'바람·지진을 이겨낸다'…초고층 빌딩 건설의 첨단 공법

[서울=뉴시스] 김종민 기자 = 하늘을 찌를 듯 솟아오른 초고층 빌딩은 도시의 랜드마크이자 한 국가의 기술력을 상징하는 지표다. 하지만 초고층 빌딩은 엄청난 하중과 함께 거센 바람, 그리고 예기치 않은 지진이라는 자연의 힘과 싸워야 한다. 이 거대한 도전을 극복하기 위해 건설 기술은 끊임없이 진화해왔다. 특히, 빌딩의 안정성을 확보하는 구조 공법과 진동 제어 기술은 초고층 빌딩 건설의 핵심이다.

거대한 힘에 맞서는 구조 공법

초고층 빌딩은 자중(自重)뿐 아니라 바람, 지진 등의 외력에 의한 횡력(수평 방향의 힘)을 견뎌야 한다. 이를 위해 다양한 구조 공법이 개발되었다.

튜브(Tube) 구조는 빌딩의 외벽 전체를 거대한 튜브처럼 만들어 외부 하중을 지지하는 방식이다. 내부 기둥의 수를 줄여 넓은 실내 공간을 확보할 수 있다. 1960년대 시카고 존 핸콕 센터에 처음 적용된 이후 초고층 빌딩의 대표적인 공법으로 자리 잡았다.

아웃리거(Outrigger) & 벨트 트러스(Belt Truss) 구조는 빌딩의 중심부와 외곽 기둥을 '아웃리거'와 '벨트 트러스'라는 거대한 보로 연결하는 방식이다. 이 구조는 바람이나 지진으로 인한 건물의 흔들림을 효과적으로 잡아준다. 서울의 롯데월드타워가 이 공법을 적용한 대표적인 사례다. 건물의 40층과 76층, 104층에 설치된 아웃리거와 벨트 트러스는 강풍과 지진에 건물이 견딜 수 있도록 돕는다.

코어월(Core Wall) 구조는 건물의 중심부에 엘리베이터, 계단실 등 설비 공간을 콘크리트 벽으로 만들어 건물의 뼈대 역할을 하는 방식이다. 코어월이 횡력의 대부분을 흡수하고, 외부 기둥은 수직 하중을 지지해 안정성을 높인다.

흔들림을 제어하는 첨단 기술

구조 공법이 건물의 뼈대를 튼튼하게 만든다면, 진동 제어 기술은 건물의 흔들림을 적극적으로 줄여 거주자의 안전과 쾌적함을 확보한다.

동조 질량 감쇠기(TMD, Tuned Mass Damper)는 빌딩의 꼭대기에 거대한 추를 매달아 바람에 의해 건물이 흔들릴 때 추의 움직임으로 진동을 상쇄하는 기술이다. 대만의 타이베이 101 빌딩은 660톤에 달하는 거대한 금속 공을 TMD로 사용해 태풍과 지진에 대비한다. 이 거대한 추가 흔들리는 모습은 관광객들에게도 볼거리를 제공한다.

점성 감쇠기(Viscous Damper)는 자동차의 쇼크 업소버처럼 유체의 점성을 이용해 진동 에너지를 흡수하는 장치다. 건물 기둥과 보 사이에 설치되어 지진 발생 시 충격을 완화하는 역할을 한다. 비교적 설치 비용이 저렴하고 효율이 높아 최근 초고층 빌딩에 널리 사용되고 있다.

스마트 제어 시스템은 센서와 인공지능(AI) 기술을 활용해 실시간으로 건물의 진동 상태를 파악하고, 최적의 제어 방안을 스스로 결정하는 시스템이다. 바람의 강도나 방향에 따라 능동적으로 건물의 진동을 제어함으로써 더욱 높은 안전성을 보장한다.

미래를 향한 도전

초고층 빌딩 건설은 단순히 높이를 겨루는 것을 넘어, 지속 가능한 미래 도시를 만드는 중요한 기술적 도전이다. 친환경 건축 자재, 에너지 효율을 극대화하는 설계, 그리고 건물 자체에서 에너지를 생산하는 기술 등이 초고층 빌딩에 접목되고 있다. 초고층 빌딩은 첨단 공법과 기술이 집약된 하나의 거대한 유기체로 진화하고 있으며, 이는 곧 인류의 도시 건축 기술이 나아가야 할 방향을 제시한다.

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