건축구조 레포트 - 알 함라 타워(Al Hamra Tower)를 사례로 초고층 빌딩의 구조적 특징을 분석하시오.

I. 서론

초고층 빌딩 사진을 볼 때 예전에는 높이와 외관부터 봤다. 구조 수업을 듣고 나서는 건물의 모양보다 힘이 어디로 흘러갈지가 더 눈에 들어온다. 쿠웨이트시티의 알 함라 타워는 그 변화가 가장 크게 느껴지는 사례다. 높이 약 412m의 건물 한쪽이 위로 올라가며 비틀려 잘려 나간 듯한 모습이라 조각 작품처럼 보이지만, 그 형태는 구조 엔지니어에게 아주 까다로운 조건을 만든다. 평면 일부가 층마다 다른 위치에서 비어 있고, 남은 외곽은 긴 캔틸레버처럼 작동하며, 중력하중조차 중심에 곧게 내려오지 않는다. 알 함라 타워를 보면 초고층 구조는 큰 기둥을 많이 세우는 기술이 아니라 형태가 만든 힘의 흐름을 예측하고 재정리하는 기술이라는 점이 분명해진다.

II. 본론

1) 잘라낸 90도 틈이 만든 비정형 하중 경로

알 함라 타워는 약 412m 높이의 철근콘크리트 초고층 건물로, SOM 자료에는 74층 규모로 소개된다. 건물의 기본 덩어리는 네모난 타워에 가깝지만 각 층 바닥판의 남쪽 약 4분의 1을 잘라낸 듯한 공간이 있고 그 절개 위치가 높이에 따라 서쪽에서 동쪽으로 이동한다. 바닥판을 회전시키기보다 절개부가 나선형으로 올라가는 방식이라 외관에서는 건물 한쪽이 감겨 올라가는 것처럼 느껴진다. 평면이 층마다 달라진다는 사실은 구조적으로 꽤 큰 문제다. 정형 타워라면 위층의 기둥과 벽에서 내려온 힘을 아래층 같은 위치의 부재가 받기 쉽지만, 알 함라 타워에서는 외곽선과 바닥판의 지지 조건이 계속 달라진다. 힘이 아래로 곧게 전달되는 길보다 옆으로 옮겨 타고 내려가는 길이 많아진다.

절개부의 핵심은 90도에 가까운 큰 빈 공간이다. 구조 논문에서는 타워의 전형적인 평면에서 90도 조각을 제거해 개방된 아트리움을 만들고 그 개방부가 높은 곳으로 갈수록 나선형으로 이동한다고 설명한다. 건축적으로는 페르시아만 조망을 넓히고 강한 남쪽 일사를 덜 받게 하는 장치지만 구조적으로는 비대칭을 만든다. 건물의 질량과 강성이 중심을 기준으로 고르게 놓이지 않으니 바람이 불 때 휨만 생기지 않는다. 수평력의 작용점과 강성 중심이 어긋나면 비틀림이 함께 발생한다. 초고층에서 바람은 한 번 세게 미는 힘으로 끝나는 것이 아니라 계속 변하는 반복 하중이다. 건물이 높아질수록 작은 비대칭도 상부 변위와 사용자의 체감 진동에 영향을 줄 수 있다.

바닥판의 잘린 부분을 둘러싸는 두 개의 곡면 벽은 건축 외피이면서 구조체다. 이 벽은 쌍곡포물면에 가까운 곡면을 이루고 높이 전체를 따라 올라간다. 일반적인 외벽이라면 커튼월이 바람을 받아 주구조에 전달하는 정도지만, 알 함라 타워의 휘어진 철근콘크리트 벽은 건물의 중력과 횡력 저항에 참여한다. 겉모습을 만들기 위해 구조가 뒤에서 억지로 받치는 방식과 다르다. 형태를 만드는 벽 자체가 힘을 받는다. 구조와 건축을 분리해 설계하기 어려운 이유도 여기서 나온다. 곡면의 기울기와 두께가 바뀌면 외관만 달라지는 것이 아니라 하중 경로도 함께 달라진다.