LG Twin Tower 건축시 설계진행에 대해 알아봅니다.

[ABAC]

LG Twin Tower의 설계진행 일화

Structural System 부문(SD;Schemetic Design)

“자원빈곤국인 한국은 시멘트와 골재사정이 좋으니 구조체는 콘크리트와 강재의 특성을 살린 합성구조(Mixed system, composite system)를 활용하여 강재를 덜 쓰도록 하는 것이 한국 기술자의 우선적인 임무이다.”라고 한 SOM의 구조담당 파트너(Structural parnter)이며 구조분야의 달인인 故 파줄루칸(1982年 4月 作故)이 충언을 했다. 이를 채택한 결과 투입강재량이 85kg/㎡로 상당한 강재의 절감이 있었다. SOM의 담당자가 “한국의 바람(풍하중)이 어째서 이렇게 강한가 ?”라는 질문에 당시 건축법 시행령에서 정한 풍하중식(q = 50√H)을 원망하면서 SOM의 조언대로 UBC규정에 따라 설계진행을 하였다. 아시다시피 우리나라의 풍하중규정은 1983년 UBC와 유사하게 바뀌었다. 바람도 일본으로부터 독립하여 국제화가 되었는지 모르지만 결과적으로 다행스러운 일이다.

내진설계와 바람의 경우는 같은 맥락으로 처리되었다.

Architectural planning & equipment System 부문 (DD;Design Development Phase)

인명피해를 최소화하기 위한 방재계획(Life Safety & Fire Fighting System),BMS(Building Management System) 및 보안시설(Security System)등은 미국인다운 인명존중사상, 건물의 효율적 관리 및 외부로부터의 보안유지에 초점이 맞추어 기본시스템의 설계를 진행하면서 상세한 설계는 전문컨설턴트(consultant)를 추진하는 선에서 마무리되었다. 특히, 보안체제(security system)는 각종 창호철물 선정까지 연관이 있는 중요한 것이었고, 건물보안에 대한 건축주의 결심사항을 재촉할 때는 건축주측에서 짜증이 날 정도였다. SOM은 큰 건물을 소유하고 관리를 하려면 그정도의 확인도 안 하느냐고 오히려 의아해 했다. 요즘 유행하는 인텔리젼트(intelligent building)으로 설계를 진행하고 있었다.

"에너지는 돈이다.“ 라는 말을 기계기술자보다 오히려 건축가가 더 자주 했던 것으로 기억한다. 이렇게 설계는 계속해서 진행되었고 몇차례 중요한 고비마다 건축주의 최종승인을 얻기 위하여 설계설명회(presentation)를 갖는데 이것 또한 눈여겨 볼만한 미국식 쇼에 의하였다. 무수정승인을 통과받기 위하여 컴퓨터그래픽,, 투시도, 슬라이드, 모델, VTR 등을 동원하여 건축주에게 설명하는 것이었다. 이것설계의 신기술(Newew Design Technique)의 편린을 접하게 된 좋은 기회인 동시에 신선한 충격이었다.

Construction Design & Eval‎uation (CD;Construction Design Phase)

건축연면적 48,600평의 설계, 2년의 설계기간이 소요, 완성도면은 SOM작성도면;A0 350매국내도면;A0 1,000매등으로 작성되었으며, 건물의 외관, 입면과 단면, 수직방향으로 인속되는 120。 의 돌출창(bay window)과 계단식 건물의 세트백, 화강석 격자 속의 유리창등은 SOM이 미국은행(샌프란시스코)과 제3제일은행(시카고)의 건물에 채용된 것이다.

어떤 건축평론가는 “1970년도 중반부터 1980년대 초반까지 고층건물의 외관은 포스트 모더니즘(post modernism)의 기세로 혼돈의 길을 걷고 있었다.” “ 당시 SOM이 돌출창과 높이에 따라 계단식으로 건물이 작아지는 형태에 몰두했슴은 미스 반 데어 로에(Mies Van Der Rohe)의 굳어진 신화를 헬무트 얀(Helmut Jahn)등의 신진파워의 도전으로부터 지키고자 하는 보수파의 마지막 몸부림이었다.”라고 주장한다. 불과 3년이 지난 1985년의 SOM의 시카고사무실에는 문제의 돌출창따위는 창고 깊숙한 역사의 뒤안길로 물러가고 포스트 모더니즘만이 사무실에 만개하고 있었다. 건물의 외관도 패션인가, 그 패션의 주동자는 누구인가, 건축가가 외관의 주역인가 아니면 사회의 요청인가. SOM에게 이 건물의 외관에 대하여 새로운 제안을 부탁했다면 그들은 필시 한국적 포스트모더니즘의 연주소는 어디인가부터 구상하여 지금과는 다른 현격히 다른모습을 보였을지도 모르는는 느낌이 든다.

