◼ 초고층주거건축물의 붕괴사고 개요 

지난 1월 11일 15시 46분경 광주 화정동 건축물 신축공사 현장에서 201동 30층(PIT) 바닥슬래브 콘크리트 타설작업 완료 후, 보양작업 중 PIT층 바닥이 붕괴하면서 30층 하부로 16개층 이상의 외벽과 슬래브가 파손･붕괴되는 사고가 일어났다. 이로 인해 작업 중인 노동자 6명이 사망하고, 1명이 부상을 입는 대형 사고가 발생했으며, 온 국민에게 큰 충격을 안겼다.

◼ 건축물붕괴의 시나리오 (붕괴의 원인 / 붕괴의 시작과 연속붕괴)

건물 붕괴 시나리오는 1. 붕괴 원인의 작용과 2. 붕괴의 시작 및 연속붕괴 두 가지로 나눠 볼 수 있다.

먼저 붕괴 원인으로는 첫 번째로 PIT층 슬래브에 데크플레이트 지지용 콘크리트 가벽 설치로 하중이 증가하고, 하중전달 경로(Load Path)를 변경했다. 

두 번째로 PIT층 슬래브 하부(38층~36층) 동바리가 제거된 상태에서 39층 데크플레이트에 콘크리트를 타설했고, 세 번째로 콘크리트 3회 분할 타설중 2회 타설까지는 PIT층 슬래브와 콘크리트 가벽이 함께 구조적 거동을 했으나 마지막 3회차 콘크리트 타설로 데크플레이트 지지용 콘크리트 가벽(무근)의 구조내력을 상실하며 PIT층 슬래브의 처짐이 증대됐다. 

네 번째로 슬래브 처짐과 균열이 증대되면서 슬래브 지점 라인과 중앙부에 항복힌지 라인이 형성됐다.

붕괴의 시작 및 연속붕괴 과정은 첫 번째로 항복힌지에서의 변형증대로 슬래브의 과다 처짐이 발생해 데크슬래브의 중앙부로 콘크리트 쏠림 현상이 발생했고, 슬리브 항복힌지 라인을 따라서 추가적인 변형이 발생했고 외벽라인을 따라서 항복힌지의 변형능력 부족으로 선행파괴가 발생했다.

두 번째는 나머지 슬래브의 항복힌지 라인에서도 파괴가 일어나 전체 슬래브의 붕괴 메커니즘이 형성됐고, 세 번째로 PIT층 슬래브, 가벽, 30층 데크슬래브의 하중이 한꺼번에 38층 슬래브에 충격하중으로 작용해서 38층 이하 슬래브에 누적 충격하중으로 작용하고, 무량판 슬래브의 특징인 연쇄붕괴가 발생했다. 연쇄붕괴는 구조단면 증대로 내력과 강성이 큰 피난안전층에서 연쇄붕괴가 멈췄다.

◼ 건설붕괴사고의 원인분석 (구조안전, 시공품질, 시공관리) 

◇구조안전(PIT층 슬래브 붕괴의 주요 원인)

설계, 시공 시 작용하중 및 각종 조사결과, 하중전달 과정 및 경계조건을 실제와 유사하게 가정해 반영한 붕괴해석 등을 통해 검토･분석한 결과, 설계 시 충분한 여유강도를 갖고 있었음에도 불구하고 다음과 같은 원인으로 인해 슬래브 붕괴가 발생된 것으로 판단된다.

첫 번째는 PIT층 바닥하부의 동바리(가설지지대)의 조기 철거이다. 동바리의 조기철거는 39층 슬래브(두께 350㎜) 타설 하중을 PIT층 바닥슬래브가 단독적으로 지지하도록 만들어 PIT충 바닥슬래브의 1차 붕괴를 유발했다. 2개층 슬래브 낙하물이 충격하중으로 건물 하부로 전달되면서 연속붕괴가 일어난 가장 큰 원인으로 판단된다.

