“구조에 관심있는 이들에게 경험해 볼 것 추천”
“구조에 관심있는 이들에게 경험해 볼 것 추천”
  • 미디어제주
  • 승인 2019.12.24 15:51
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제주건축 [2019년 5월호] 건축 이슈 : 구조종합세트 제주드림타워
김영진 건축구조기술사회 제주지회장

본 지에 기고 의뢰를 받고 어떤 내용을 써야 할지 고민 중에 현재 제주에 시공되고 있는 프로젝트이면서 구조적으로 다양한 시스템이 적용된 노형동 드림타워에 대한 내용을 담기로 했습니다.

본 프로젝트의 건축설계는 SIAPLAN건축사사무소, 구조설계는 동양구조안전기술과 MS구조기술사사무소에서 공동으로 수행하였습니다. 최초 설계를 시작한 것은 2008년이고 2010년에 62층 타워로 허가가 났지만 세계금융위기 등으로 착공이 지연되다가 57층으로 변경되었고, 최종

38층 현재의 상태로 다시 변경하여 착공되기에 이르렀습니다.

물론 제주에 오래 계셨던 분들은 아시는 바와 같이 18층 호텔로 허가받고 공사중 1997년 IMF 금융위기의 여파로 공사 중단이 필요한 상황에서 지하 외벽이 무너지지 않을 정도로만 일부 바닥이 시공되고 방치된 상태였습니다.

지금까지 구조설계 실무를 오래 해왔지만 이 프로젝트처럼 특수한 상황에서 시작되고 다양한 구조시템이 적용된 경우가 드물어 ‘구조종합세트’라고 생각하며 구조에 관심있는 후배들한테 직간접적으로 경험해 볼 것을 추천하고 있습니다. 구조적으로 이슈가 되었던 중요한 문제들을 나열하면 다음과 같으며, 이 문제들을 해결해 나가는 과정의 설계와 공법에 대해 간단히 소개하겠습니다.

(1) 제주의 변화무쌍한 지반상태에서 고층 구조물의 지내력 확보
(2) 기존에 20년 정도 존치된 콘크리트 지하 외벽을 새 건물의 영구벽체로 이용해야 하는 것
(3) 20년 전 지하 4개 층에서 현재의 5개 층으로 늘릴 때 층고와 천정고 확보 문제
(4) 포디움 층의 대공간(최대 스팬 32m)을 합리적인 층고내에서 해결해야 하는 문제
(5) 타워부분인 호텔의 충분한 천정고와 층고를 확보하는 문제
(6) 고층부 횡변위 저항력 확보를 위한 구조시스템 결정

1) 지내력 확보

많은 분들이 아는 것과 같이 제주의 지반은 단단한 암반과 클링커 등 약한 층이 반복하여 나타나는 시루떡과 같은 지층을 이루고 있다. 타워부분의 필요한 지내력은 최대 2500kN/m 이며 포디움 부분은 1000kN/m 이었다. 타워기초의 지지력을 문제에서 국내 토질전문가들의 다양한 의견제시가 있었는데, 대부분 파일보강이 필요하다는 것이었다. 제주지반에서 이 정도의 지지력이 필요한 구조물이 없었기에 충분히 이해가 되는 안이었지만 매우 단단한 암반층을 관통해서 파일을 시공하는 문제 또한 만만치 않은 것으로 평가되었다.

결국 제주와 유사한 하와이 지반에 대한 엔지니어링 경험이 있는 OAP(Ove Arup & Partner) 홍콩지사에 의뢰를 하였다. 기초 하부 약 50m까지 추가 시추조사를 실시하고 정밀검토한 결과는 하부에 반복되는 클링커층의 두께가 크지 않고 암반층의 두께가 상대적으로 두꺼워 기초 바로 아래의 클링커층만 콘크리트로 치환하면 지지력 확보에 문제가 없는 것으로 결정되었다.

2) 기존 지하외벽 이용

일단 20년 이상 대기 중에 무방비로 노출된 콘크리트가 필요한 내구성을 확보하였는지를 확인하는 것이 우선이어서 중성화시험, 피복두께 확보여부를 조사하였는데 다행히도 내구성 부분에서 큰 문제는 없었다. 또한 공사 중지 상태가 장기화될 수도 있다고 우려했는지 설치된 지하외벽과 버트레스는 충분한 단면과 배근이 확보되어 별도의 보강 없이도 새로운 구조물과 접합되는데 문제가 없었다.

다만 이미 시공된 바닥층은 지반의 토압을 지지하고 있었기에 철거 전에 외벽에 일시적인 Earth Anchor 시공은 피할 수가 없었다.

3) 지하층 층고 확보

기존의 지하 4층에서 주차장 확보 등의 문제로 지하 5층으로 늘어났는데, 기존 기초 바닥보다 낮게 바닥이 형성되면 시공 중 지하 외벽의 하부 수평지지 구조를 상실할 뿐 아니라 외벽을 하부로 연장시켜야 하는 대단히 어려운 시공의 문제와 만나게 된다.

플랫 슬래브.
플랫 슬래브.