LG Twin Tower 설계당시 SOM의 조직구성

13명의 파트너(general partners)와 30～40명의 부파트너(associate partner)들이 회사를 운영하고 그 하부조직으로 이사(associate)직급과 몇 등급의 건축가(architects)와 엔지니어(engengineers)로 구성되어 전체 인원이 800명정도에 달한다.

프로젝트착수시 조직체계

․ 업무 총괄 파트너 (general partner in charge of management)

․ 설계담당 파트너 (general parnter in charge of design)

․ 업무관리부장 (pproject manager;ASSC, parntner급)

․ 실장 (studio head;associate급)

․ 기술조정자 (technical coodinator; associate급, T/C)

․ 책임건축가 (senio arcitect)

․ 건축가/엔지니어 (architects/engineers)

․ 팀원 (team member/crew; draftsman, etc.)

프로젝트착수시 조직운영

실무진행은 실장과 T/C중심으로 운영한다. 특이한 사항은 T/C제도였다. 건축, 구조, 기계 배관, 소방, 전기, 조경 및 인테리어 등 모든 분야가 사내에 있고 수평적인 관계가 엄격하므로 눈군가는 조정업무를 담당해야 한다. 그 조정역할자가 T/C인데 다른 설계사무소의 도면책임자(job captain)와 비슷하다. 일견 하찮아 보이는 내용까지 실물대 시험(mock-up test)에 의한 품질관리에 포함되는 치밀함을 엿볼 수 있다.

차세대 구조시스템에 대한 현실과 노력

가. 재료의 고강도화,경량화

차세대 구조시스템을 구현하는 구조재료로서 콘크리트와 철강재의 기여도는 더욱 높아 질 것이고 재료의 고강도화와 경량화를 위한 연구개발이 심도를 더할 것이다.

․ 고강도콘크리트 : 콘크리트의 중급정도인 300kg/㎠ 강도를 실현하는 데도 시공 및 품질관리에 여러문제가 많은 데 반해 중국과 동남아지역의 건설현장에서는 600kg/㎠이 상의 강도를 무리없이 양산하고 있다. 장래에는 강도가 2,000kg/㎠의 것이 일반화되 고 4,000kg/㎠ 이상의 것도 불가능하지 않다는 것이 학자들의 견해이며 1,000kg/㎠의 것은 현실화 될 것으로 기대된다.

․ 경량콘크리트 : 국내에서 설계하는 건층건물의 구조체 물량이 경량콘크리트가 일반화 되 미국의 경우에 비해 15%이상 많은 것은 구조설계자의 능력차이에서 기인하는 것이 아니다. 만유인력과 지진력은 물체의 질량에 비례하는 것이 자연법칙이기 때문이다. 초고층건물에 바닥슬래브의의 경량콘크리트화는 시급하다.

․ 철강재 : 건물이 장스팬화하고 고층화하면서 철강재의 시급화는 중대하고 초고강도화 를 지향한다. 그러나 현실은 철판의 두께가 4cm를 넘으면 강도를 낮게 평가하는 현행 규정과 두께의 구분없이 일정한 강도를 갖는다는 스체강의 경우에도 두께 10cm를10cm 를 넘으면로강도를 낮게 평가하며 불확실한 고장력볼트의 품질과 SWS490은 항복 응력도항복응력도가 3.3t/㎠인데8.0t/㎠의 것이 생산되고 있고 향후 11.0-15.0t/㎠의 것을 개발 하고 있는 실정은 국내철강산업의 발전과 함께 점차 바뀌어질 것으점차 바뀌어질, FR 강 및 스테인레스강 중에서 내화성이 높은 FR강의 개발이 필요하다. 일반강재는 온도 300℃에서 강도의 절반을 상실하는 데 비하여 FR강은 600℃에서도 강도의 2/3이상을 유지한다.

