1. 서론

현대의 고층 건물들은 구조, 기계, 조명, 그리고 다른 건물의 시스템의 혁신적이고 유니크한 디자인을 요구한다. 이 연구는 고층 건물의 성공적인 실행을 위한 전략들을 제공한다. 포괄적이고 효과적인 결과물을 위한 설계와 시공의 통합과 팀워크는 고층 건물의 가동을 통한 계획과 관련하여 다른 부분의 역할 강조에 특히 역점을 두고 있다.

2. 구조적 시스템, 공간의 형태와 건설미학

철의 발달은 현대의 고층 건물의 출현에 기여했다. 그 후 고층 건물 구조는 새로운 관리 시스템의 개발에 의거한 변화하는 기능적인 요구사항과 관련하여 높고 효율적인 시스템으로 전개되어 왔다. 중요한 진화는 종래의 프레임 구조에서 벗어나, 구조적인 그리고 기능적인 요구사항 모두를 만족시키게 되었다는 점이다.

튜브 시스템은 무주공간의 사무실 환경과 함께 효과적인 구조를 제공한다. 이 시스템을 사용하여 디자인적으로 큰 잠재성을 가질 수 있는데, 뉴욕의 파괴된 World Trade Center나 시카고의 Aon Center(1)와 John Hancock Center(3), 상하이의 World Financial Center(2)에서 사용되었다.

오늘날 일반적으로 사용되는 튜브 시스템의 하나는 다이아그리드이다. 다이아그리드는 새로운 미의 표현이 가능하고 고층 건물의 효율적인 구조를 가능케 하는 횡저항 시스템이다. 뉴욕의 Hearst Tower(4)나 런던의 Swiss Re Building(5), 서울의 Lotte Super Tower, 광저우의 Guangzhou Twin Tower 와 같은 고층 건물에서 이 다이아그리드가 사용되었는데, 주요한 미의 구성요소로 불규칙한 프리폼 형태의 해결책으로 사용된다. 그러나 평면 시스템의 기하학적 형상은 미와 기능적 성능을 달성하기 위해 건축가와 엔지니어 사이에서 많은 조정이 필요하다.

오늘날 또 다른 고층 건물 구조 시스템으로 세계적으로 사용되는 것은 코어지지 아웃리거 시스템이다. 튜브 구조가 외곽의 횡저항 시스템 수성요소에 집중하는 데 반해, 코어지지 아웃리거 시스템은 코어들에 연결된 기둥의 전단력에 저항하며 건축 미학과 공간적 조직과 구조적인 조화가 성공적인 디자인으로 연결된다. 상하이의 Jin Mao Building(6)과 같은 경우 아웃리거 시스템이 복층 높이를 요구하는 건물의 높이에 따라 수직적으로 분배되는 기계층에 위치한다.

3. 건물형태와 구조적 퍼포먼스

고층 건축을 포함한 오늘날의 건축은 문화적 다원주의를 통해 이해될 수 있다. 오늘날 고층 건물들은 지배적인 스타일이 없이 다양한 형태로 나타나고 있다. 초기 자유로운 불규칙적 형태의 고층 건물들은 Frank Gehry와 Peter Eisenman과 같은 몇몇 건축가들에 의해 20세기 후반에 제안되었으며, 오늘날은 Daniel Libeskind의 Fiera Tower, Zaha Hadid의 Dancing Tower와 같은 많은 자유형태의 고층건물들이 디자인되고 있다. 고층건물에 대한 또 다른 흥미로운 접근은 Santiago Calatrava에 의해 설계된 Turning Torso(7)의 비틀린 형태와 시카고의 Chicago Spire에서 볼 수 있다. 이런 접근들은 즉시 세계적으로 유행하는 각 기둥의 건물 형태에 대한 반작용으로 이해될 수 있고, 건축 미학과 관련해서 주기적으로 나타나는 이런 타입은 건축의 역사에서 그 흔적을 찾을 수 있다.

구조적인 시스템과 퍼포먼스에 상응하게 오늘날 불규칙적인 건물 형태는 더 복잡한 시스템 설계와 분석, 그리고 시공을 요구한다. 전통적인 직사각형의 박스 형태 건물들과 달리, 불규칙한 건물 형태는 횡방향 풍력에서 결정적인 진동문제를 불러 일으킬 수 있다. 이를 막기 위해 Burj Dubai(8) 같은 경우에는 점탄성 댐퍼를 설치하여, 바람의 조직적인 소용돌이를 만들지 않을 수 있었다. 그밖에도 풍력에 대한 고층 건물의 반응을 최소화하기 위한 노력들은 수직적으로 뾰족해지는 형태, 빌딩 꼭대기에 바람을 줄이는 날개, 둥글거나 또는 모떼기한 코너, 출선구 또는 환기구 등이 있다. 오늘날 풍동분석은 높은 건물 디자인에 필수적인 시험인데, 이를 통해 얻어진 정보가 건물 디자인의 기본이 되기도 한다. 또 다른 소용돌이 바람을 막는 댐퍼 시스템으로는 추 매스 댐퍼가 있는데 이것은 브레이싱 멤버와 같이 초기에는 노출되지 않았지만 근래 Taipei 101에서는 장식적 요소로 건물의 아트리움에 노출되었다. 이처럼 기능적인 시스템이 미학적인 요소로 사용되기도 하는 것은 고층 건물 디자인에서의 큰 가능성을 보여준다.

