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문제 정의
- LG Arts Center의 음향 Con- sultant는 극장 설계를 위한 음향 설계 지침에 관한 보고서에서 대지 주 변 테헤란로 지하로 통과하는 지하철 2호선에서 유발하는 지하 발생 진동 및 소음이 결정적으로 건물에 영향을 미칠 수 있으므로 이에한 조사와 그 결과를 바탕으로 Vibration Isolation에 대한 적절한 설계 및 상세 시방이 필요함을 지적하였다.
- A 지원과 빌딩 유지보수를 위한 각종 최첨단 LBS 시설을 계획하여 적용하였다. 이 프로젝트는 90년 6월 사업계획 수립에 착수하여 94년 6월 설계착수, 95년 7월 공사 착수 후 99년 8월말 준공에 이르기까지 약 9년여에 걸쳐 진행되었으며, 여기에서는 주로 설계 개념을 약술하고 건축공사 측면에서 시공과정 및 주요 공법 위주로 기술하고자 한다.
- 후판의 재질은 두께가 커질수록 선정에 매우 유의해야 하는데 이는 후판 생산공정에서 발생하는 유황성분 및 단면 수축율을 조정함으로써 용접 성능을 개선하고, 용접 열 영향부가 많은 Built-Up 부재의 용접 결함을 예방하고자 하는 차원이다. 특히 판두께 방향(Z 방향)으로 갈라지는 Lamellar Tear 현상의 방지와 내진 설계상의 Factor 고려 및 용접성의 향상을 위해 Z-Type의 강재를 적용하였다.
제안 방법
- - 다목적 홀로서의 기능을 최대한 만족시킬 수 있도록, 각 공연 장르별 음향학적인 특성에 맞추어 홀의 음향 성능을 단시간 내에 변화시킬 수 있는 시스템으로 설계하였으며, 이를 위해 객석 내부를 포위하는 각 벽면 및 천장 부분에 Computerized Acoustical Banner, Acoustical Curtain, Low Frequency Absorption system, Concert Tower 및 Concert Ceiling System을 채택, 요구되는 홀의 각종 음향 성능 및 프로그램에 맞추어 극장의 환경을 자동 전이시킬 수 있는 일종의 유기체적 Intelligent Theatre로 설계하였다.
- LG Arts Center 의 건물 용도 및 기능의 특성상 음향 환경이 가장 중요시되는 시설이므로 외부에서 발생 하여 구조체를 통하여 전달될 수 있는 소음 및 진동을 차단 또는 감쇄 할 수 있는 구조적 분리는 필수적이며 이에 따라 Vibration Isolation Bearing Pad System 과 뒤에서 언급할 Acoustical Joint System을 채용 하였다.
- 주 물량인 Stone cladding AL Panel 은 현장 조립으로 KnockDown 방식에 대비하여 Unit System으로 제작, 설치되었다. LG강남 타워가 도심 한복판에 위치하여 자재 야적 및 적치를 위한 장소를 확보할 수 없고, 조립 설치상의 하자를 방지하고자 AL Extrusion, Green Tinted 반강화유리, Stainless Steel #4 Satin Finish 및 캐나다산 화강석 (Atlantic Green) 등 각 Unit 일체를 공장 제작후 현장에서 단순 설치하는 방식을 채택하였다.
- Mail Conveyor System은 Mail Center 1개소와 Local Station 15개소로 구성하였고, Elevator는 총 31대로 지하층, 저층부, 중층부, 고층부로 구분하여 고층부의 경우 최대 420 M/min으로 계획하여 전자동 군관리 및 단독 자동운전, 2대 병렬운전 및 전용운전방식 으로 다양화시켰고, Es- calator는 총 8대를 설치였다.
- Puzzle Parking 은 2단 횡행 방식으로 총 638대를 주차할 수 있도록 하였고, Parking Control System을 통한 무인 정산 시스템을 적용하였다.
- 거푸집공사는 일반 재래식과 대형 시스템 거푸집을 병행 사용하였으며, 특히 Retaining Wall 부분은 그 두께가 1.0~0.4m인 Mass Concrete이 면서 흙막이면과의 사이에 외방수 (Bentonite Waterproofing)를 시공하고 합벽 처리되는 까다로운 시공 조건이 되어 Doka의 독일 Engineer가 제안하여 국내 오피스공사에 최초로 적용되는 무폼타이 대형거푸집 공법을 채택하였다. 이와 유사한 삼각트러스를 Back-Up Structure로 하는 방식은 국내에 간간이 적용되었으나, 이 경우 하부 슬래브에 콘크리트의 측압이 과도하게 걸릴 수 있고 비용 측면에서도 고가이기 때문에 저렴하면서도 이와 동등이상의 효과를 발휘할 수 있는 Single-Side Wall Form을 제작하여 사용하였다.
