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문제 정의
- 다음 기회에는 서울시청사 현장에 적용된 뜬구조 공법에 대해서 다루어 보고자 한다.
- 서울시청사 본관동은 철근콘크리트 구조로 우리나라에 처음 세워진 평양 시멘트(1919) 공장에서 생산한 시멘트를 사용했을 것으로 추정된다. 지금으로부터 84년 된 건물의 역사성을 이어 가기 위하여 진행 중인 서울시청사 건립공사 보존 본관동의 구조형식 및 콘크리트의 내구성에 대한 그 당시 건축기술에 대하여 살펴보고자 한다.
제안 방법
- 기초 상하부에 철근을 배치하여 기초 위 기둥으로부터 내려오는 하중을 적절하게 콤프레솔 파일로 전달될 수 있도록 하였다. 그 당시 파일 시공 순서를 보면 기초를 설치하기 위하여 하부를 굴토한 후 콤프레솔 파일 위치에 시멘트와 잡석을 넣은 후 그 당시 특허를 받은 항타기로 다져서 파일을 만들었다. 또한 파일과 파일 사이를 잡석과 흙을 넣은 후 다짐을 하여 배수뿐만 아니라 파일 군으로써 역할을 할 수 있도록 시공된 것으로 추정된다.
- 기초 상하부에 철근을 배치하여 기초 위 기둥으로부터 내려오는 하중을 적절하게 콤프레솔 파일로 전달될 수 있도록 하였다. 그 당시 파일 시공 순서를 보면 기초를 설치하기 위하여 하부를 굴토한 후 콤프레솔 파일 위치에 시멘트와 잡석을 넣은 후 그 당시 특허를 받은 항타기로 다져서 파일을 만들었다.
- 기초 위에 타이거더(tie gider)를 설치하여 기초와 기초의 이동을 방지하고 타이거더 위에 조적을 쌓을 수 있도록 하였으며, 타이거더 사이는 잡석을 다져서 기초를 형성하였다. 1층 슬래브는 직접 하부에 흙이 전달되도록 잡석을 다짐하여 슬래브를 타설하였으며, 1층 조적조 하부 타이거더에도 철근을 배치하여 철근콘크리트 타이거더를 형성했다.
- 덕수궁 쪽 날개벽과 본관동과 사이에 수직 익스팬션 조인트를 두어 구조적으로 날개벽과 본관동 사이에 신축 팽창에 대한 고려를 하였다. 익스팬션 조인트는 약 40 ∼ 50 mm정도로 보이며 익스팬션 조인트 구간에는 기둥을 2개씩 배치하여 별도의 구조물이 될 수 있도록 하였다.
- 덕수궁 쪽의 날개벽은 줄기초 형식으로 하였으며, 내부는 기둥이 집중 배치되는 곳에 복합기초 형식으로 2개에서 9개까지 콤프레솔 파일을 조합하였다. 모양도 삼각형, 사각형 및 오각형 등으로 다양하게 기둥 하중에 맞춰 설계되었다.
- 중앙 현관 계단 상부는 장스팬 보가 형성되었고, 장스팬 보의 하중 분담을 줄이기 위하여 보 배치 간격을 줄이고 보 끝단에 기둥을 설치하여 리지드 프레임(rigid frame) 구조로 하였다. 상부로 올라갈수록 하중이 줄어들어 기둥 사이즈를 적게 하였으며, 하중을 많이 받는 보는 SRC 보로 구조 계획을 하였다.
- 배근 간격은 단변 200 mm, 장변은 300 mm 간격을 유지하고 있다. 외부 조적을 위하여 지중보는 변 단면으로 하여 상부 조적 하중을 지층으로 전달할 수 있도록 하였다.
- 장스팬 기둥과 보는 SRC 기둥과 SRC 보를 강접으로 하고, 철골철근콘크리트의 구조로 하여 적절한 구조 내력에 견디게 하였다. 콘크리트학회지 2009년 5월 특집 ‘건축 분야에서의 콘크리트 이야기’에 따르면 이 당시 철근 콘크리트 설계 이론이 발전 단계에 있는 과정에서 진화를 거듭하는 시기에 경성부 청사가 건립되었다는 것을 알 수 있다.
- 중앙 현관 내부 계단은 2개 층을 개방하는 구조 형식으로 하였다. 중앙 현관 계단 상부는 장스팬 보가 형성되었고, 장스팬 보의 하중 분담을 줄이기 위하여 보 배치 간격을 줄이고 보 끝단에 기둥을 설치하여 리지드 프레임(rigid frame) 구조로 하였다. 상부로 올라갈수록 하중이 줄어들어 기둥 사이즈를 적게 하였으며, 하중을 많이 받는 보는 SRC 보로 구조 계획을 하였다.