차세대구조시스템의 유형

가. 막구조와 개폐식 구조시스템

막구조 시스템이 초장스팬구조와 가변식 개폐구조로서 차세대의 총아로 등장할 가능성이 크다. 지금의 막조시스템은 제2세대에 접어들었다고 한다.제1세대는 구조시스템의 정리,, 불연성 막재료의 개발, 이음상세 및 용접기술의 개발막구조시스템의 확립과 체계화가화가 이루어진 시기이다. 현재의 2세대는 다른 건축재료와의 접합, 전체 구조물로서의 조화, 건축환경 형성이 적극적인 표현 등을 추구하는 시기이다. 고정적인 막구조시스템도 그렇고 지붕을 열고 닫는 개폐식 지붕구조물에 대한 일반인의 관심과 함께 레저공간이 늘어가는 추세에 따라 수요가 늘있다. 또한 막의 특성을성을 이용하여 필요에 따라 작게 접을 수 있고 더 크게 펼칠 수 있는 전개구조 시스템도 주목을 받는다. 막구조시트템은 한시적인 ㅜ조물일 수밖에 없다는 인식이 강하므로 일반인에게 친숙해지고 항상 접할있는 영구구조물일 수일 수 있다는 인식을 갖게하는 것이 중요하다. 기존의 건축재료와 함께 사용한 혼합구조시스템의 개발과 신소재와의 결합으로 대공간 구조시스팀에 끊임없는 도전이 가능하다. 막구조 시스템이 제3세대를 맞이할 때는 어떠한 구조형태가 되어 있을지 궁금하다.

나. 초고층 구조시스템

건물이 초고층화되면 구조부재 자체는 물론 전체적인 구조시스템도 하이브리드(hybrid)화가 필연적일 것이다. 서로 다른 구조부재의 장점을 활용하는 합성구조, 복합구조 또는 혼합구조 등과 유사한 개념인 하이브리드구조의 중요성이 증대되는 추세이다. 다양하고 복잡한 건축공간구성 자체가 하이브리드시스템을 탄생토록한 주요 동기가 되었다면 이 시스템이야말로 미래 건축에 맞는 구조시스템이 향방을 가늠케 한다.

다. 지하구조시스템

초정밀 반도체, 전자 및 생명공학 등의 산업시설은 단열, 항온, 항습, 제진 및 방전자기파 등 첨단업무환경이 필요한데 이러한 연구시설은 지상보다는 지하암반에 두는 것이 훨신 효과가 높다고 한다. 농수산물 지하창고로서 지하시설의 매력은 엄청나다. 지하구조체 자체의 합리적인 설계는 물론이고 암반의 붕괴방지기술과 지하수의 치수처리기술의 연구가 계속될 것이다.

구조계산규준

1988년부터 시행된 철근쿤크리트구조의 설계기준(극한강도설계법)은 사용과정에서 보완해야 할 곳이 여러 군데 있음을 알게 되었다. 강구조의 계산규준도한계상태설계법의 기초안이 완성되었고고 앞으로 보완작업을 거친 후 채택될 전마이다. 철골 철근콘크리트계산규준은 허용응력설계법에 의한 것이 완성단계에 있고 한계상태설계법에 의한 규준도 마련할 시기에 와 있다. 강관구조계산규준도 연구단계에 있다. 기타 프리캐스트곤크리트 조립식 건축구조설계규준, 벽식 콘크리트구조설계규준 등도 보완이 필요하고 막구조계산규준이나 케이블 구조게산규준도 마련할 시기에 와 있다. 강관구조계산규준도 연구단계에 있다. 다양화, 전문화세대로 가는길목에 서 있는 지금에 정비해야 할 계산규준이 너무도 많다. 이러한 각종 구조계산규준이나 지침은 정부의 주관에 의하기보다 구조관련 단체의 자발적인 주관으로 산업계의 도움을 얻어 이루어지는 것이 좋을 것이다.

구조분야의 제도

구조설계업무가 건축사 고유업무의 일부로 제도화되어 잇는 우스꽝스러운 현행법규는 건전한 구조물의 창조에 심각한 장애가 되고 있다. 구조계산용역비가 전체 설계비의 2～4%밖에 안되는 것은 이러한 법규에 익숙해진 건축사의 인식에도 기인한다. 아마츄어와 프로페셔널이 구분되어야 할 시기는 이미 때를 놓치고 있다. 책임과 권한의 부조화가 여기에 있다. 한국기술사회 건축구조분회는 구조설계용역비(구조계획, 계산 및 도서작성)를 전체 설계비의 12%로 할 것을 주장하고 있다. 일본과 미국의 경우는 하한비율이 12～18%이므로 이는 비교적 설득력을 갖는 비율이다. 전체설계비으 12%이상 수준의 구조설계용역비가 일반화된 여건에서, 구조기술자는 설계초기 단계부터 참여하여 전문지식을 충분히 반영하고 마무리까지 책임져야 한다. 구조기술자의 책임하에 도면과 시방서를 제작하고 슷로 서명을 하여 사후에 책임소재를 분명하게 하는 제도가 정착되어야 한다. 이렇게 하여 구조기술자가 주도하는 전문분야가 확보되어 시대흐름에 발맞추게 된다. 역량있는 구조기술자의 제도적 양성도 시급하다. 학부졸업 후 실무경력 7년 후 구조기술사자격을 취득하면 곧바로 구조설계사무소를 개설하여 무소불의의 능력을 가진 기술자로 행세하면서 실상은 부재단면 생산과 사무소 유지 경영에 급급하여 자료의 총합정리나 보다 공학적이고 미적인 구조시스템 등에 대한 개발연구는커녕 시간에 쫓기며 세월이 흐르는게 현 실정이다. 토질이나 기초지정의 분야에는 관련 전문가의 협업이 필요하다. 내진설계 대상 건물을 6층 이상의 것으로 제한하는 현행규정은 모든 건물에 내진 설계를 하도록 바꾸어야 한다. 6층을 기준으로 제정한 당시의 배경이 연간 건축허가 건수가 비교적 적은 6층이상으로 했다는 것은 백번 이해하더라도 지금의 상황에서는 더욱 보강되어야 하겠다. 건축물의 허가수속시 기술심의 등의 절차도 구조분야는 구조전문기술단체가 자율적으로 주관하도록 해야 할 것이다. 그렇게하여 전문기술집단의 사회적 책임이 강조되어야 한다.

