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문제 정의
- 따라서 본 연구는 기존의 SS 구조 시스템으로 지어진 초고층 건축물을 분석하고, 차량이 상층부에 주차됨과 동시에 건물의 일부분으로 사용되는 미래 지향적 고층 건물 및 SS 구조 시스템의 단점을 보완하여 자율주행차량 적용에 적절한 구조 시스템을 제안한다.
- 따라서 하부가 필로티 구조로 자율주행차량이 진입하는데 문제가 없고, 건물 내 기둥이 없어서 자율주행차량이 수직으로 이동하여 건축물 내부에서 이동할 수 있는 SS 구조 시스템이 현존하는 구조 시스템 중 가장 적합할 것으로 판단된다. 이에 따라 자율주행차량이 적용된 고층 건물을 위한 구조 시스템으로 SS 구조 시스템의 적용 가능성을 검토하기 위해 사례 조사를 진행하였다.
- 앞서 설명한 문제점을 개선하고자 SS 구조 시스템의 단점을 보완하여 코어 대비 장스팬과 비정형이 가능하며 자율주행차량에 적절한 새로운 구조 시스템을 제안하고자 한다. New Suspended Structure(이하 NSS 구조 시스템이라 칭함)는 기존 SS 구조 시스템에 장력 기둥의 개념을 결합하여 전반적으로 [Fig.
- 본 연구를 통해 자율주행차량을 건축적으로 해석하고 건축물에 적용하기 위해 자율주행차량이 결합되어 변화될 미래의 고층 건물을 예측하였다. 이에 적용 가능한 구조 시스템을 제안하고자 기존 Suspended Structure (SS 구조 시스템)로 계획된 사례의 제원과 특징을 조사 하여 비교 분석하였다.
제안 방법
- 1]과 같다. 구동부와 상부의 공간을 나누어 디자인하여 수요에 따라 사용성을 달리할 수 있도록 구현하였다.
- 2]와 같다. 수면 환경, 모바일 오피스, 거실, 엔터 테인먼트 공간 등 4가지 용도의 새로운 사용자 경험을 구현하였다.
- 4m 높이의 건축물로 하부층의 전시장 계획으로 인해 지상 5층부터 지상 9층까지 5개 층의 바닥을 SS 구조 시스템으로 사용하였다. 지상 9층까지 코어 벽체를 선행 시공한 후 매달리는 슬라브의 철골 구조를 시공하였다. 이는 저층부 공간 계획 시 기준층 기둥의 간섭이 없으므로 하부 기둥 배치를 용이하게 계획할 수 있다는 장점이 있다10).
- [Table 3]의 대구 주공사옥은 13개층 규모, 66m 높이의 고층 건축물로 SS 구조 시스템이 적용된 타워 부분은 정방형이다. 지상 6층에서 13층까지 SS 구조 시스템을 적용하였으며, 지상 4층에서 5층은 단순 중앙 골조 부분으로써 넓은 옥외 휴게 공간으로 활용이 가능하도록 계획하였다. 지상 13층 높이까지 중앙 골조를 세운 후 최상단 Mega truss에 건물 기둥을 매다는 방식이다13).
- 전술한 2가지 사례와 달리 지붕층의 Mega truss는 캔틸레버 구조가 아닌 트러스 양 단부 코어 벽체 및 Mega column에서 지지되는 구조이다. 또한 단조로움을 피하기 위하여 세 방향의 입면에 건물 중간을 오픈하여 설계하였다. 이때 개구부 상부에 SS 구조 시스템으로 사무 공간을 구성하여 개구부를 기둥으로부터 자유로운 옥외 공간으로 사용할 수 있도록 계획하였다15).
- 또한 단조로움을 피하기 위하여 세 방향의 입면에 건물 중간을 오픈하여 설계하였다. 이때 개구부 상부에 SS 구조 시스템으로 사무 공간을 구성하여 개구부를 기둥으로부터 자유로운 옥외 공간으로 사용할 수 있도록 계획하였다15).
- NSS 구조 시스템의 구조적 개념으로 장스팬 캔틸레버를 장현 기둥의 압축보로 사용하여 인장과 압축으로만 작용하게 하였다16). 이는 휨 저항을 최소화하고 세장한 코어의 좌굴을 방지한다.
