본문내용
1. 300평2층 철골 상가의 구조 및 특성
1.1. 규모 및 건물 개요
본 건물은 연면적 300평, 지상 2층 규모의 철골 상가 건물이다. 지상 1층과 2층으로 구성되어 있으며, 주로 상업, 업무 시설로 활용되고 있다. 철골 구조를 기반으로 하여 내구성과 내화성이 우수하며, 대형 개구부 설치가 용이한 특징을 지닌다. 넓은 평면 구성과 높은 층고로 인해 다양한 용도의 공간 활용이 가능하다. 또한 충분한 조닝과 배치 계획을 통해 효율적인 활용도를 확보하고 있다.
1.2. 구조 시스템 및 주요 구조부재
진마오 타워의 주요 구조 시스템 및 부재는 다음과 같다. 첫째, 코어(mega core)는 RC조의 8각형 형태이며 40~60MPa의 고강도 콘크리트를 사용하였고 벽두께는 45~85cm, 직경은 27m이다. 내부는 #형태의 웨브(web)로 보강되어 있다. 둘째, 메가 기둥(mega column)은 총 8개소에 SRC 조립형식으로 설치되었으며 기둥 크기는 1.5m*5m에서 1m*3.5m까지 다양하다. 셋째, 아웃리거(outrigger)는 2개 층 높이의 철골 트러스를 3개소에 설치하였는데 24-25층, 51-52층, 86층에 배치되어 있다. 넷째, 외부의 8개 메가 기둥과 8각형 메가 코어가 3등분한 높이에서 아웃리거 트러스로 일체화되어 수평력에 효과적으로 대응할 수 있도록 설계되었다. 다섯째, 건축가의 디자인 의도에 따라 50층 범위 내에서 강도를 증진시키고 동적 거동에 효과적으로 대응할 수 있도록 하였다. 여섯째, 건물 전체가 탄성적으로 지진이나 파괴 시에도 인성을 발휘할 수 있도록 SRC, RC 구조로 구성하였고 철골 및 합성 프레임 구조를 활용하여 인장응력에 대응할 수 있도록 하였다.
진마오 타워의 주요 구조 시스템 및 부재는 메가코어, 메가기둥, 아웃리거 트러스 등 대규모 부재를 활용한 고강도 콘크리트 구조로 이루어져 있다. 이를 통해 건축가의 디자인 의도에 부합하는 동적 거동과 내진 성능을 확보할 수 있었다. 또한 전체 구조체가 탄성적으로 거동하여 파괴 시에도 충분한 인성을 발휘할 수 있도록 하였다.
1.3. 내진 설계 및 내풍 성능
진마오 타워는 내진 및 내풍 설계가 잘 이루어져 있다. 88층에 달하는 초고층 빌딩임에도 불구하고 안전한 구조 시스템을 갖추고 있다.
우선, 진마오 타워는 복합 철골구조 시스템을 채택하여 내진 성능을 높였다. 8개의 대형 기둥과 8각형 코어벽이 3개의 아웃리거 트러스로 연결되어 수평력에 효과적으로 저항할 수 있다. 또한 콘크리트의 강도를 최대 60 MPa까지 사용하여 구조 부재의 단면을 최소화하고 강성을 증가시켰다. 이를 통해 지진 시 건물의 변형을 최소화할 수 있다.
내풍 성능 측면에서도 상당한 노력이 이루어졌다. 설계 시 기본 풍속 32.5 m/s를 기준으로 하였으며, 최하층에서는 70 kgf/㎡, 첨탑 꼭대기에서는 360 kgf/㎡의 풍압을 견딜 수 있도록 설계하였다. 그 결과 1년 주기 바람에 대해서는 7 milli-g, 10년 주기 바람에 대해서는 13 milli-g의 가속도가 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 고층 빌딩이 안전하게 내풍압을 견딜 수 있음을 보여준다.
종합적으로 볼 때, 진마오 타워는 탁월한 내진 및 내풍 성능을 갖춘 초고층 건물이라 할 수 있다. 복합 철골구조, 고강도 콘크리트, 아웃리거 시스템 등의 구조 기술이 결합되어 건물의 안전성을 극대화하였다. 이를 통해 거대 규모의 건축물도 지진과 태풍으로부터 안전할 수 있음을 보여준다.
2. 국내외 초고층 건축 사례 분석
2.1. 진마오 타워(중국)
진마오 타워는 중국 상하이에 위치한 88층 높이의 복합 철골구조 건물이다. 1993년에 착공하여 1998년에 완공되었으며, 연면적은 약 12만 6500평에 달한다. 공사비용은 약 5억 달러(한화 약 7000억 원)가 소요되었다. 건물의 용도는 하층부 3-50층은 사무실, 53-87층은 그랜드 하야트 호텔, 89-93층은 기계실로 구성되어 있다.
진마오 타워의 주요 구조적 특징은 다음과 같다. 첫째, 8각형 모양의 메가 코어(mega core)는 RC조로 이루어져 있으며 벽체 두께는 45-85cm에 달한다. 둘째, 8개의 대형 기둥(mega column)이 메가 코어와 3등분하는 높이에서 아웃리거 트러스로 연결되어 수평력에 대응하도록 설계되었다. 셋째, 빌딩의 고유 진동 특성을 높이고 적절한 동적 거동을 유도하기 위해 제진 장치 없이 강성과 감쇠 성능을 최대화하도록 하였다. 넷째, 설계 기본 풍속을 32.5m/sec으로 하여 풍하중에 대응하였고, 빌딩 최하부에는 70kgf/㎡, 첨탑 꼭대기에는 360kgf/㎡의 풍압이 작용하도록 설계하였다. 다섯째, 빌딩의 가속도는 1년 주기 바람에 7mili-g, 10년 주기 바람에 13mili-g 이하로 유지되도록 하였다.
진마오 타워의 아웃리거 시스템은 횡력에 효과적으로 대응하는 핵심 구조 기술이다. 빌딩에 횡력이 작용하면 아웃리거로 연결된 외곽 기둥이 코어와 함께 전도 모멘트에 저항하게 되어, 코어가 단독으로 저항하는 경우보다 모멘트 값이 감소한다. 따라서 코어의 단면을 축소하고 철골량과 접합부 비용을 절감할 수 있다. 다만 아웃리거 시스템은 코어의 전단력은 감소시키지 않는다는 한계가 있다.
진마오 타워의 구조 설계와 시공에는 첨단 기술들이 다수 적용되었다. 800MPa의 고강도 콘크리트를 사용하여 부재 단면을 최소화하고 강도를 높였으며, 수화열 제어와 품질 관리를 통해 균열 발생을 방지하였다. 또한 건물의 기둥 단축 현상에 대비하여 코어월과 기둥 보정치를 사전에 산정하고 시공 과정에서 이를 반영하였다. 특히 층간 전이 보와 슬래브 접합부 등에 다양한 변형 흡수 장치를 설치하여 건물 골조의 안정성을 확보하였다.
이처럼 진마오 타워는 중국 초고층 건축물의 대표적인 사례로, 아웃리거 시스템과 고강도 콘크리트, 첨단 시공 기술 등 혁신적인 구조 설계 기술이 집약된 건물이다.
2.2. 페트로나스 타워(...
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