하이구조

▣ 문호리 전망대 (캔틸레버형철골트러스 구조)

본 건물이 위치하고 있는 곳은 북한강을 따라 올라가다 보면 만나게 되는 경기도 양평군 서종면 문호리라는 주변에서는 제법 큰 마을로, 편평한 땅에 마을이 형성되어 있어 북한강변의 경치를 여유롭게 즐길 수 있는 곳이다.

건물 용도는 주택 및 근린생활시설로, 1층은 주택으로 사용하고, 4층인 전망대는 고급식당 및 카페로 사용할 목적으로 설계되어, 2007년도에 완공되었다.

건물 높이는 최고 24.75m이며, 지상4층 전망대까지는 15.45m, 지붕층까지는 19.65m 이다.    

[그림1] 문호리 전망대 야경                           [그림2] 문호리 전망대 주경

건축설계자의 말에 의하면 “문호리는 물이 넘어오는 것처럼 안개가 밀려들면 마을 전체가 강 위에 떠 있는 듯한 풍경을 만들어내는데, 안개 위에 떠 있는 마을 위로 둥실 떠오르는 공간을 만드는 프로젝트였다”고 본 건물을 소개하고 있다.

본 건물은 북한강변의 경치를 전망할 공간구성을 목적으로, 건축가의 고민이 시작되어 초기 와인잔 형태의 디자인에서, 대지의 형상에 따라 조금 길쭉한 럭비공 형태를 거쳐, 직사각형의 형태로 정리되었다.  

초기 와인잔 형태에서는 상부 구조물의 캔틸레버 길이가 비교적 짧아 곡면 쉘(Shell)형태의 철근콘크리트구조로 생각하였으나, 직사각형 형태로 상부 디자인이 최종 결정됨에 따라 상부 구조물의 캔틸레버 길이가 최대 6.9 ~ 7.8m 에 다다르게 되어 철골구조로의 변경이 이루어졌다.

지상4층 바닥과 지붕층의 긴 캔틸레버 보를 처음에는 단일 철골부재(H-900X300X16x28)로 해결하였으나, 처짐이 큰 관계로 치올림(Camber)처리를 하여야 하였고, 철골구조물량 및 공사비가 예상보다 과다하게 나와, 건축주가 새로운 구조시스템으로의 조정을 요청하였다.

이에 본 구조설계자는 지상4층 바닥보와 지붕층 보를 수직재와 경사재로 연결하여, 상부 구조물을 캔틸레버형태의 철골트러스로 구조형식을 변경할 것을 건축설계자와 건축주에게 제안하였다.

[그림3] 문호리 전망대 구조시스템

상부 구조물인 캔틸레버형태의 철골트러스는 높이가 4.2m(지상4층 층고)로, 하현재(4층 바닥보), 상현재(지붕층 보), 지상4층의 수직재, 경사재 모두를 철골부재, H-200X200X8X12(SS400)로 해결함으로써, 철골물량을 초기안보다 약 40% 가량 줄이면서도 구조적으로 매우 안정적인 형태로 구현되었다.

이 경우 지상4층 내부에서 철골트러스의 수직재와 경사재가 노출됨으로써 지상4층 공간사용의 제약을 받을 수 있었으나, 건축설계자가 노출되는 구조재를 되려 적극적으로 미학적 요소로 활용함으로써, 본 독창적이고 실험정신이 가미된 구조형식이 탄생하게 되었다.

[그림4] 지상4층 철골트러스의 인테리어 활용

타워부 기초는 두께 700mm, 저판면적 7.3m X 12.1m의 매트슬래브(MAT SLAB, PS1)로, 지표면에서 1.9m 내려 설치함으로써 안정적인 지반(허용지내력=200kPa)에 지지시켰다.

중앙 코어(Core)의 철근콘크리트 전단벽(W1,W2,W3)은 외곽부를 두께 400mm(W1)와 300mm(W2)로, 내부를 두께 200mm(W3)로 계획하였고, 외곽부 전단벽의 4개 모서리에는 철골․철근콘크리트 기둥(S.R.C Column, C1)을 배치함으로써, 중력하중 뿐만 아니라 풍하중 및 지진하중에 대해서도 충분히 구조적 안전성을 확보하였다.

본 구조물의 각종 하중에 대한 변위를 살펴보면,

캔틸레버 철골트러스의 중력하중에 대한 최대 처짐은 L/1161(=0.672cm)로, 허용 처짐 L/250 (780/250 = 3.12cm) 이내를 만족시킨다.

전단벽의 풍하중에 대한 최대 수평변위는 X방향은 H/45000(=0.055cm), Y방향은 H/7907(=0.313cm)로, 허용 수평변위 H/500 (2475/500 = 4.95cm) 이내이다.

그리고 전단벽의 지진하중에 대한 층간변위도 X방향, Y방향 모두 허용 층간변위인 0.020Δ이내를 만족하였다.  여기서, L은 캔틸레버 길이, H는 최대 높이, Δ는 각층 층고를 말한다.

(a) 중력하중에 대한 처짐      (b) 풍하중에 대한 수평변위      (c) 지진하중에 대한 층간변위

[그림5] 문호리 전망대의 구조적 거동

지상4층 바닥, 지붕층 및 옥탑지붕층은 철근일체형 트러스 데크플레이트를 사용한 콘크리트 슬래브(t=150)로 설계하였다.

지상1층의 주택은 상부의 정형화된 형태에 비하여 주택의 기능에 따라 중앙 코어 주위에 자유로운 공간 덩어리들을 붙여나가며 형태가 정리되었는데, 구조는 건축주의 요청에 따라 두께 300mm의 매트슬래브(1S1) 위에 화강석 통석을 콘크리트에 붙여 만든 화강석 PC 블록(t=400)을 이용한 조적조로 설계하였다. 참고로 건축주는 석재회사를 운영하고 있으며 화강석 PC 블록도 개발하였다고 한다.

문호리 전망대의 구조평면도 및 철골트러스의 골조도는 다음의 [그림6], [그림7]와 같다.

[그림6…] 문호리 전망대 구조평면도

[…그림6…] 문호리 전망대 구조평면도

[…그림6…] 문호리 전망대 구조평면도

[…그림6] 문호리 전망대 구조평면도

[그림7] 철골트러스의 골조도

시공은 타워부 기초공사 후 철골기둥(C1) 세우기 작업이 선행되었으며, 철골기둥(C1) 설치와 함께 4층바닥 및 지붕층의 기둥간 연결 철골보가 선시공되었다. 그 후 철근콘크리트구조인 전단벽, 지상1층 바닥공사가 이루어졌으며, 지상1층 조적조공사가 후속으로 진행되었다. 타워부 전단벽이 완성된 후에는 상부구조물인 철골트러스공사가 진행되었는데, 대부분의 철골트러스를 유니트화하여 공장 및 지상에서 제작하여 크레인으로 들어올려 조립하는 식으로 작업이 이루어졌다.

따라서 지상에서 높이 설치되는 상부구조인 캔틸레버 철골트러스는 시공시, 작업효율성을 높이고 가설공사비를 줄이기 위하여, 원형강관(Pipe)형태의 가설 달대(인장재)로 매달았는데, 시공자가 구조물이 완성된 후에도 구조물의 안전성을 확보하는 차원에서 이것을 철거하지 않고 남겨두었다.

이 점은 구조설계자의 입장에서 좀 아쉬운 부분이다. 달대(인장재)가 사족(蛇足)으로 보여서라 할까?

  [그림8] 문호리 전망대 공사현장 사진