- NSS 구조 시스템은 해당 층의 비렌딜트러스를 압축보로 사용하여 그림과 같이 다양한 형태를 계획할 수 있다. 인장재로 보강된 NSS 구조 시스템은 기존 SS 구조 시스템에 인장재를 보강하여 SS 구조 시스템의 장점과 더불어 사용 면적 대비 코어 면적을 줄이며 장스팬과 비 정형이 가능한 개념으로 제안되었다.
- NSS 구조 시스템의 코어 및 스팬 계획을 위해 [Table 1]과 [Table 5]에서 정리한 SS 구조 시스템의 사례 건물 제원을 비교 분석하였다. 비교 대상은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템을 사용한 고층 건물을 이며, E-6은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템이 아닌 트러스 양 단부 코어 벽체와 Mega column에서 지지되는 구조이기 때문에 비교 분석에서 제외하였다.
- 비교 대상은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템을 사용한 고층 건물을 이며, E-6은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템이 아닌 트러스 양 단부 코어 벽체와 Mega column에서 지지되는 구조이기 때문에 비교 분석에서 제외하였다. 대상 건물들의 제원에 따라 캔틸레버와 코어의 제원, 최대 캔틸레버 층의 면적과 코어 면적을 조사하였으며, 최대 캔틸레버 층의 면적 대비 코어 면적의 비율(이하 f/c이라 칭함)을 [Table 6]에 정리하였다. 대상 건물들은 전체적으로 정형의 형상을 하였으며, E-1을 제외한 대부분의 사례 건물은 f/c가 17.
- NSS 구조 시스템에 따라 계획된 해당 건물은 [Fig 9] 와 같이 자율주행차량이 적용된 주거용 고층 건물에 적합한 복도형이므로 기존 고층 건물에 비해 사용 면적이 많이 넓지 않지만 복도형 계획에 맞게 장스팬이 가능하도록 계획하였다.
- NSS 건물의 코어 계획은 코어 높이가 가장 높고 가로, 세로 15m의 정사각형으로 되어있는 E-3의 코어 제원을 기준으로 하였다. 형태는 다방향에 안정적인 원형으로 하여 지름 15m의 이중 튜브 코어로 계획하였다.
- 9]와 같이 모듈 계획에 따라 정해진 10m를 기준 으로 40m의 장스팬을 계획해야 한다. 하지만 실효성 확인이 불가하기 때문에 앞서 비교 분석한 SS 구조 시스템 사례의 코어 면적 대비 스팬 길이와 캔틸레버 사례를 참고하여 40m를 코어 길이 대비 130%인 20m 스팬으로 2개 층을 계획하였다. f/c=10.
- 이는 E-1의 f/c를 통해 산출한 층 면적과 E-1의 코어 제원보다 보수적인 E-3의 코어 제원을 이용한 계획을 통해 수직 하중에 대한 고려를 하였으며, 코어 계획 시 적용한 E-3의 건물이 34층으로 계획된 것 을 바탕으로 NSS 건물의 높이 산정 근거를 확인하였다.
- 차량 동선을 이동부와 결합부로 나누어 지하에 배치하여 계획하였다. 이는 기존의 상점뿐 아니라 [Table 7] 과 같이 이케아의 공간 연구소인 스페이스 10에서 제안 하는 이동식 상점, 카페 등의 소규모 상가에 일부 공간을 활용할 수 있어 수요에 따라 공간을 효율적으로 사용할 수 있다7).
- NSS 구조 시스템을 적용하여 내부 차량 동선을 자유롭게 계획하였으며, 장스팬 캔틸레버를 이용하여 기존 SS 구조 시스템보다 더 많은 주거 유닛을 수용할 수 있도록 하였다.
- NSS 구조 시스템을 적용하여 내부 차량 동선을 자유롭게 계획하였으며, 장스팬 캔틸레버를 이용하여 기존 SS 구조 시스템보다 더 많은 주거 유닛을 수용할 수 있도록 하였다. 또한 층간 옥외 공간을 배치하여 주거 환경의 증대와 차량의 동선 계획을 용이하게 하였다.
- 본 연구를 통해 자율주행차량을 건축적으로 해석하고 건축물에 적용하기 위해 자율주행차량이 결합되어 변화될 미래의 고층 건물을 예측하였다. 이에 적용 가능한 구조 시스템을 제안하고자 기존 Suspended Structure (SS 구조 시스템)로 계획된 사례의 제원과 특징을 조사 하여 비교 분석하였다. 또한 SS 구조 시스템의 장점과 장현 구조 개념을 결합한 New Suspended Structure (NSS 구조 시스템)를 제안하고 사례 조사를 통해 SS 구조 시스템에서 나타나는 단점을 보완하였다.
