1. 계획

중국의 경제개혁이 1980년대부터 실시되면서 특히 상하이 루지아쭈이 단지는 20년 만에 농지로부터 금융 중심지로 완벽히 탈바꿈한 사이트가 되었다. 그래서 상하이 타워 계획에 있어 급격한 도시화에 대한 새로운 계획과 디자인 전략이 요구되었다. 그래서 상하이 타워 디자인에서 겐슬러 설계사무소는 베이징의 후통과 상하이의 쉬쿠먼의 전통주택 디자인을 적용하였다. 공동 오픈 스페이스주변에 가족들이 밀집되는 근린주구를 수직적으로 해석하여 스카이가든을 연결공간에 만들어 커뮤니티를 형성한 것이다.

추가로 상하이 정부는 대지면적의 33%를 녹지공간으로 조성하도록 요구하였다. 그래서 사이트 조경디자인은 역사적인 중국 사원, 타워, 궁전을 감싸고 있는 정원으로 구성하였다. 공원은 대규모 축제에서 친밀한 대화까지 다양한 활동이 가능하도록 매우 편리하게 만들어 졌다. 공원 바닥 패턴은 현대적인 중국정원 디테일을 해석하여 반영하였고 조경에는 휴먼 스케일을 빌렸다.

2. 타워디자인

상하이 타워는 세 가지 중요한 디자인 컨셉이 있다. 태풍과 같은 풍하중으로부터 횡하중 감소, 타워 입면의 비대칭, 테이퍼링 형태와 둥근 코너이다. 타워의 형태를 세밀하게 계획하기 위해서 Thornton Tomasetti와 RWDI 협력사와 공동으로 작업하여 태풍과 같은 조건을 시뮬레이션 하여 풍동실험을 하였다. 그 결과 구조와 형태를 통해 기존과 비교해 24% 횡하중을 감소시키는데 성공했다.

상하이 타워의 프로그램은 9개 수직 존으로 구성된다. 존1은 포디움으로 호화 부티크 등 상업시설로 구성되고 존 2-6은 업무용 건물로 타워 안에 근린 커뮤니티 공간이 구성되어 있다. 존 7,8은 오성급 호텔이고 호텔의 컨퍼런스, 연회장, 스파 시설은 분리된 업무, 주거, 호텔 로비를 이룬 6층 포디움을 공유한다. 꼭대기 층은 어메니티 공간으로 레스토랑과 전망타워로 구성되어있다. 세계에서 가장 긴 싱글 리프트로 더블 데크 엘리베이터를 통해 빠르게 이동할 수 있다. 그리고 지하를 통해 인근 진마오 타워와 월드 금융 센터를 연결하고 있다.

상하이 타워의 수직 근린주구는 커뮤니티를 형성하는 스카이 로비를 중심으로 복합용도의 기능을 형성할 수 있도록 계획되었다. 스카이 로비는 사람들을 낯 시간 동안 함께 모일 수 있는 전통적인 타워 플라자와 광장의 기능을 한다. 이런 공공 공간은 실내외를 조경적인 분위기에서 결합하여 도시의 역사적인 오픈 광장을 연상케 한다.

3. 구조

상하이 타워는 세계에서 두 번째로 높은 빌딩으로 2014년에 완공된다. 바람의 영향, 활발한 지진활동, 연암질 지층과 같은 도전에 직면해서 구조 엔지니어는 빌딩구조를 간단하게 해야 했다. 구조 시스템의 핵심은 콘크리트 코어로 그 넓이는 약 30㎡이다. (그림1)

코어는 아웃리거와 슈퍼컬럼 시스템으로 구성되어있다. 4짝의 슈퍼컬럼은 코어의 4면에 각각 접하고 있다. (그림2) 추가로 45도 축으로 4개의 대각 슈퍼컬럼이 뼈대를 형성하고 있다. 타워는 수직적으로 12에서 15층으로 된 9개의 존으로 나누어져 있다. 안쪽 실린더 타워는 웨딩 케이크처럼 각각 안쪽으로 좁혀간다.

타원의 횡하중과 수직하중은 안쪽 실린더 타워에 의해 저항되고 기본적인 횡하중은 코어, 아웃리거, 수퍼컬럼 시스템에 의해 저항된다. 이 시스템은 각 존에서 더블 벨트 트러스와 함께 철골기둥과 기계실, 피난층을 서로 연결하고 있는 대각선 컬럼을 포함해서 슈퍼컬럼으로 구성된 메가 프레임에 의해 구현되었다. 코어는 콘크리트, 아웃리거와 벨트트러스는 구조철골, 그리고 슈퍼컬럼은 합성구조로 되어있다. 슈퍼컬럼에서 콘크리트로 인케이스된 철골단면은 접합과 구조성능을 확인하는데 중요한 요소이다.

4. 커튼월

타워는 독립적인 기능을 하는 이중외피로 디자인으로 되어 있다. 바깥쪽 외피는 기타의 피크와 같이 모서리가 둥근 형태로 디자인 되었다. 이중외피 사이 공간분할은 각 타워 존에서 각 12층 내지 15층 아트리움을 형성한다. 이런 아트리움을 조성하기위해서 독특한 닫힌 공간을 개발하였다.

