[건설안전기사] 양중기 와이어로프는 왜 강할까? 구조와 안전계수 10-5-3-4

 

크레인이 무거운 철골이나 콘크리트 부재를 들어 올리는 모습을 보면 가느다란 줄처럼 보이는 와이어로프가 어떻게 그 무게를 버티는지 궁금해집니다. 가까이에서 보면 와이어로프는 굵은 쇠막대 하나가 아닙니다. 수많은 강선을 단계적으로 꼬아 만든 복합 구조입니다.

 

이번에는 2023년 2회 작업형 문제를 출발점으로 양중기의 뜻부터 와이어로프를 구성하는 소선·스트랜드·심강, 그리고 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제163조의 안전계수까지 함께 살펴보겠습니다.

 

 

 

기출문제

 

Q. 다음에 해당하는 양중기 와이어로프 등 달기구의 안전계수를 쓰시오

1. 근로자가 탑승하는 운반구를 지지하는 달기와이어로프 또는 달기체인

2. 화물의 하중을 직접 지지하는 달기와이어로프 또는 달기체인

3. 훅·샤클·클램프·리프팅빔

4. 그 밖의 경우

 

답안

구분	안전계수
근로자가 탑승하는 운반구를 지지	10 이상
화물의 하중을 직접 지지	5 이상
훅·샤클·클램프·리프팅빔	3 이상
그 밖의 경우	4 이상

 

*사람 10-화물 5-부속구 3-기타 4로 기억합니다. 마지막 숫자가 단순한 내림차순이 아니라 3-4라는 점에 주의합니다.

 

 

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먼저, 양중기란 무엇일까요?

 

양중(揚重)은 물체나 사람을 들어 올리거나 옮기는 일을 뜻합니다. 「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제132조에서 말하는 양중기는 다음 기계입니다.

• 크레인과 호이스트
• 이동식 크레인
• 리프트
• 곤돌라
• 승강기

기계의 형태는 서로 다르지만, 사람이나 무거운 화물을 매달아 올리고 내리거나 수평으로 옮긴다는 공통점이 있습니다. 이때 기계의 힘을 화물이나 운반구에 전달하는 핵심 부품이 와이어로프와 달기구입니다.

 

 

양중기 와이어로프란 무엇일까요?

 

와이어로프는 여러 가닥의 강선을 나선형으로 꼬아 만든 로프입니다. 크레인의 드럼과 시브를 따라 휘어지면서도 큰 인장력을 전달할 수 있어 화물의 권상, 붐의 지지, 운반구의 승강 등에 사용됩니다.

 

여기서 중요한 점은 와이어로프가 단단하기만 한 재료가 아니라는 것입니다. 굵은 강봉 하나는 강하지만 드럼에 감기기 어렵습니다. 반대로 아주 가는 철선 하나는 잘 휘지만 큰 하중을 버티기 어렵습니다. 와이어로프는 가느다란 고강도 강선을 여러 단계로 묶어 강도와 유연성을 함께 확보한 구조입니다.

 

와이어로프를 작은 구성에서 완성품 순서로 보면 이해하기 쉽습니다.

 

Wire 여러 개
↓ 꼬기
Strand 한 가닥
↓ 여러 Strand를 Core 주위에 꼬기
Wire Rope 완성

 

여러 소선이 하중을 나누어 받고, 나선형으로 꼬인 구조가 로프를 드럼과 시브에 감을 수 있게 합니다. 중심의 심강(Core)은 스트랜드의 위치를 유지하고 로프 단면이 쉽게 찌그러지는 것을 억제합니다.

 

다만 ‘소선이 많을수록 무조건 좋은 로프’는 아닙니다. 일반적으로 가는 소선이 많으면 잘 휘어 피로에 유리하지만 마모에는 상대적으로 불리할 수 있고, 굵은 소선 수가 적으면 마모에는 강하지만 반복 굽힘에는 불리할 수 있습니다. 사용 장비와 작업조건에 맞는 구성이 필요한 이유입니다.

 

 

와이어로프 각 부분의 이름

 

 

Wire｜소선

와이어로프를 이루는 가장 작은 강선입니다. 여러 소선이 하중을 나누어 받습니다. 소선 일부가 끊어지더라도 로프 전체가 즉시 분리되지는 않지만, 단선이 누적되면 남아 있는 소선에 하중이 집중되므로 폐기 여부를 점검해야 합니다.

Strand｜스트랜드·가닥

여러 소선을 중심선 주위에 나선형으로 꼬아 만든 한 묶음입니다. 다시 여러 스트랜드를 심강 주위에 꼬면 완성된 와이어로프가 됩니다.

예를 들어 6×19 계열은 기본적으로 6개의 스트랜드로 이루어지고 각 스트랜드가 여러 소선을 포함하는 구조를 뜻합니다. 세부 소선 수와 배열은 제품의 분류와 구성에 따라 달라질 수 있습니다.

Core｜심강

와이어로프 중앙에서 스트랜드를 받쳐 주는 중심부입니다. 스트랜드 사이의 간격과 로프 형상을 유지하며, 로프가 눌려 찌그러지는 것을 줄이는 역할을 합니다.