- 건물은 38층 높이의 타워동 본관과 9층 높이에 해당하는 아트센터로 이루어져 있으며, 부지경계간에 10M 가량 발생하는 고저차로 인해 자칫 부담스럽기 쉬운 진입동선을 대지 형태에 맞추어 다양하게 형성함으로써 오히려 자연스러운 진입이 가능 하도록 하였다.
- 기계실은 용도별 시스템의 성격에 따라 적합한 장소에 배치토록 하여, 가능한한 소음 및 진동의 피해가 적고 하중에 대한 안정성, 재해에 대한 안전과 보수 관리가 용이한 위치로 배치하였다.
- 슬래브구조는 75mm Metal Deck 위에 75mm 구조용 Wire-Mesh와 Concrete로 되어 있으며, 합성 작용 을 위한 Shear Stud를 사용하였다. 기초 구조는 GL-35M 경암위에 설치되었으며 독립 기초 및 연속 줄기초로 구성되었고 허용 지지력은 400 T0N/M2를 기준으로 하였고, 부력 방지를 위하여 Under Slab Drainage System를 적용하였다.
- 남북뱡향의 풍하중 및 Seismic Loads에 대한 지지와 서측 논현로 방향으로 캔틸레버 형식으로 1층에서 25층까지 튀어나가는 구조로 인해 Box Column이 많은 부재에 적용되었고 150mm 후판을 사용한 Box Column 의 경우 Mock-Up을 통해 사전 품질 검토를 철저히 수행하고 제작 전과정에 대한 공장 검측 및 비파괴검사를 실시하였다.
- 철근콘크리트조는 지하층에 적용 되 었고 Concrete는 Fc=350kg/an2 강도를 사용하였다. 대지의 경사가 동측에서 서측방향으로 10M의 단차이가 발생하고 이에 따른 암반의 절리가 서측방향으로 발달되어 있어, 지하층의 각층 슬래브는 흙막이 철거후 Retaining Wall을 통해서 전달 되는 지반 하중을 지지하는 구조적 역할을 병행하게 되어 지하층 슬래브 전체를 타설후 상부층의 흙막이를 철거하는 방식으로 진행되었다. 전체적으로 콘크리트의 건조수축으로 인한 변형을 최소화하기 위하여 20~30M간격으로 분할된 8~12개 공구로 구별하여 콘크리트 타설이 진행되었다.
- 수변전 설비 측면에서는 논현로측 한전 맨홀에서 지중선로로 지하6층 의 전기실까지 수직으로 전원을 공급하도록하여 전압 강하 및 전력 손실을 최소화시켰고, 3상 4선 22.9 KVA-Y의 전압방식으로 본선로와 예비선로의 전용 2회선 선로로 설계 하여 비상시 전력사고에 대비하였으며, 비상전원설비로 Gas Engine Generator 3대 (각1400kw용량)를 병렬 운전하여 Peak Saving 기능과 Generator의 폐열을 이용한 열병합 발전으로 시설하고, UPS Back-Up Time을 30분으로 하는 200KVA 용량의 무정전 전원공급장치를 시설하였다.
- 수직부재와 수평부재의 분리 타설로 인한 철근 Anchoring 를 위해 D13 까지는 독일 할펜사의 HBT Continuity System 을 적용하였고, 그 이상은 국내에서 개발된 냉연 가공된 Mechanical Splice를 거푸집용으로 변형하여 사용하였다.
- 2000년 3월에 개관한 LG아트센타 는 지상 9층 규모로써 최대 1,102석의 최첨단 공연장으로 계획되었다. 연극, 무용, 연주 및 오페라등 전 장르를 수용하면서도 최고의 음향 성능을 위하여 인접 지하철 및 본관동 의 각종 소음을 차단할 수 있는 특수구조를 채택 적용하였다.
