천에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 고성능 강재와 콘크리트를 결합해 구조성능을 향상, 공사비와 공사기간을 감축하고 구조적인 안정성과 시공성까지 확보한 신기술, 합성전이보 공법을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

주상복합이나 오피스텔에서 사람이 거주하는 부분은 벽식구조로, 지하주차장은 기둥식 구조로 설계합니다. 이런 주거용 건물에서 상부 벽식구조의 하중을 기둥구조에 전달하기 위해서는 ‘전이보’가 필요한데요. 기존 철근콘크리트 구조로 전이보를 구성하는 것과 달리 신기술인 합성전이보 공법은 포스코의 고성능 강재와 콘크리트를 결합하는 방식으로 구조성능을 대폭 끌어올린 것이 특징입니다.

합성전이보 공법은 기존 철근콘크리트 전이보 대비 단면성능을 70% 이상 향상시킬 수 있어 안정성 면에서도 탁월한데요. 기존 철근콘크리트 전이보 방식과 비교해서 합성전이보 공법이 어떻게 다른지 자세히 알아볼까요?

전이보는 상부 벽식구조를 지지해야 하기 때문에 층수가 높을수록 크기가 커집니다. 보통 35층 규모의 주거용 건물에 적용하는 철근콘크리트 전이보는 상당히 큰데요. 이런 철근콘크리트 전이보는 지상에서 10m 이상의 높이에서 설치하기 때문에 시스템 서포트* 설치가 필수적이고, 고소작업이 필요한 거푸집**과 복잡한 철근 작업이 필요해 주거용 건물에서 공사기간이 가장 오래 걸리는 부재이며 공정입니다.

*시스템 서포트: 콘크리트 타설시 거푸집의 처짐방지를 위해 설치하는 가설재
**거푸집 : 콘크리트 구조물을 소정의 형태 및 치수로 만들기 위해서 일시 설치하는 형틀

합성전이보 공법은 철골 부분인 U형 합성전이보를 공장에서 먼저 제작해 현장에서는 단순볼트접합으로 설치한 후 내부에 콘크리트를 타설합니다. 강재가 거푸집 역할뿐만 아니라 구조재 역할도 하기 때문에 거푸집과 시스템 서포트를 생략할 수 있는 것이죠. 또, 강재와 콘크리트의 합성효과로 부재의 성능이 향상돼 철근콘크리트 전이보에 비해서 높이는 약 1/3, 폭은 1/2 이상 줄일 수 있어 철근콘크리트 물량도 대폭 절감할 수 있습니다.

포스코 강재 판매 확대 목표로 솔루션 개발 시작
국내 건설 시장에서 규모가 가장 큰 시장인 주거용 건물은 주로 철근콘크리트 구조로 짓기 때문에 포스코 강재를 적용하기 쉽지 않았는데요. 철강솔루션연구소는 주거용 건물에 적용할 수 있는 솔루션을 개발해 포스코 강재 판매를 확대하고자 했습니다. 건설사와 소통해 기존 철근콘크리트 전이보 시공 시 걸리는 기간과 복잡한 작업 과정 등을 파악했고, 포스코 고성능 강재를 적용한 합성전이보 공법이 건설 시장에서 경쟁력을 갖출 수 있으리라는 확신을 갖고 개발을 시작했습니다.

합성전이보 공법 특허 출원ㆍ건설사와 공동연구
포스코는 국내 외 특허를 분석한 후 2020년 10월, 단독으로 합성전이보(특허 10-2020-0137659)에 대한 특허를 출원했습니다. 먼저 공법이 예상대로 성능을 발휘할 수 있는지 구조성능 검증 과정을 거쳤는데요. 이후 검증 결과를 바탕으로 2021년 6월, 롯데건설㈜, 신세계건설㈜, HLD&I Halla㈜, ㈜한양, ㈜호반건설, ㈜피컴스 등의 건설사들과 함께 건설신기술 추진 MOU를 체결하고 현장적용을 위한 공동연구를 진행했습니다.