- 이에 적용 가능한 구조 시스템을 제안하고자 기존 Suspended Structure (SS 구조 시스템)로 계획된 사례의 제원과 특징을 조사 하여 비교 분석하였다. 또한 SS 구조 시스템의 장점과 장현 구조 개념을 결합한 New Suspended Structure (NSS 구조 시스템)를 제안하고 사례 조사를 통해 SS 구조 시스템에서 나타나는 단점을 보완하였다. 이를 통해 자율주행차량을 위한 건축물의 기초적인 설계안을 제안하였으며 주요 내용은 다음과 같다.
- 그러나 SS 구조 시스템은 주로 정형적인 형태에만 사용되며 코어 중심의 구조 시스템이기 때문에 코어 대비 사용 가능한 면적이 좁다는 문제점이 나타났다. 이를 해결하기 위해 SS 구조 시스템과 장현 기둥의 개념을 결합하여 NSS 구조 시스템을 제안하였다.
대상 데이터
- 차량 업계는 자율 주행 레벨이 올라갈수록 신체 기능과 감각 기관의 참여 정도가 현저하게 줄어듦에 따라 운전을 대신할 자율주행차량의 내부 공간 프로그램에 주목하고 있으며, 여러 연구를 통해 다양한 시도를 하고 있다3). 사례 조사는 공간 사용에 집중한 콘셉트 카를 중심으로 진행하였으며, 조사 대상은 벤츠사의 비전 어바네틱, 볼보사의 360c, 혼다사의 leMobi이다.
- 국외 사례로 SS 구조 시스템을 적용한 건물 3개동을 분석하였다. 대상 건물은 캐나다 밴쿠버에 위치한 Westcoast Transmission Tower, 독일 뮌헨에 위치한 BMW Headquarter, 남아프리카공화국 요하네스 버그에 위치한 Standard Bank Center이다8).
- 대상 건물은 캐나다 밴쿠버에 위치한 Westcoast Transmission Tower, 독일 뮌헨에 위치한 BMW Headquarter, 남아프리카공화국 요하네스 버그에 위치한 Standard Bank Center이다8).
- [Table 2] 의 고양 현대 모터 스튜디오는 9개층 규모, 49.4m 높이의 건축물로 하부층의 전시장 계획으로 인해 지상 5층부터 지상 9층까지 5개 층의 바닥을 SS 구조 시스템으로 사용하였다.
- 국내 사례로 SS 구조 시스템을 적용한 건물 3개동을 분석하였다. 대상 건물은 고양에 위치한 현대 모터 스튜디오, 대구에 위치한 대구 주공사옥, 서울에 위치한 아모레퍼시픽이다.
- 국내 사례로 SS 구조 시스템을 적용한 건물 3개동을 분석하였다. 대상 건물은 고양에 위치한 현대 모터 스튜디오, 대구에 위치한 대구 주공사옥, 서울에 위치한 아모레퍼시픽이다.
- 이는 저층부 공간 계획 시 기준층 기둥의 간섭이 없으므로 하부 기둥 배치를 용이하게 계획할 수 있다는 장점이 있다10). 현대 모터 스튜디오 고양은 코어 벽체로부터 11.6~14.9m의 캔틸레버를 사용하였다11).
- [Table 3]의 그림과 같이 지상 3층까지는 기존 골조 방식을 사용하여 ‘ㄴ’ 자 모양으로 건축 면적을 넓혀서 문화 행사 공간 및 직원 복지시설로 계획하였다. 대구 주공사 옥은 코어 벽체로부터 10m의 캔틸레버를 사용하였다13).
- [Table 4]의 아모레퍼시픽은 지하 7층 및 지상 22층 규모, 110m 높이의 고층 건축물로 지붕층에 위치한 Mega truss를 통해 5~11개층을 지지하고 있는 SS 구조 시스템을 사용하였다. 전술한 2가지 사례와 달리 지붕층의 Mega truss는 캔틸레버 구조가 아닌 트러스 양 단부 코어 벽체 및 Mega column에서 지지되는 구조이다.
- 비교 대상은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템을 사용한 고층 건물을 이며, E-6은 코어 중심 캔틸레버형 SS 구조 시스템이 아닌 트러스 양 단부 코어 벽체와 Mega column에서 지지되는 구조이기 때문에 비교 분석에서 제외하였다.