불규칙한 형태 건물의 성공적인 실현에는 시공성(Constructability)이 결정적인데, 적절한 시공 모듈을 생산하며 구조와 시스템 모두가 적절히 관리되어야 경제성을 높일 수 있다. 불규칙한 건물로부터 규칙성을 찾아내고 그 찾아낸 규칙성에 따라 건물을 조절하는 것이 보통의 접근 방법이라면, 또 다른 접근 방법으로 어떤 불규칙성을 수용할 수 있는 연결 방법을 디자인하고 비교적 규칙적인 시공 모듈을 만드는 것이다.

4. 구조, 외관, 그리고 환경적 시스템

기술적 관점에서, 고층 건물의 등장은 구조와 외관이 기능적으로 분리되면서 시작되었다. 고층 건물에서 구조와 외관의 두 시스템은 서로 기여하는 최소한의 연결 필요성을 제외하고 비교적 분리되어 왔고, 현대적인 새로운 개념을 수용하는 또 다른 조합으로 발전되어 왔다.

이중 외피 외관은 고층건물에서 효과적인 디자인 선택이 될 수 있다. 적절하게 디자인된 이중 외피 외관은 단일 외피 외관보다 시각적인 조명과 투명성이 성공적으로 실현될 수 있고, 환경적인 조정도 더 수월하다. 하지만 빈 공간으로 사용가능한 공간이 감소하고 더 큰 외피 자체 중량과 비싼 시공비 때문에 신중하게 고려하여 적용해야 한다. 고층 건물의 외피는 건축적으로, 구조적으로, 환경적으로 매우 중요한 부위이다. 그러므로 필요한 다양하고 복잡한 기능들을 만족시키면서 구조적 기능까지 일부 담당하고 있는 외피에서 디자인 통합의 가능성을 늘릴 수 있다. 완전한 디자인에 의해 각 요구사항들은 분쟁 없이 공존할 수 있고, 구조적인 그리고 환경적인 시스템의 성능을 강화할 수 있다. 이렇게 시너지를 일으키는 통합 디자인을 위해 건축가와 엔지니어는 긴밀하게 협력할 필요가 있다.

5. 지속가능한 디자인

최근 몇 년간 건물의 지속가능한 디자인이 건축가와 엔지니어, 시공자들에게 큰 관심을 끌어왔다. 2006년 10월 완공된 뉴욕의 The Hearst Tower는 Gold LEED 등급을 받은 첫 번째 사무소 건물이다. 그 타워는 1920년 후반에 지어진 기존의 6층의 건물 위에 지어졌다. 새로운 건물을 기존 건물의 위에 짓거나 기존건물 구조를 사용하는 발상은 새로운 개념은 아니다. 시카고의 고층 건물 중 하나인 The Gearborn Center도 그렇고, Health Care Service Corporation(10)도 장래 팽창을 대비해 기존의 31층 위에 24층을 더하여 시공된다.

많은 아이디어들이 고층 건물의 지속가능한 디자인을 가능케 한다. 원거리로부터 재료를 운반하는 것보다 지역에서 더 손쉽게 이용 가능한 재료를 사용하는 것이나, 재활용하는 것이 지속가능한 디자인의 한 예이다. 또 에너지 효율이 높은 건물은 한정된 천연자원과 환경을 보호할 수 있다. 그리고 좋은 소식은 이런 건물을 시공하는 데에 일부가 믿는 것과는 상반되게 초기비용의 증가가 그리 크지 않다는 점이다. 또 우리의 천연자원 사용과 관련하여 지능적인 환경 시스템 조절이 가능할 수 있다. 효율적인 조명과 재활용 가능한 재료의 사용, 빗물을 모으고 하수를 재사용하며, 건물 내부에 깊게 자연광이 도달하도록 벽의 양과 파티션을 줄일 수 있다. 그리하여 이와 유사한 효과적인 실행들과 지속가능한 디자인이 통합되어 공동의 접근이 필요하게 된다.  

6. 요약

고층 건물들은 건축적, 구조적, 환경적 시스템들이 융합되어 있고, 그들은 지어지고 사용되기 위해 상당한 자원들이 요구된다. 그러므로 고층 건물의 프로젝트의 설계와 시공에 참여하는 모든 전문가들이 처음부터 끝까지 협력적으로 일해야 하고, 건물의 유지 및 보수까지도 설계단계부터 고려되어야 한다. 성공적인 고층 건물의 설계와 시공을 위해서는 각 팀원들이 가진 지식과 역량이 결정적일 것이며, 모든 전문가는 모든 단계에서 중요한 역할을 해야 한다.

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

1. 서론

2. 구조적 시스템, 공간의 형태와 건축미학

3. 건물 형태와 구조적 퍼포먼스

4. 구조, 파사드, 그리고 환경적 시스템

5. 지속가능한 디자인

6. 요약