글라스 타워는 상승할수록 우아한 테어퍼드 프로필로 평면이 점차 줄어든다. 바깥쪽 외피는 안쪽 실린더 타워의 둘레 주위를 회전하면서 후프링의 변화에 의해 형성된다. 후프링은 버팀목에 의해 실린더 타워로부터 바깥쪽 형태를 유지한다.

5. 친환경 기술

지속가능한 디자인은 상하이 타워개발의 핵심이다. 계획부터 디자인 팀은 LEED 골드와 중국 친환경인증등급 3스타를 타겟으로 목표를 세웠다. 이것은 빌딩 전반적으로 MEP 엔지니어 코센티니(Cosentini Associates)에 의해 수행되었다. 프로젝트의 특징은 관개와 화장실물의 사용을 위해 중수와 우수의 재활용이다. 시스템은 펌프에너지를 감소시키기 위해 타워, 포디움, 지하실 안에 폐수처리장을 설치했다. 더 나아가 내부 수자원시스템은 타워 내에서 중력에 의해 유지되는 수압이 허용하는 선에서 중간 물저장 탱크를 사용하였다. 저압 펌프에너지는 단계적인 배치에서 물을 각 탱크에 운반하는데 용이하다. 이 전략으로 물 소비 38%가 절약된다.

타워의 규모면에서 운송에너지가 차지하는 비율은 매우 높다. 12층에서 15층 규모 9개로 영역화 된 빌딩디자인 컨셉은 중앙 유틸리티 인프라구조와 결합되어 9조닝으로 분리된 엔지니어시스템으로 구성된다. 수직적인 도시 컨셉은 운송에너지에서 상당한 절감을 가져온다. 그리고 디자인처럼 빌딩은 ASHRAE 90.1-2004와 비교해서 연간 에너지비용의 21.59%의 절감을 가져온다.

타워에는 2대의 빙축열시스템이 있다. 저층 빙축열 냉동기는 지하 2층에 위치하며 아이스 저장은 시간당 27,000톤에 이르고 천연가스를 사용한 열병합발전시스템으로 운영된다. 이것은 65층까지의 시설에 냉방을 공급한다. 고층 빙축열 냉동기는 82층과 83층 사이에 위치한다. 이 시스템은 매우 효율적이고 무엇보다 펌프를 사용하여 냉동수를 시설에 공급할 때 필요한 운송에너지 절감에 많은 기여를 한다. 냉각탑 상당수가 지면에서 타워의 지붕으로 옮겨짐으로써 지면에 충분한 녹지공간을 조성할 수 있게 되었다. 이것은 상하이 정부의 33% 녹지 요구율을 충족시킨다.

2,200kW 천연가스 열병합시스템은 전기와 열에너지를 저층부에 공급한다. 시스템은 냉방철동안 640톤의 냉동량을 생산하고 짧은 겨울동안 열을 생산한다. 현장 발전소는 원료에너지소비 절감과 천연가스를 사용함으로써 시설의 이산화탄소 절감에 이롭다.

타워의 HVAC 시스템은 난방과 내부 급탕시스템을 공급하기위해 저층 중앙발전소에서 발전하는 고압스팀을 사용한다. 스팀시스템은 시설에 난방에너지를 공급하기위해 펌프를 사용하지 않기 때문에 운송에너지를 절감시킬 수 있다.

각 수직존은 기계층 아래 위로부터 냉난방이 공급된다. 기계층은 환기시스템, 전기 변환기, 수자원 시스템을 구성하고 있다. 외부공기는 목적지로 공급되기 전에 기계실에서 온도 조절, 여과가 미리 측정된다. 환기시스템은 목적지를 통해 공기를 이동시키기 위해서 저압이 요구되고 이를 통해 운송에너지가 절감된다. 외부공기시스템의 전기필터는 팬모터 에너지를 절감하고 흡기와 배기 사이 폐열회수환기장치는 냉난방에너지 절감에 기여한다.

아트리움은 내부입면주변으로 완충공간으로써 작용한다. 사용되는 내부공기는 건물로부터 배기되기 전에 각 아트리움으로 모이게 된다. 그 결과 여름동안 아트리움이 차지하는 레벨의 온도는 주변외부온도보다 낮게 유지된다. 이러므로 사무실, 호텔, 전망탑의 냉방부하요구량은 급격히 감소하고 비슷한 장점이 겨울동안 난방부하의 감소로 일어난다.

타워의 두 가지 독립적인 커튼월 디자인은 차양장치와 통합함으로써 난방과 냉방부하를 감소시킨다. 상하이의 온난한 겨울기온을 고려하여 외부 커튼월은 열교차단과 low-E 코팅을 한 26mm 접합 저철분유리와 케이싱한 알루미늄 돌출시스템으로 디자인 되었다. 그리고 커튼월에 쓰이는 프리티드 유리표면은 차양과 낮은 차폐계수를 제공하여 냉방에너지를 절감시킨다. 추가로 각 층 레벨에서 스팬드럴 부위에서 600mm까지 확장하는 수평선반과 350mm 깊이를 갖는 수직 알루미늄 멀리온은 상당한 양의 태양광을 차단한다.

▣ 원문제목 : Case Study: Shanghai Tower

▣ 원문의 주요목차********************************************************************

1. 계획

2. 타워디자인

3. 구조

4. 커튼월

5. 친환경 기술