심강은 크게 다음처럼 나누어 볼 수 있습니다.

• 섬유심: 유연성이 좋고 윤활유를 머금을 수 있음
• 강심: 강도와 압착 저항이 큼
• 독립 와이어로프 심강(IWRC): 작은 와이어로프 자체를 중심에 사용하여 강도와 압착 저항을 높임

Wire Rope｜와이어로프

여러 스트랜드를 심강 주위에 꼬아 완성한 전체 로프입니다. 실제 현장에서는 완성된 와이어로프가 드럼·시브·훅·샤클 등의 부품과 함께 하나의 인양 체계를 구성합니다.

Identification Tape｜식별 테이프

일부 와이어로프는 심강 안쪽에 제조사나 제품을 식별하기 위한 테이프 또는 색실을 넣습니다. 제품을 분해하거나 파단부를 조사할 때 제조사, 제품 계통 및 추적정보를 확인하는 단서가 됩니다.

식별 테이프는 하중을 지지하는 구조재가 아닙니다. 모든 제품에 같은 방식으로 들어가는 것도 아니므로, 색상이나 테이프만 보고 로프의 규격과 성능을 임의로 판단해서는 안 됩니다. 정확한 정보는 제조사의 인증서·제품표시·시험성적서와 함께 확인해야 합니다.

 

 

 

 

제163조의 안전계수는 무엇일까요?

 

「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제163조는 안전계수를 다음 관계로 설명합니다.

 

안전계수 = 달기구의 절단하중 ÷ 달기구에 걸리는 하중의 최대값

 

예를 들어 절단하중이 50kN인 달기와이어로프에 최대 10kN의 하중이 걸린다면 안전계수는 5입니다.

- 50kN ÷ 10kN = 5

 

안전계수가 5라는 말은 평소 하중의 다섯 배를 실제 작업에서 들어도 된다는 뜻이 아닙니다. 절단에 이를 수 있는 하중과 실제 최대하중 사이에 필요한 여유를 확보한다는 의미입니다. 실제 작업에서는 로프의 마모·부식·단선, 줄걸이 각도, 충격하중과 반복 굽힘 등 여러 조건도 함께 고려해야 합니다.

 

왜 사람은 10이고 화물은 5일까요?

 

근로자가 탑승한 운반구를 지지하는 로프가 파단되면 곧바로 추락과 중대재해로 이어질 수 있습니다. 그래서 화물을 직접 지지할 때보다 더 큰 안전 여유인 10 이상을 요구합니다.

 

 

적용 대상	안전계수	이해하기
사람 탑승 운반구	10 이상	인명과 직접 연결되므로 가장 큰 여유
화물 직접 지지	5 이상	화물의 하중을 직접 받는 로프·체인
훅·샤클·클램프·리프팅빔	3 이상	로프와 화물을 연결하거나 하중을 분산하는 달기구
그 밖의 경우	4 이상	위 세 구분에 속하지 않는 달기구

 

 

제163조 제2항은 안전계수만 요구하는 데서 끝나지 않습니다. 달기구에는 최대허용하중 등의 표식이 견고하게 붙어 있어야 합니다. 현장에서 모양만 보고 허용하중을 짐작하지 않도록 하기 위한 기준입니다.

 

또한 제164조는 달기와이어로프 또는 달기체인과 일체형인 고리걸이 훅·샤클의 안전계수를 연결된 로프나 체인의 안전계수와 같은 값 이상으로 요구합니다. 로프만 강하고 연결부가 약하면 인양 체계 전체가 안전하다고 볼 수 없기 때문입니다.

 

 

구조와 안전계수를 함께 보는 이유

 

안전계수는 새 제품의 숫자만 확인하는 문제가 아닙니다. 와이어로프는 소선과 스트랜드가 하중을 나누어 받기 때문에 단선·마모·부식·압착·킹크가 생기면 실제 성능이 떨어집니다.

• 소선이 끊어지면 남은 소선으로 하중이 집중됩니다.
• 스트랜드가 함몰되거나 이탈하면 하중 분담이 고르지 못해집니다.
• 심강이 손상되거나 불거지면 로프 단면과 스트랜드 배치가 무너집니다.
• 열과 전기충격을 받으면 강선의 성질이 변할 수 있습니다.

따라서 현장에서는 안전계수, 최대허용하중 표식과 함께 로프의 형상과 손상 상태를 확인해야 합니다.

 

 

정리

 

양중기는 크레인·이동식 크레인·리프트·곤돌라·승강기처럼 사람이나 화물을 들어 올리고 옮기는 기계입니다. 와이어로프는 이 힘을 전달하기 위해 다음 구조로 만들어집니다.

Wire → Strand → Core 주위에 결합 → Wire Rope

 

Identification Tape는 일부 제품의 내부에 들어가는 제조·식별용 표지이며 하중을 지지하는 부품은 아닙니다.

제163조의 안전계수는 다음과 같습니다.

사람 10-화물 5-부속구 3-기타 4

 

숫자만 기억하기보다 사람을 태우면 가장 큰 안전 여유가 필요하다는 원리를 함께 이해하면 순서를 놓치지 않기 쉽습니다.