현대 공학의 결정체 부르즈 할리파는 2004년에 착공하여 2010년에 완공되었으며, 아랍 에메리트 두바이에 위치한 현존 최고 높이(829.8m)로 대한민국의 시공사인 삼성물산도 시공에 참여했습니다.
오늘은 현존 최고 높이의 건축물 부르즈 할리파의 특징과 적용된 공법에 대해서 알아보겠습니다.
1. 특징
부르즈 할리파는 두바이 고유의 사막 꽃을 형상화한 형태로 이슬람 건축양식을 접목시켜 나선형 패턴으로 상승하는 독특한 형태로 디자인되었습니다. 철근콘크리트와 철골의 혼합 구조형식을 적용하였으며, 건물 평면이 단계적으로 축소되는 디자인으로 해안가의 강한 바람에 대한 건물의 안정성을 증대시켰습니다.
1.1 비대칭 형태의 디자인
초고층 건물의 문제점은 건물의 하중도 지진도 아닌, 풍하중입니다. 물체에 닿은 바람이 일정 속도에 다다르면 물체 뒷부분에 규칙적으로 소용돌이가 생기게 되는데 이것을 카르만 소용돌이라고 합니다. 콘크리트는 비틀림에 굉장히 취약한데, 카르만 소용돌이는 건물의 비틀림을 야기하게 됩니다.
따라서 이 카르만 소용돌이가 야기하는 비틀림 문제를 해결하기 위해 부르즈 할리파는 소용돌이 모양으로 층계를 이루도록 디자인되었습니다.
이러한 나선형의 디자인은 건축물 뒷부분에 카르만 소용돌이가 생기지 않도록 바람을 불규칙하게 만드는 역할을 하게 됩니다. 부르즈 할리파를 디자인한 Skidmore사는 나선형의 디자인으로 강한 풍하중을 이겨낼 수 있도록 하였습니다.
1.2 수직 방향의 내벽 설계
부르즈 할리파는 강한 풍하중을 견뎌내기 위해 나선형 형태의 디자인 외에도 내벽을 복도의 수직 방향으로 설계하기도 하였습니다. 강한 풍하중으로 중심부의 일부분은 인장응력을 받게 됩니다. 하지만 콘크리트는 인장응력에 굉장히 취약합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 내벽을 H 형태로 설치하여 중심부의 인장응력을 내벽의 압축응력으로 버텨낼 수 있게 하였습니다.
2. 적용 공법
부르즈 할리파는 이렇게 물리적인 방법으로 구조 설계를 한 것 이외에도 시공 과정에서 적용된 공법도 엄청난 기술력이 있었습니다. 적용된 대표적인 공법 2가지를 알아보도록 하겠습니다.
2.1 층당 3일 Cycle 공정
삼성물산은 부르즈 할리파를 시공하는 과정에서 한 층에 3일 주기로 시공이 되도록 하는 방법을 사용하였습니다. 층당 3일 Cycle 공정엔 Core Wall 형틀 시스템, 철근 선(先) 조립공법, 고강도 콘크리트 공법을 적용하였습니다.
- 코어 월(Core Wall) 형틀 시스템
코어 월 형틀 시스템은 콘크리트 타설 후 형틀을 자체로 정착된 유압 리프트를 이용하여 다음 층으로 계속해서 상승시키며 콘크리트를 타설 하는 공법으로 타워 크레인 없이 최고층까지 지속적으로 콘크리트를 타설 했습니다. 코어 월(Core Wall) 형틀 시스템은 층당 3일 Cycle 공정 달성의 핵심이 되는 기술이었습니다.
- 철근 선(先) 조립공법
철근 선(先) 조립공법은 지상에서 기둥, 옹벽의 철근을 대(大) 블록화 하여 2개 층 분량의 철근을 타워 크레인으로 끌어올려 한 번에 설치하는 공법으로 타워 크레인의 양중 횟수를 감소할 수 있도록 하였고, 층 당 3일 Cycle 공정 관리를 위한 작업 안전성 및 효율성을 증대시킨 철근 조립 방식입니다.
- 고강도 콘크리트
부르즈 할리파는 초고층 빌딩인 만큼 강한 강도의 콘크리트가 요구되었습니다. 부르즈 할리파에 사용된 콘크리트는 강도만 강할 뿐 아니라 층당 3일 공정 달성을 위해 콘크리트의 조기 강도 발현과 콘크리트의 강도가 발현되는 과정에서 발생하는 수화열을 적절하게 관리할 수 있으며, 초고층으로 콘크리트를 압송(콘크리트를 관을 통해 이동시키는 과정)이 가능하도록 하기 위한 콘크리트의 최적 배합 설계 기술이 요구되었습니다. 당시 최고 기술력으로 만들어진 콘크리트를 사용했다고 볼 수 있습니다.
2.2 첨탑 Lift-up 공법
부르즈 할리파의 최고층은 첨탑으로 이루어져 있습니다. 이 첨탑은 Lift-up 공법을 이용하여 시공하였는데, Lift-up 공법은 첨탑 구조물을 유압잭을 이용하여 밀어 올려 설치하는 공법입니다. 쉽게 생각해서 3단 봉을 떠올리면 될 것 같습니다. 고층부 작업의 안전성 확보를 최우선으로 고려한 공법입니다.
마치며
부르즈 할리파는 지금도 최고의 기술력이라고 말할 수 있는 기술력이 적용되었습니다. 세계 최고의 공학자들과 설계사, 시공사가 붙어서 이루어낸 현대 공학의 결정체라고 감히 말할 수 있겠습니다. 대한민국도 앞으로 시설을 이용하는 목적만으로 지어진 건물 외에도 다양한 형태로 디자인되며 그 디자인을 실현시킬 수 있도록 많은 과학기술이 접목된 건축물들이 생겨났으면 좋겠습니다.
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