- 지하의 매립토층에 건물 기초의 지내력을 확보하기 위해서 하부구조는 직경 약 0.15 m, 길이 4.5 m의 나무말뚝을 사용하여 기초를 형성하고 기초 위에 기둥을 설치했으며, 상부구조는 하중을 많이 받는 부분은 콤프레솔 파일을 설치하여 상부 하중을 지반으로 전달하는 형식을 취했다.
- 내부 돌음 계단의 경우 중간층 보와 기둥에 계단 참 및 계단이 100 mm ∼ 200 mm 이상 맞물리게 하여 캔틸레버 계단 형식에 저항할 수 있도록 하였으며, 층간 하중이 좌우 기둥으로 전달될 수 있도록 보를 배치하여 시공되는 형태를 보인다. 층고가 높은 부분은 조적을 쌓기 위하여 중간층 테두리 보를 설치하여 조적의 횡 좌굴을 구조체가 저항할 수 있도록 하였다. 그 당시 구조 설계 개념이 현재와 차이가 거의 없음을 볼 수 있다<사진 5>.
대상 데이터
- 경성부청사의 규모는 1922년 11월 11일 당시 경성부윤 이하 직원 360명을 기본으로 하였다<;표 1>.
- 대지는 정동에서 발원하여 청계천으로 흐르는 지선을 옆에 끼고 있으며, 지반은 지질 조사 보고서에 확인 되었듯이 지하 5 ∼6 m 정도는 매립토, 즉 벌층을 형성하고, 7 m 구간은 풍화토, 풍화암, 연암 구간으로 형성되어 있다.
- 보 및 기둥의 스트럽은 6 mm 원형 철근을 사용하였으며, 결속선은 과 같이 0.53 mm ∼ 0.6 mm 결속 선을 묶어서 사용하였다.
- 본 공사는 1924년 11월에 시작되어 1926년 9월에 준공 되었다. 지상 4층 옥탑 2층으로 구성된 관청공사로 1층은 화강석, 2층 이상은 조적 위 리싱마감(현재 석재뿜칠)으로 되어있다.
- 사용된 콤프레솔 파일은 직경 약 1.2 m, 길이는 1.8 m ∼ 2.4 m로 현재의 복합기초 형식으로 하여 상부 하중을 지지할 수 있게 설계 하였다.
- 본 공사는 1924년 11월에 시작되어 1926년 9월에 준공 되었다. 지상 4층 옥탑 2층으로 구성된 관청공사로 1층은 화강석, 2층 이상은 조적 위 리싱마감(현재 석재뿜칠)으로 되어있다.
성능/효과
- (1) 콘크리트 압축강도는 현장시험을 통하여 평균 12.4 MPa로 조사되었다. 중성화 깊이는 부위별로 차이는 있지만 심한 곳은 80 mm까지 나타나고 있다.
- (2) 철근의 경우 모두 원형 철근을 사용 했으며 그 당시 일본에서 수입해 온 철근으로 추정된다. 원형철근의 끝단은 갈고리를 사용 하였고, 철골의 경우 그 당시 도면 및 현재 구조물을 확인한 결과 사용된 H-형강 또는 I-형강, ㄷ-형강 등은 오늘날 우리가 사용하고 있는 것과 거의 동일한 것으로 확인 되었다.
- 하중이 하부로 쏠리는 사이드 스웨이에 저항할 수 있도록 하였던 것으로 추정된다. 또한 SRC 기둥의 주각부는 베이스플레이트(base plate)와 콘크리트 기초 사이는 현재 일반적으로 무수축 몰탈로 채우는 부분을 그 당시에 납판을 사용한 것으로 확인되었다.
- (2) 철근의 경우 모두 원형 철근을 사용 했으며 그 당시 일본에서 수입해 온 철근으로 추정된다. 원형철근의 끝단은 갈고리를 사용 하였고, 철골의 경우 그 당시 도면 및 현재 구조물을 확인한 결과 사용된 H-형강 또는 I-형강, ㄷ-형강 등은 오늘날 우리가 사용하고 있는 것과 거의 동일한 것으로 확인 되었다. 철근의 결손율은 심하게 중성화가 진행된 곳의 경우 결손율이 평균 30% 정도로 진행된 곳도 있고 중성화가 거의 진행되지 않은 곳은 원형이 보존 되어있다.
- 이상에서 살펴본 바와 같이 서울시청사 본관동의 구조형식은 오늘날의 구조시스템이 적용되었음을 알 수 있다.
후속연구
- 서울시청사 본관동의 구조시스템, 콘크리트의 내구성 등의 고찰이 우리가 학술적으로 연구 발전시키는 계기가 되었으면 한다. 우리의 시공기술의 비약적인 도약으로 자부심과 더불어 앞으로 백년을 넘어 천년을 향해 가는 건축 기술의 발전을 위하여 기술적인 측면과 문화적인 측면에서 순수한 연구가 진행되어지길 기대하면서 역사적 사명을 갖고 서울시청사가 새로운 모습의 신관동과 더불어 서울시청사 본관동이 조화를 이루는 새로운 명물로 탄생되는 날을 기대해 본다.
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