- 4m인 Mass Concrete이 면서 흙막이면과의 사이에 외방수 (Bentonite Waterproofing)를 시공하고 합벽 처리되는 까다로운 시공 조건이 되어 Doka의 독일 Engineer가 제안하여 국내 오피스공사에 최초로 적용되는 무폼타이 대형거푸집 공법을 채택하였다. 이와 유사한 삼각트러스를 Back-Up Structure로 하는 방식은 국내에 간간이 적용되었으나, 이 경우 하부 슬래브에 콘크리트의 측압이 과도하게 걸릴 수 있고 비용 측면에서도 고가이기 때문에 저렴하면서도 이와 동등이상의 효과를 발휘할 수 있는 Single-Side Wall Form을 제작하여 사용하였다.
- 저층 로비 부분은 SUSPENDED STRUCTURAL GLAZING WALL SYSTEM을 도입하여 높이 21M에 달하는 투명한 유리를 통해 외부를 내부로 투영시켜 개방감과 생동감이 넘치는 공간으로 형성하였다.
- 대지의 경사가 동측에서 서측방향으로 10M의 단차이가 발생하고 이에 따른 암반의 절리가 서측방향으로 발달되어 있어, 지하층의 각층 슬래브는 흙막이 철거후 Retaining Wall을 통해서 전달 되는 지반 하중을 지지하는 구조적 역할을 병행하게 되어 지하층 슬래브 전체를 타설후 상부층의 흙막이를 철거하는 방식으로 진행되었다. 전체적으로 콘크리트의 건조수축으로 인한 변형을 최소화하기 위하여 20~30M간격으로 분할된 8~12개 공구로 구별하여 콘크리트 타설이 진행되었다.
- 철골의 현장 조립을 위해 Tower Crane은 Luffing Type으로 총 4대가 설치되었으며, 반경 r=30M에서 24ton의 양중 성능으로 선정하였다. 철골 부재량은 Brace Bearn까지 포함하여 총 8,925 Piece이며 이에 대하여 3,931회의 양중을 실시하였다.
- 프리캐스트 콘크리트의 사용은 일반적으로 규격화, 공업화의 개념으로 파악되나 LG Arts Center에서는 동일한 규격이 없는 비규격으로 제작되어 사용되었다. 철골부재로 얽혀있는 복도와 공연장사이의 벽체에 차음 및 잔향을 고려한 음향벽으로서의 역할을 수행하도록 설계되었다.
- 2M), 중앙부의 두께가 약 375mm 정도로 제작된 Circular Type 이다. 표면은 음향 처리를 위하여 Sandblast Finish 처리를 하였다. 이 음 향처리 프리캐스트 벽체는 천장의 GFRG와 함께 음향 설계에서 고려된 중요한 건설 요소중의 하나이다.
- 해당 지반의 예상 지하수위가 GL- 5M이고, 기초바닥 슬래브아래에 형성된 기반암층이 불투수층이어서 지하수로 인한 양압력 (Uplift Water Pressure) 이 lton/M2이하로 작용되도록 인위적으로 최하층 바닥슬래브 하부에 인위적인 배수층을 형성하여 집수 처리하는 방식을 채택하였다.
- 현장내 운반 양중을 위해 특수 제작된 수평 이동용 대차를 사용하였고, 수직구간은 Tower Crane의 사용이 철골공사 및 기타 양중작업과 겹쳐 효율성 저하로 인해 모노레일 방식의 수직 양중 시스템을 별도 설치하여 양중 부하를 최소화하였다.
대상 데이터
- Built-up 부재용 후판은 45mm이 하에서부터 최대 150mm 두께까지 다양하게 사용하였으며, 85mm이상 은 국내에서 품질 보증이 안되어 일본에서 수입되었다.
- 기본 및 부가통신 시스템 (전 전자식 Digital 교환 시스템의 최대 수용용량 10,064회선, ARS 및 VNS 가 각각 104회선), CATV 시스템, 회의 지원 A/V 시스템, 빌딩정보안내 시스템, 위성통신 시스템, LAN시스템, FMS(빌딩관리)시스템, ITS(입주사 통합서비스) 시스템, SCS(통합배선 시스템), 무선통신보조시스템, 통합 BA시스템, HVAC시스템, 조명제어 시스템, 전력검침시스템, 방범시스템 등으로 구성되어 있다.