- NSS 구조 시스템에 따라 계획된 해당 건물은 [Fig 9] 와 같이 자율주행차량이 적용된 주거용 고층 건물에 적합한 복도형이므로 기존 고층 건물에 비해 사용 면적이 많이 넓지 않지만 복도형 계획에 맞게 장스팬이 가능하도록 계획하였다. NSS 건물의 코어 계획은 코어 높이가 가장 높고 가로, 세로 15m의 정사각형으로 되어있는 E-3의 코어 제원을 기준으로 하였다. 형태는 다방향에 안정적인 원형으로 하여 지름 15m의 이중 튜브 코어로 계획하였다.
- 하지만 실효성 확인이 불가하기 때문에 앞서 비교 분석한 SS 구조 시스템 사례의 코어 면적 대비 스팬 길이와 캔틸레버 사례를 참고하여 40m를 코어 길이 대비 130%인 20m 스팬으로 2개 층을 계획하였다. f/c=10.0%에 따라 산출된 층 면적에 의해 스팬을 나누어 2개 층으로 계획된 해당 건물은 13층으로 계획된 E-1 대비 200%인 26층으로 계획되었다. 이는 E-1의 f/c를 통해 산출한 층 면적과 E-1의 코어 제원보다 보수적인 E-3의 코어 제원을 이용한 계획을 통해 수직 하중에 대한 고려를 하였으며, 코어 계획 시 적용한 E-3의 건물이 34층으로 계획된 것 을 바탕으로 NSS 건물의 높이 산정 근거를 확인하였다.
성능/효과
- 특히 기둥이 배치되지 않아 자유로운 계획이 가능한 저층부는 열린 공간으로 사용할 수 있으며, 공간의 개방성과 시각적 인지성 향상이 가능하고, 가로변의 소음 문제 해결과 지하 주차 공간 계획이 수월하다는 장점이 있다2). 이러한 장점들을 통해 건물 내 차량 동선과 기둥이 겹치는 문제를 해결할 수 있는 SS 구조 시스템이 자율주행차량의 결합에 가장 적합한 것으로 판단되었다.
- 5]와 같다. 따라서 하부가 필로티 구조로 자율주행차량이 진입하는데 문제가 없고, 건물 내 기둥이 없어서 자율주행차량이 수직으로 이동하여 건축물 내부에서 이동할 수 있는 SS 구조 시스템이 현존하는 구조 시스템 중 가장 적합할 것으로 판단된다. 이에 따라 자율주행차량이 적용된 고층 건물을 위한 구조 시스템으로 SS 구조 시스템의 적용 가능성을 검토하기 위해 사례 조사를 진행하였다.
- 이는 E-1의 f/c를 통해 산출한 층 면적과 E-1의 코어 제원보다 보수적인 E-3의 코어 제원을 이용한 계획을 통해 수직 하중에 대한 고려를 하였으며, 코어 계획 시 적용한 E-3의 건물이 34층으로 계획된 것 을 바탕으로 NSS 건물의 높이 산정 근거를 확인하였다. 기존 SS 구조 시스템 사례의 제원을 바탕으로 계획하였으며, 이에 장력 기둥 개념을 도입하면 처짐 및 장스팬에 대해 구조적으로 개선될 것으로 판단하였다.
- 1) SS 구조 시스템을 적용하여 지하 및 하부 공간을 다양하게 사용할 수 있으며, 자율주행차량의 동선과 저층부의 오픈된 공간을 계획하는데 유용하다. 그러나 SS 구조 시스템은 주로 정형적인 형태에만 사용되며 코어 중심의 구조 시스템이기 때문에 코어 대비 사용 가능한 면적이 좁다는 문제점이 나타났다.
- 2) NSS 구조 시스템은 SS 구조 시스템이 가지고 있는 장점을 통해 자율주행차량을 위한 적절한 구조 시스템으로 사용될 수 있다. 사용 면적 대비 코어 면적이 커서 평면 활용이 비효율적이라는 단점은 장력 구조와 결합하여 보완할 수 있다.
- 3) 기존 건축 방식과 달리 필요에 의해 탈·부착되는 차량을 건축에 적용하면 공간을 가변적으로 사용함으로써 최소한의 필요 면적만 건축할 수 있다. 이는 경제적으로 합리적일 뿐만 아니라 대지를 효율적으로 사용할 수 있다.
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