신뢰 확보 위한 철저한 구조성능 검증으로 기술인증서 획득

전이보는 주거용 건물에서 매우 중요한 구조 부재에 해당하기 때문에, 설계 시 신규 개발된 기술을 적용하는 것은 건설사나 발주처에게 쉽지 않은 선택입니다. 포스코는 합성전이보에 대한 신뢰성을 확보하고 기술의 유효성을 검증하기 위해 기술인증서가 필요하다고 판단했는데요. 포스코는 강구조실험동에서 구조성능검증을 하고, 이 실험결과를 바탕으로 한국강구조학회의 심의를 거처 2건의 기술인증서를 확보했습니다. 합성전이보에 대한 최초의 기술인증서입니다.

철저한 시공성ㆍ경제성 분석으로 신기술 적용 성공
이후 포스코는 합성전이보 공법을 더욱 안정적으로 적용하고자 ‘건설신기술’ 인증을 추진했습니다. 건설신기술에 참여한 건설사를 통해 합성전이보 시공성 및 경제성에 대해 분석하고, 이 결과를 바탕으로 HLD&I Halla의 부천 소사본동 프로젝트(한라비발디 프레스티지 신축공사) 외 2개 현장에 합성전이보 공법을 첫 적용했습니다. 포스코는 건설사들과 함께 시공 과정에서 실질적인 공사 기간 단축 효과가 있는지, 시공성에 문제는 없는지 꼼꼼히 검증했는데요. 합성전이보 공법을 직접 적용해 본 건설 현장 관계자들은 철근콘크리트 전이보 대비 시공 과정의 편리함, 공사 기간 단축, 높은 안정성에 호평을 보냈습니다.

공사기간ㆍ폐기물 감축으로 비용ㆍ환경적 효과 탁월
합성전이보 공법 적용 후 실질적 효과는 어땠을까요? 철근콘크리트 전이보 대비 공사기간이 약 40%가 단축되고, 거푸집, 시스템 서포트 설치 등을 생략할 수 있어 고소작업이나 해체 작업을 하면서 발생하는 안전사고도 방지할 수 있었습니다.

합성전이보를 적용한 부천 소사본동 프로젝트의 경우 전이보의 크기가 400×2,290x28mm(폭x높이x두께)로 설계됐습니다. 단면 성능이 우수하기 때문에 기존 철근콘크리트 전이보 크기인 2,000×3,000mm(폭x높이)과 비교해 부재의 크기를 획기적으로 줄일 수 있었던 것인데요. 전문기관을 통해 분석한 결과 철근콘크리트 전이보 대비 폐기물량을 약 85% 가량 절감할 수 있다는 결과가 나왔습니다.

또한 현장 경제성 면에서도 우수했는데요. 전체노무비를 감축하고, 공사기간 단축으로 현장관리비가 줄어들어 종합적으로 약 12%의 공사비를 절감하는 효과를 나타냈습니다.

건설사와의 상호협력으로 국토교통부 건설신기술 지정ㆍ녹색기술 인증 획득

▲국토교통부 건설신기술 인증서(왼쪽)와 녹색기술 인증서

합성전이보 공법은 지난 2023년 7월 6일 신규성•진보성•현장 적용성이 우수한 건설기술을 선정하는 국토교통부 건설신기술(966호)*로 지정됐습니다. 우수한 전문인력과 실험장비, 기술개발 R&D 역량을 지닌 포스코 철강솔루션연구소와 건설사들이 협업한 결과였는데요. 앞으로 합성전이보 공법 적용을 확대하고 안정적으로 포스코 강재를 공급할 수 있는 활로를 마련했다는 점에서 의미가 큽니다.

건설신기술 지정에 이어 지난 4월 25일에는 녹색기술** 인증을 획득해 지속가능한 기술임을 입증 받는 쾌거를 이뤘습니다. 탄소배출권 등 환경 이슈가 떠오르는 시점에서 포스코 강재를 넘어 강건재 솔루션으로 획득한 인증 성과인데요. 포스코는 합성전이보 공법 적용 시 폐기물 저감량의 객관성을 입증할 수 있는 시험 성적서를 확보하고 인증을 추진했습니다. 녹색기술 인증을 획득하는 과정에서 포스코만의 독자적인 프로세스와 노하우를 구축한 것도 또 하나의 성과라고 볼 수 있습니다.

