[초고층 빌딩] 바람 불어도 괜찮아요~ 초고층 빌딩의 내풍 설계 기술

어린 시절 높게 솟은 63 빌딩을 보며 감탄했던 적 있으신가요? 이제는 조금만 둘러봐도 하늘을 향해 높게 솟은 초고층 빌딩을 쉽게 찾아 볼 수 있습니다. 현재 초고층 빌딩 열풍은 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 불고 있습니다.

▲삼성물산 시공: 서초 삼성타운

이번 포스트에서는 초고층 빌딩의 시대에 가장 핵심적인 기술을 소개해 드리려고 합니다! 지난 번 소개했던 내진설계(클릭)와 커튼월 공법(클릭)과 함께 초고층빌딩 설계에서 중요한 핵심 기술은 바로 내풍 설계 기술인데요. 내풍 설계를 통해 어떻게 초고층 빌딩이 바람을 견디고 이겨내는지 함께 살펴보겠습니다. X-D

초고층빌딩의 필수! 내풍설계란?

내풍 설계는 말 그대로 건물에 부는 바람이 건물 안전에 영향을 미치지 않도록 구조 뼈대나 건축 구조를 잘 설계하는 방법입니다. 

고도가 높아질수록 바람이 많이 부는데요. 초고층 건물은 바람의 영향을 받기 쉽기 때문에 내풍 설계의 중요성이 높습니다. 내풍 설계가 잘 되어있지 않은 고층빌딩은 조금만 바람이 세게 불어도 쉽게 무너질 수 있겠죠? 생각만해도 끔찍합니다. :-(

내풍 설계의 종류

(1) 초고층 빌딩에 적용되는 내풍 설계

▲삼성물산 시공: 말레이시아 페트로나스트윈타워

앞서 이야기 했듯이 내풍 설계는 초고층 빌딩에 가장 많이 쓰입니다. 건축물 설계 단계에서는 바람의 영향을 정확하게 계산하고 최소화하기 위한 노력이 필수적이랍니다.

전산유체해석, 시간이력 풍 하중 해석, 공 탄성 진동모형 실험기술, 기류가시화 실험기술 등 다양한 기술을 활용해서 건물에 대한 바람의 영향을 정확하게 평가하는데, 정확하고 정밀하게 평가할수록 더욱 구조적으로 안전한 건물을 건축할 수 있습니다.

(2) 대공간 구조물에 사용되는 내풍 설계

▲삼성물산 시공: 동대문디자인플라자 (DDP)

내풍 설계는 초고층 빌딩뿐만 아니라 다양한 건축물에도 쓰입니다. 그 중 하나로는 대공간 구조물 내풍 설계가 있는데요. 대공간 구조물은 쉽게 말해 스포츠 스타디움, 대강당 같은 공간을 말합니다.

대공간 구조물은 그 크기가 크고 다양한 모양을 갖고 있어 복잡한 구조적 거동을 나타내는데요.  이러한 거동을 반영해 풍 하중 및 풍 진동을 필수적으로 평가하게 됩니다.

특히, 구조적으로 극한 거동과 복잡한 풍 진동 거동을 모두 고려할 수 있는 풍 하중 추출법이나 풍압데이터를 이용한 비선형 시간이력 해석기술은 대공간 구조물의 안정성을 높이기 위해 꼭 필요한 내풍 설계 기술이랍니다. B-)

(3) 교량 구조물에 사용되는 내풍 설계

▲삼성물산 시공: 인천대교

내풍 설계의 종류 중 마지막으로 소개할 것은 교량 구조물 내풍 설계입니다! 장대교량과 같은 초대형 구조물은 다른 구조물에 비해서 풍 하중에 막대한 영향을 받는데요. 그렇기에 더욱 안전하고 경제적인 내풍 설계가 필요합니다.

이를 위해서 국내외에서는 다양한 교량 구조물에 풍동 실험 기술, 내풍 안정성 평가기술 등을 적용하며 연구를 계속하고 있는데요. 더욱 안전한 교량을 위해 지금도 그 연구가 지속되고 있다고 합니다. 정말 믿음직스럽네요! X-D

부르즈칼리파에 담긴 특별한 내풍 설계

▲삼성물산 시공: 두바이 부르즈칼리파

세계에서 가장 높은 빌딩은 어디일까요? 모두 아시겠죠? 바로 두바이의 부르즈칼리파입니다. 삼성물산 건설부문이 시공한 부르즈칼리파는 세계를 대표하는 초고층 빌딩인데요. 부르즈칼리파에는 어떤 첨단 기술을 활용한 내풍 설계를 가지고 있을지 알려드리겠습니다.

출처: Youtube

실제로, 부르즈칼리파 설계에 참여한 건축가들은 설계 과정에서 내풍 설계를 통한 바람의 통제를 가장 중요하게 고려했답니다.

부르즈칼리파의 내풍 설계는 그네를 타는 것과 비슷한 원리가 적용되었습니다. 그네를 타다가 양 발을 교차해서 차게 되면, 바람을 교란시켜 바람의 영향이 줄어 그네가 멈추게 됩니다. 부르즈칼리파는 건물에 직사각형과 정사각형 부분을 섞고, 층 별로 높이를 다르게 해서 바람을 교란시킵니다.

마치 그네를 타다가 양 발을 교차하며 차듯이 말이지요. 때문에 바람의 영향이 줄게 되는 것입니다. 또한, 부르즈칼리파가 세 개의 날개 모양으로 생긴 것도 바람의 영향을 최소화하기 위한 전략의 일환이랍니다! >_<

지금까지 삼성물산 건설부문에서는 초고층빌딩의 내풍 설계에 대해 알아보았습니다. 평소에 내풍설계에 대해서 전혀 모르던 분이라도 건물과 바람에 대한 생각을 해볼 것 같습니다. 빌딩이 높아질수록 더욱 발전하고 있는 내풍 설계 기술! 앞으로 얼마나 높고 튼튼한 빌딩이 지어질지 정말 기대됩니다. 8-)

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