초고층 건물은 어떻게 지을까? 초고층 건물의 비밀

안녕하세요, 한화건설입니다. 뉴욕의 엠파이 스테이트 빌딩, 상하이의 동방명주, 대만의 타이페이 101, 서울의 63빌딩 등. 모두 각 나라와 도시를 상징하는 유명한 마천루입니다. 한 번쯤 ‘저렇게 높은 빌딩은 어떻게 지을까’ 생각해본 적 있지 않나요? 오늘은 초고층 건물 건축에 숨겨진 비밀을 소개합니다.

■초고층 건물은 몇 층부터?

 

▲사우디아라비아에서 건설 중인 초고층 마천루 ‘제다 타워’ 조감도. 2019년 완공되면 세계에서 가장 높은 건물이 된다.

(사진 출처: https://businessinsider.com)

 

지상 168층. 높이만 해도 1km가 넘는 빌딩. 엄청나죠? 바로 2019년에 완공될 사우디아라비아의 '제다 타워'입니다. 처음에는 1,600m(!)로 계획했지만, 지반 조사 결과 견디기 어려울 것이라고 해 1,007m로 계획을 수정했다고 하네요. 아마 완공되면 세계 최고로 높은 건물이 될 것입니다. 

그렇다면 어느 정도 높이 이상을 초고층건물이라고 부를까요? 사실 이에 대한 세계 공통 기준은 없습니다. 보통 높이 200m 이상인 건물을 초고층 건물이라고 분류할 뿐이지요. 다만, 국내에서는 건축법(시행령 제2조 15)으로 초고층건물을 높이 200m 이상 또는 50층 이상인 건축물로 규정하고 있습니다. 참고로 세계초고층도시건축학회(CTBUH)에 따르면 2016년까지 완공된 고층빌딩은 총 1,166개에 이른다고 합니다. 또 현재 건축 중인 것도 전 세계적으로 330여 개에 이른다고 하네요.^^

■엄청난 무게는 어떻게 지탱할까?

 

 

튼튼한 집을 지으려면 뼈대가 튼튼해야 합니다. 초고층 건물도 마찬가지입니다. 초고층 건축의 핵심은 ‘코어 월(Core Wall)’을 올리는 데 있습니다. 코어 월은 초고층 건물의 중심을 잡는 벽체로, 사람의 척추에 해당합니다. 엄청난 압력을 견뎌내고 중심을 잡아야 하기에 초고층 건물의 코어 월은 고강도 콘트리트를 사용합니다.

 

■지면과의 수직은 어떻게 맞출까?

▲한화건설에서 시공한 주상복합 아파트 한화 갤러리아포레. 

땅에서 높이 올라갈수록 균형을 맞추기가 어려워집니다. 동전 쌓기를 생각해 볼까요. 지면과의 수직이 맞지 않으면 동전을 쌓을수록 한쪽으로 기울어져 결국엔 무너지게 됩니다. 층이 올라갈수록 정밀하게 지면과의 수직을 맞춰야 균형을 잡을 수 있는 것이죠. 그래서 초고층 건축에는 인공위성을 이용한 ‘GPS 계측 시스템’을 사용합니다. 덕분에 허용 오차가 2cm에 불과하다고 합니다. 

■왜 초고층 건물은 대부분 유리 외벽일까?

 

 

초고층 건물을 보면 흥미로운 점을 한 가지 발견할 수 있습니다. 외벽이 대부분 유리로 되어 있다는 점입니다. 유리 소재는 하늘을 비추고 주변 조명에 따라 색이 다양하게 변해, 건물을 통해 도시의 다양한 매력을 선보일 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 진짜 기능은 따로 있습니다. 유리벽은 외부의 바람과 열을 막아주는 일종의 칸막이입니다. 우리가 집에 커튼을 치는 이유와 비슷하지요. 이런 건축 양식을 ‘커튼 월(Curtain Wall) 공법’이라고 부릅니다. 건물의 무게를 지탱하지 않고 마치 커튼을 치듯 건축자재를 돌려 쳐 외벽으로 삼는 건축 양식입니다. 외벽을 유리로 치는 방식은 커튼 월의 대표적인 형태로 초고층 건물의 외벽을 시공할 때 많이 사용합니다. 커튼 월 공법에는 건물의 무게를 줄이기 위해 가벼운 소재의 유리와 금속을 주로 사용합니다. 또, 재료를 규격화, 통일화 해 공장에서 미리 조립해 현장에서 붙입니다. 덕분에 공사 기간과 비용을 줄일 수 있습니다. 

■바람과 태풍을 어떻게 이겨낼까?

 

▲대만의 초고층 건물인 ‘타이페이 101’의 거대한 추. 8개의 유압 범퍼로 고정돼 건물의 최대 진동치를 3분의 1 정도까지 줄여준다고 한다.

 

하늘로 높이 올라갈수록 바람도 거셉니다. 초고층 건물 역시 바람의 영향을 많이 받을 수밖에 없죠. Y자형 또는 원형 구조는 바람의 영향을 최소화합니다. 여기에 하나 더. 특별한 시설물을 설치합니다. 바로 진동흡수 장치인 ‘댐퍼(Damper)’입니다. 건물 내부에 거대한 추를 매달거나 상층부에 무거운 구조물을 놓고 조금씩 움직일 수 있게 스프링 등으로 고정해 건물의 흔들림을 흡수하는 원리입니다. 대만 여행을 다녀오신 분들이라면 한 번쯤 관람했을 ‘타이페이 101’ 건물의 거대한 추가 대표적입니다.

 

■지진에는 안전할까?

 

일본의 한 초고층 건물이 지진이 나자 춤을 추듯, 좌우로 움직이며 충격을 견디는 동영상이 유투브에서 화제가 된 적이 있습니다. 이 장면은 건물과 지반을 격리시켜 지진 진동 주기를 길게 늘려 충격을 완화시키는 모습이랍니다. 어떻게 이럴 수 있을까요? 바로 ‘면진공법’ 덕분입니다. 면진공법이란 지진발생 시 진동이 일어나는 땅과 건물을 분리시키는 건축공항 기술입니다. 쉽게 말해 건물과 땅 사이에 진동이 잘 전달되지 않는 탄성이 높은 물질을 채워 넣어 건물에 전해지는 충격을 줄이는 방식이지요. 초고층건물은 면진공법을 적용해 진도 6이 넘는 강진도 견뎌냅니다. 면진기술은 점점 발전해, 최근 일본에서는 압축공기로 건물을 띄워 진동을 차단하는 장치를 개발했다고 합니다.

 

■창문은 있을까?

결론부터 말하면 없습니다. 바람 때문입니다. 지면에서 실바람이 불 때 100층 높이에서는 초속 18m/s의 바람이 몰아친다고 합니다. 보통 태풍이 풍속 17m/s 이상의 바람을 동반한다고 하니, 초고층 건물 상층부에는 항상 태풍이 불고 있는 셈입니다. 이런 바람은 안전에 심각한 위험을 초래할 수 있지요. 그래서 초고층 건물에는 창문이 없고 환기도 공기 정화기에 의존합니다. 

지금까지 초고층 건물 건축에 숨겨진 핵심 기술을 알아봤습니다. 마천루에 대한 궁금증이 조금이라도 풀리셨나요? 이렇게 건축에는 다양한 첨단 기술이 담겨 있답니다. 한화건설은 재미있고 알아두면 유익한 그리고 유식해지는(^^) 건축 이야기로 다시 찾아 뵙겠습니다. 

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