*건설신기술 : 국내 최초로 개발한 건설기술 또는 기존 기술을 개량해 신규성, 진보성 및 현장적용성이 있다고 판단되는 건설기술에 대한 인증 제도다. 건설신기술로 지정되면 국토교통부장관이 발주청에 신기술 우선적용을 권고하며, 건설공사 입찰참가자격 사전심사시 신기술 개발 및 활용실적에 따라 가점이 부여된다.
**녹색기술 : 저탄소 녹색성장 기본법에 따라 에너지와 자원을 절약하고 효율적으로 사용하여 온실가스 및 오염물질의 배출을 최소화하는 기술을 인증하고 지원하는 제도.

공사기간 단축하고 현장 안전 확보하는 OSC 트렌드 선도
건설업계는 코로나19 시기이후 원자재 가격 폭등과 인력 감축으로 큰 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 건설사들은 ‘탈현장 시공(OSC, Off-Site Construction)’ 방식에 큰 관심을 갖고 있습니다.  탈현장 시공은 공장에서 미리 제작해 현장에서 설치하는 방식으로 공사기간을 단축하고 안전성을 확보하는 건축 방식을 말합니다. 합성전이보 공법은 공장에서 선제작한 후 현장에서 단순 볼트 접합으로 설치하는 방식으로, 공사 비용, 시공의 편리함, 안정성 면에서 탈현장 시공 방식과 잘 부합하는 만큼 앞으로 국내 건설 현장에 큰 변화를 가져올 것으로 보입니다.

다양한 건설 현장에 확대 적용 예정
합성전이보 공법은 더 다양한 현장으로 확대 적용을 앞두고 있습니다. 철강솔루션연구소는최근 포스코 강건재가전마케팅실과 협업해 한화건설과 기술교류회를 갖고, 건설신기술 지정, 녹색기술 등에 관련한 내용을 공유했습니다. 이 자리에서 한화건설로부터 자사 건설 프로젝트에 합성전이보 적용시 기존 철근콘크리트 전이보 대비 경쟁력이 있는지 대안설계를 요청받아 설계 반영을 완료했습니다.

포스코는 올해 7~8월 중에 합성전이보에 대한 내진성능 검증을 완료한 후, 주거용 건물뿐만 아니라 일반 건축물에도 적용을 확대해 나갈 예정입니다. 국내 건설시장의 새로운 혁신을 가져올 포스코 합성전이보 공법에 많은 관심과 기대 부탁드립니다!

포스코가 개발한 ‘POSCO-Box Column(이하 P-Box 기둥)과 철근콘크리트 보 접합공법’이 지난 7월 23일 건설신기술(868호)로 지정됐다. 이 기술은 콘크리트 충전형 강관 제품인 P-Box 기둥에 수평 구조재인 철근콘크리트 보를 접합하는 것으로, 국내뿐만 아니라 외국기술에도 의존하지 않은 독창적인 공법이다. 포스코 고유의 솔루션이 건축시장에 혁신적 변화를 가져올 것으로 기대된다.

P-Box는 포스코 WTP(World Top Premium) 열연 제품인 HSA600(High performance Steel for Architecture 600)을 구부려 만든 사각형의 기둥 내부에 콘크리트를 채워 강도를 향상시킨 제품이다. HSA600은 두께가 6~16mm면서 인장강도 600Mpa과 항복비 0.8을 보증하는 건축용 열연재로, 현재 내진 성능을 갖춘 인장강도 600Mpa 이상의 열연제품은 포스코만 생산이 가능하다.

기존의 사각형 강관은 4면의 모서리를 모두 용접해 제작하기 때문에 가격이 높고 품질 확보가 어려웠지만, P-Box는 열연재를 구부려 중앙만 용접하기 때문에 제작이 간편하다. 또한 내부 보강재의 영향으로 6mm의 판재로도 기존 9mm 두께와 같은 강도를 확보할 수 있다.

이 기술의 기본은 기다란 P-Box를 공장에서 제작 후 기둥에 보를 접합할 앵커를 미리 부착하는 것에서 시작한다. 그 후 기둥을 시공 현장으로 옮겨와 설치하고, 각 앵커에 가로 방향 콘크리트 보를 부착하는 방식이다. P-Box 기둥은 높이가 15m에 달하기 때문에 한 번에 3층 높이를 시공할 수 있다. 한 번에 한 층씩만 올려야 하는 철근콘크리트 방식과 비교해 큰 차별점을 갖는 부분이다.