- 메인 Subcontractor는 호주의 Total System 전문업체와 (Engineering, Manufacturing and Construction) 국내 커튼월 전문업체의 합작회사로 선정하였다
- 철골의 현장 조립을 위해 Tower Crane은 Luffing Type으로 총 4대가 설치되었으며, 반경 r=30M에서 24ton의 양중 성능으로 선정하였다. 철골 부재량은 Brace Bearn까지 포함하여 총 8,925 Piece이며 이에 대하여 3,931회의 양중을 실시하였다.
- 철근콘크리트조는 지하층에 적용 되 었고 Concrete는 Fc=350kg/an2 강도를 사용하였다. 대지의 경사가 동측에서 서측방향으로 10M의 단차이가 발생하고 이에 따른 암반의 절리가 서측방향으로 발달되어 있어, 지하층의 각층 슬래브는 흙막이 철거후 Retaining Wall을 통해서 전달 되는 지반 하중을 지지하는 구조적 역할을 병행하게 되어 지하층 슬래브 전체를 타설후 상부층의 흙막이를 철거하는 방식으로 진행되었다.
- 수직 및 수평부재 분리 타설은 소량의 상시 타설을 전제로 하기 때문에 총 4대 설치된 Tower Crane을 활용한 Concrete Bucket 타설은 필수적이다. 콘크리트 버켓은 1.5M3 와 2.0M3 용량을 사용하였으며 1일 최대 타설량은 80~ 120M3 정도이다.
- 후판의 재질은 두께가 커질수록 선정에 매우 유의해야 하는데 이는 후판 생산공정에서 발생하는 유황성분 및 단면 수축율을 조정함으로써 용접 성능을 개선하고, 용접 열 영향부가 많은 Built-Up 부재의 용접 결함을 예방하고자 하는 차원이다. 특히 판두께 방향(Z 방향)으로 갈라지는 Lamellar Tear 현상의 방지와 내진 설계상의 Factor 고려 및 용접성의 향상을 위해 Z-Type의 강재를 적용하였다. (SWS 490A-ZA, SM 490A -Z15S, SM 490B-Z25B)
- 프리캐스트 콘크리트는 Tower Crane이 양중 가능한 단위 중량으로 분할하고 (폭은 악3.0M, 높이는 약 2.2M), 중앙부의 두께가 약 375mm 정도로 제작된 Circular Type 이다. 표면은 음향 처리를 위하여 Sandblast Finish 처리를 하였다.
이론/모형
- Lateral Loads 는 Wind Loads 설계 속도압으로 국내 규준에 의한 35M /sec(A-노풍도)를 적용하고, Seismic Loads의 국내 적용 기준인 'Moderate Zone'을 적용하였다.
- Tower Office로비에 사용된 Suspended Structural Glazing System 은 영국의 Pilkington사에서 개발된 Planar System(Countersunk Bolt Fixing)을 1800mm Module로 적용 하였다. Net Height가 최대 17.
- 굴토 깊이는 도심지 최대깊이인 GL-35M를 굴착하였으며, 흙막이공 법으로는 일반적으로 사용하는 H- Pile + Earth-Anchor 공법과 Soil Nail공법을 병행 사용하였다.
- 철근콘크리트조는 '건축구조 설계 기준'을 적용하였고 철골조는 '강구조 계산 규준 및 해설'과 ' Load and Resistance Factor Design Specification for Structure Steel Design 93. AISC'을 기준으로 하여 ACI 318M-89와 AISC·89를 참조하였다.
후속연구
- 이와 같은 Bearing Pad System은 외국의 경우 공연장이외에 일반 건물에도 음환경의 조절을 위한 목적으로 도입된 사례를 많이 찾아볼 수 있으나, 국내에서는 교량의 진동 조 절 및 내진 구조를 목적으로 주로 설치되어 왔다. 공연장에 이와 같은 시스템을 적용한 것은 국내 최초라고 할 수 있으며 향후 건립될 공연 장 건물의 주변 음환경이 더욱 열악해 질 것으로 판단되며 이에 대응하여 음환경 조절 및 개선을 위하여 하나의 좋은 사례가 될 수 있다고 여겨진다.
- 도전적인 사고와 개념으로 주어진 문제점들을 해결해가면서 '국내 최초 사례'라는 많은 신공법을 검토하여 적용하면서 Engineer가 느낄 수 있는 감흥은 남다르다고 보여진다. 기계설비 및 전기설비, IBS공사등에 대해 자세히 기술하지 못한 아쉬움을 뒤로하면서 LG강남타워의 시공 사례가 향후 건설공사에 많은 도움이 되기를 기대한다.
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