이는 절대적으로 피해야 하는 상황이어서 각 층의 층고를 최소화할 수 있는 시스템을 찾아야 했고, 플랫 슬래브 적용이 불가피했다. 하지만 지상 1층~지하 2층은 바닥 용도가 다양하고 레벨 차가 심하며 조경, 기계실, 물탱크실 등의 큰 하중을 지지해야 하므로 강성이 큰 일반 보 구조를 적용할 수밖에 없었고 나머지 지하 3, 4층 바닥은 플랫 슬래브를 적용하였다. 물론 기둥 간격이 큰 구간에는 일부 와이드 빔이 적용되기도 했다. 이렇게 플랫 슬래브를 적용하여 층고를 줄이니 오히려 800mm 정도의 여유가 생겨 하중이 큰 기초를 제외한 대부분의 기초는 추가 굴토 없이 기존 바닥 위에서 해결할 수 있었다.

4) 포디움 층 구조

포디움 횡단면도와 메가 트러스 현장.
포디움 횡단면도와 메가 트러스 현장.

8층이 지붕인 포디움 층은 높은 층고와 더불어 큰 기둥간격이 필요했다(보통 16m, 최대 32m). 카지노, 매장 등 일반적인 하중이 작용하는 층에서는 스팬에 따라 춤이 큰 H-형강보와 H-형강 트러스 구조를 혼용하였다. 하지만 하중이 일반 층의 2배가 넘는 기계실인 7층은 일반적인 트러스로는 해결되지 못했기에 상부층 보와 일체로 작용하는 1개 층 메가 트러스를 도입하였다. 메가 트러스의 사재와 수직재가 기계실 중간에 위치하지만 설비 배치에서 이를 충분히 피할 수 있도록 계획하였다. 모든 기둥은 철골철근콘트리트로 설계되었다.

5) 타워부분 바닥구조

호텔이 주 용도인 타워부분은 중심코어에 전단벽이 위치하고 주변에 호텔 등 거실이 배치된다. 코어 벽체와 외주부 기둥 간 순 스팬이 10.2m여서 일반적인 보 시스템인 경우 전체 구조춤이 최소한 600mm 이상이 필요한 상황이었다. 이 경우 층고 뿐 아니라 건물 전체 높이에서 상당한 문제가 발생하여 층고 절감이 절실했기에 포스트텐션을 도입한 플랫 플레이트로 계획하였다. 호텔부분은 테두리보 없이 순 플랫 플레이트로 두께 270mm로 가능했지만, 하중이 더 큰 일반실은 외주부 기둥 간 테두리보를 보강하고 플레이트 두께는 310mm를 적용하였다.

6) 고층부 횡력저항 시스템

호텔이 주용도인 고층 타워부분은 평면형태가 전체적으로 중심코어 형식의 유선형 형태를 보이고 있다. 평면의 모양은 보는 이에 따라서 아름다움을 느낄 수 있겠지만 구조의 문제에서는 분위기가 크게 달라진다. 제주의 풍하중에 대해 얼마나 효과적으로 구조시스템을 구성할 수 있는 것인가 하는 점이다.

건물의 길이방향은 풍하중을 받는 폭이 좁은 반면 전단벽체는 충분히 길게 배치되어 횡하중에 대한 저항력은 충분했다. 반면에 단변방향은 풍하중을 받는 면적이 훨씬 클 뿐만 아니라 전단벽체의 길이도 상대적으로 매우 작아서 전단벽체만으로는 횡하중을 모두 감당할 수 없어 강도, 변위, 진동 모든 면에서 보강이 필요한 상황이었다. 이를 해결하기 위해 타워 중간에 있는 중간 기계실층을 활용하였는데 ①외주부를 모두 큰 전단벽체로 둘러싸게 하여 벨트월을 형성하였고, ②그 가운데 한 개의 벽체는 코어벽체와 외부 기둥을 직접 연결하는 아웃트리거 월로 기능하도록 하였다.

고층구조물에서 아웃트리거의 역할은 매우 효과적이어서 우리나라에 세워진 많은 초고층 건축에 적용된 바 있다. 본 드림타워의 경우 만약에 중간 기계실 내부에 아웃트리거를 설치할 수 있다면 양방향 1개 씩만 배치되어도 충분한 저항력을 발휘할 수 있을 텐데, 기계 배치상 가능하지 않아 외주부 벽체를 이용할 수밖에 없었다.

이 아웃트리거와 벨트월이 전체 구조물에 대한 횡력기여도는 약 41%로 매우 큰 역할을 하는 것으로 평가되었다. 경험에 의하면 일반적인 형태의 고층 구조에서 벨트월의 영향은 전체 횡력기여도에서 10% 내외, 아웃트리거는 20~30% 정도를 보이는데, 드림타워는 평면의 형태가 너무 취약했기에 나타난 수치라고 생각된다.

이상으로 드림타워의 주요 구조시스템에 대해 간단히 기술하였습니다. 대규모 투자가 이루어진 제주의 다른 사업이 대부분 중단상태인데 비해 다행히 드림타워는 우여곡절을 겪으면서도 진행 중이어서 머지않아 골조가 완성되고 내년 중 준공을 기대하고 있습니다. 어떤 의미로든 제주건축의 많은 이야기거리를 만들 건물이기에 설계 참여자로서 보다 긍정적으로 회자되기를 기대하고 있습니다.


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