그러나 기존 철근 콘크리트 구조물의 기둥을 P-Box 기둥으로 1:1 대체하는 것으로는 가격 경쟁력을 갖추기 어려웠다. 포스코는 이 난제를 해결하기 위해, 기둥 폭보다 더 넓은 폭의 보를 거더(Girder)로 적용했다. 거더는 기둥과 기둥을 연결하는 역할을 한다. 거더의 폭이 기둥보다 넓어지면, 거더 하나가 지탱하는 하중이 늘어나 기존 2개 거더를 1개로 축소할 수 있고, 거더를 연결하는 보부재(beam)는 전면 삭제할 수 있다.

또한 기존 공법의 기둥이 1,000mm x 1,000mm의 크기를 요구했다면, P-Box 기둥을 이용한 신기술로는 500mm x 500mm만으로도 같은 무게를 버틸 수 있다. 기둥이 작아지면, 동일 넓이의 부지에서도 건물 안의 유효 면적이 늘어난다. 즉, 같은 공간을 더 넓게 사용할 수 있다. 기존 철근콘크리트 공법 대비 약 10~15%의 경제성 확보가 가능하고, 탄소 배출량을 저감시킬 수 있는 친환경적인 공법이기도 하다.

포스코는 본 기술을 포스코건설과 공동으로 연구하고, 엔지니어링사인 피컴스, 종합건설사인 한라·한양·호반건설 등도 기술 개발에 참여토록 했다. 소재, 설계, 시공까지 건설 전 라인에 걸쳐 현실적인 기술 개발이 될 수 있도록 하기 위함이다. 또한 포스코의 강소고객사인 ㈜덕암테크에서 신기술을 이용한 제품 제작이 가능토록 지원해, 고객사의 기술력과 매출 증대에도 기여하고 있다.

이 신기술은 이미 서울 장충동 호텔신라 부설주차장, 서울 문정동 업무시설, 경기 하남 신축 아파트 등 11곳 이상에 적용되며 시장에서의 경쟁력도 검증을 마쳤다. ㈜호반건설 설계담당자는 “이 기술을 이용해 공사비 절감은 물론 공사 기간을 15% 단축했고, 기둥 단면이 40% 절감돼 분양할 수 있는 면적이 늘어났다.”라고 만족감을 전했다. 또한 ㈜한양의 기술담당자는 “포스코 HSA600 강재를 적용한 P-Box는 공장제작으로 품질이 우수하고, 1부재당 15m까지 한 번에 설치할 수 있어 기존 공법 대비 시공성이 대폭 개선되었다.”라고 말했다.

건설신기술로 지정된 P-Box 접합공법은 향후 8년간 보호기간이 부여된다. 국토교통부 장관이 발주처에 신기술을 우선 적용할 수 있도록 권고하며, 건설공사 입찰참가자격 사전심사 시 이 기술을 활용하면 가점을 받을 수 있다.

이번 기술을 개발한 포스코 철강솔루션연구소(소장 주세돈 전무)의 김진원 책임연구원은 “기존 철근콘크리트 공법은 현장에서 노동력이 많이 투입되기 때문에 최근 인건비 상승으로 어려움이 있었다. 포스코의 소재와 기술력을 통해 건설 산업에 솔루션을 제공하고자 기술 연구에 착수했다.”라면서 “P-Box 기둥에 적용할 소재 개발에 강건재판매그룹, 강건재솔루션그룹, 품질설계그룹, 열연선재연구그룹이 합심해 1년 만에 HSA600을 양산화했다. P-Box 접합 공법의 연구개발과 신기술 지정에도 3년이 걸렸다. 이 기술로 노동집약적인 재래식 공법보다 경제적이면서 안정적인 신기술에 대한 수요가 국내외에서 늘어날 것으로 기대한다.”라고 말했다.

포스코는 HSA600 제품 및 P-Box 기둥 기술과 더불어 건축시장에 다양한 WTP 제품과 솔루션을 내놓고 있다. 구조재 이외에 고내식강인 PosMAC(POSCO Magnesiumn Aluminium alloy Coating product)을 적용한 건축용 내외장재, 태양광 하지재 등을 개발하여 제품의 사용연수를 높일 수 있는 솔루션도 제공하고 있다. 포스코는 이번 신기술이 시장에서 더 활발히 적용될 수 있도록, 고객맞춤형 제품과 이용기술 지원을 이어나가, 회사의 비전인 Business With POSCO를 실현하겠다는 방침이다.