강도설계법의 도입

1973년12월 대한건축학회는 허용응력설계법을 근간으로한 철근콘크리트구조계산규준 및 동해설을 내놓았다. 허용응력설계법은 20년이 지난 현재까지도 대학 강의에서는물론 실무분야에서도 대세를 이루고 있다. 1988년 12울 건설부는 대한건축학회에 의뢰하여 극한강도설계법 또는 강도설계법을 근간으로 한 건축구조 설계기준을 제정하였다. 기준의 내용이 미국의 AC1318-83의 것을 그대로 전용한 것이기는 하나 강도설계법을 선택한 것은 획기적인 발상의 전화이었다는 평가를 받고 있다. 일본의 규준은 아직 혀용응력도설계법을 고수하고 있으나 가까운 장래에 극한강도설계법과 유사한 종극강도설계법(일본용어)으로 바뀔 가능성이 많다고 한다. 미국의 경우 강도설계법을 1963년부터 허용응력설계법과 함께 선택적으로 사용토록 하였고 1971년부터 강도설계법을 전면에 내세우고 있다. 이러한 사실은 국가간 기술수준이나 국민소득의 차이와 상관지어야 할 것은 아니라고 생각된다.

철근콘크리트의 장점을 살리기 위한 설계방향

콘크리트는 국제적으로 보편하된 건축자재이다. 경제성이 있고 다양한 형태와 기능의 표현이 가능하며 내화성은 물론 수명도 길다. 더구나 고층 건물 설계시 내력벽구조나튜블러구조 등과 같이 적절한 구조시스템을 활용한다면, 자중이 크다는 점이 콘크리트건물의 고틍화에 장애가 된다고만은 할 수 없다. 콘크리트의 자중이 사실상 문제이기는 하나 그 대신 강성이 매우 크므로 수평변위, 바닥진동 및 국부적인 불안정을 최소화흘 수 있고 적절한 구조시스템을 선택함으로써 많은 문제점을 해결할 수 있다.

번게일 타르나드의 콘크리트 건물의 경제성을 높게 설계하는 주안점 8가지

1. 새로운 구법을 택한다. 예를 들어, 스키프조트바닥(skip joist slab)은 조이스트의 본수를 줄일 수 있어 구조체의 중량을 적게 한다.

2. 철근의 이음을 기계적 이음(mechanical coupler)으로하여 철근의 낭비를 막는다.

3. 기둥의 후프와 보의 늑근을 용접망(welded cage)으로 대체하여 철근량을 줄일 수 있다.

4. 고강도콘크리트(420～700kg/㎤)를 사용한다.

5. 경량골재를 사용하여 건물의 고정하중을 50～100kg/㎤ 경감하여 철근량을 10～15%

절약할 수 있다.

6. 경량콘크리트를 사용하여도 별도의 내화피복이 필요하지 않으므로 슬래브 두께를 12.5mm 줄여도 마방하다.

7. 고강도 철근(5,000kg/㎤)을 사용한다.

8. 최신의 설계기법을 응용한다.

그가 제안한 것 중 몇가지는 우리의 사정에 적합하며 당장이라도 활용할 가치가 있다.

건설현장에서 생산성향상을 위한 구조설계분야의 고려할 사항

일반적으로 PC구조, H PC구조, 대규모 공사, 공장건물 등은 생산성이 높고, RC구조, 소규모공사, 집합주택, 오피스빌딩 등은 생산성이 낮은 것으로 알려져 있다. 이것은 생산공장의 생산라인에서 채용하고 있는 칠밀설계 및 시공관리에 적용하는 것 등 건설담당자와 함께 연구해야하는 것이 오늘의 우리에게 지워진 시대적 요구상황일 것이다.