두 번째는 PIT층 콘크리트 가벽 자중의 추가 및 지지방식 변경으로 인한 하중의 중앙부 집중이다. 39층 바닥구조를 별도의 구조검토 없이 일반 슬래브에서 데크슬래브로 했고, 지지방식을 일반 가설지지대에서 중량의 콘크리트 가벽으로 변경했다. 이로 인해 작용하중과 부재응력을 증가시켜 피트층 바닥슬래브의 파괴 및 연속붕괴의 발생에 일조한 것으로 판단된다.

세 번째는 콘크리트 강도부족 및 품질 불량이다. 콘크리트강도의 부족 및 품질불량은 철근의 부착, 정착, 이음 성능의 저하를 유발하고, 정상적인 철근 콘크리트 구조채로서의 거동이 될 수 없도록 했다. 슬래브 처짐 증대로 인한 다량의 균열이 발생했고 전단강도의 감소로 철근 콘크리트 슬래브로서의 여러성능을 저하시켜서 바닥슬래브의 붕괴를 유발했다.

◇시공품질(래미콘 품질 및 콘크리트 타설시공 관리)

구조체 콘크리트로부터 코어시험체의 압축강도는 설계기준강도(24N/㎟) 대비 60% 내외(14.4N/㎟)로 전반적으로 불합격 평가를 받았고 표준공시체와 구조체 코어공시체의 강도는 매우 큰 차이를 확인했으며, 표준시험체의 콘크리트와 실제 타설된 콘크리트는 동일한 배합으로 제조된 콘크리트라고 할 수 없다고 판단된다.

콘크리트의 품질 저하의 주요 원인은 원재료불량, 제조 및 타설 단계에서의 추가적인 가수에 의해 발생한 것으로 판단되며, 시공관리와 감리의 과업으로서 건설자재의 품질관리 체계가 매우 미흡한 것으로 판단된다.

◇공사관리(시공관리, 감리기능이 작동되지 못한 공사관리부실)

첫 번째는 행정사항 미이행 및 관련법규 미준수이다. 건축심의 조건부 이행사항인 원설계자와 관계전문기술자와의 업무협력(건축법 시행령 제91조 3)에 의한 이행사항을 준수하지 않았다. (건축구조기술사로부터 구조설계변경 검토 협조를 누락하고 임의 시공에 의한 별도의 하중이 발생되어 구조안전성이 확보되지 못했다.)

두 번째는 감리에 의한 검측업무의 미흡이다. 

감리단의 ‘건축분야 공종별 검측업무 기준’에 거푸집 설치 및 철근 배근, 콘크리트 타설, 한중콘크리트 시공 등 검측체크리스트를 활용해 검측되도록 기술돼 있음에도 세부공정의 검사항목을 반영하지 못했다.

또 지난해 12월 31일 검측된 201동 ‘PIT층 벽체 거푸집’에 대한 검측요청서 및 검측통보서에는 ‘데크플레이트 지지용 콘크리트 가벽’에 대한 도면 및 공법변경 내용과 하부 3개층 동바리가 제거된 상황 등을 검측하지 못하고 후속공정을 승인했다.

세 번째는 시공사와 감리의 업무협력 부족이다. 

구조설계변경(가벽설치), 자재변경(데크플레이트 변경) 사항 등에 대해 시공사와 감리의 업무협조상에서 설계변경사항을 확인하고, 구조검토 등을 확인하는 업무실적이 없었고, 건설자재(레미콘)의 품질 확인을 위한 시험평가가 형식적으로 시행됐다.

여기에 구조체의 콘크리트강도가 설계기중강도에 크게 미치지 못하는 등 공사와 감리의 업무 협력을 통해 레미콘의 품질, 입수검사, 타설 및 양생시공 등 품질관리 협의 실적이 없다는 문제가 겹치면서 이러한 참사가 발생하게 된 것이다.

 

 

한국건설신문