[김종대의 스틸스토리] 건축 얼마나 높이 지을 수 있나?

많은 도시계획가들은 2050년까지 60억 명 이상의 사람들이 도시에 살 것이라고 예측한다. 증가하는 인구밀도를 따라잡을 수 있는 유일한 방법은 고층 건물을 짓는 것이다. 더 높은 빌딩을 짓는 것은 항상 수많은 도전이 필요하지만, 건축회사들이 가장 큰 빌딩에 자사의 이름을 올리기 위한 경쟁은 그렇게 미묘한 일은 아니다.


거의 매년 고층 건물들이 등장한다. 세계에서 가장 높은 고층 건물들 중 하나로 명명되는 것도 빠르게 진행된다. 몇 년 후에 최고 높은 건물이라는 타이틀을 거머쥐게 되면, 높이 경쟁은 처음부터 시작하게 된다.
하늘은 한계가 있다. 일명 마천루 경쟁은 과연 프로젝트의 건설 가능성에 어떤 영향을 미칠까? 그리고 어떤 건설 방법과 재료의 위업이 구름 속에 건물을 버티게 해줬을까?

먼저, 고층 건물을 기술적으로 정의하는 방법을 이해하는 것이 중요하다. 고층건물 및 도시서식지협회(CTBUH)는 상당한 높이를 달성하는 두 개의 하위 그룹을 정의한다.

‘초고층’ 건물은 300m 그 이상으로 정의된다. ‘메가톨’ 구조물은 적어도 600m 높이에 이른다. 현재의 건설기술은 매년 최소 1개의 초고층 빌딩을 완공시키고 있다. 2020년 6월 현재 132개의 초고층 빌딩이 건설을 완료했다.

부르즈 칼리파는 여전히 세계에서 가장 높은 고층건물이다. 높이가 2722피트, 즉 반 마일이 조금 넘는다. 최근 8년간의 공사 끝에 완공된 말레이시아의 메르데카(Merdeka)118은 부르즈 칼리파보다 겨우 500피트 짧다.
세계 최초로 마일 높이 상당의 빌딩은 향후 30년 내에 완공될 수 있을 것으로 예측된다. 높이가 3200피트 이상 되는 빌딩의 새로운 트렌드를 가져올 수도 있다.

높은 건물들은 온갖 종류의 기계적이고 구조적인 문제들을 동반한다. 그렇다면 로비에서 200층까지 이동할 때 엘리베이터를 얼마나 기다려야 할까? 거대한 건물들은 예측할 수 있는 자연력을 견뎌낼 수 있을까?

이 문제들은 우리가 이미 잘 알고 있는 현대 자재와 시스템을 해킹하여 혁신적인 건설 산업을 지원하는 것을 만들어냄으로써 해결된다.

높은 구조물을 지을 때 가장 큰 문제 중 하나는 건축 자재를 현장에 가까이 두는 능력이다. 건물의 발자국과 주변 면적은 일반적으로 도시 지역에서 작기 때문이다. 특히 도시 지역에서. 프리캐스트 패널은 저장이 불가능하여 종종 현장으로 옮겨지기 때문에 프레임 멤버를 구성하는 데 문제가 있다. 그러나 많은 건설업자들은 현재 틸트 벽 시공 공정을 사용하여 현장에서 패널을 붓고 조립할 수 있으며, 제자리에 들어올리기 위해 크레인을 사용할 수 있다.

고층빌딩은 철강 대체품을 찾고 있지만 건물의 높이가 증가함에 따라 무게가 중요한 문제가 된다.

알루미늄은 간편한 압출공정으로 경량 대체품을 제공하여 거의 모든 파사드 디자인에 다양한 모양을 만들어 낼 수 있다. 또 급격한 온도변화와 지진에 의한 지진파괴 등 내부 구조요소와 외력의 응력에도 잘 반응한다.

탄소 섬유는 무게가 가벼운 또 다른 새로운 물질이지만, 섬유와 같은 구조를 형성하기 위해 서로 맞물려 있는 긴 가닥을 특징으로 하는 또 다른 신흥 재료이다. 결과적으로 강철보다 월등히 강도가 높기 때문에 충격이 큰 하중을 많이 받는 건물에 구현할 수 있게 됐다.

탄소 섬유는 이미 프리캐스트 콘크리트 요소로 진출하고 있다. 메쉬를 전통적인 강철 메쉬 대신 콘크리트 혼합물에 배치하면 구조 단위의 전체 무게가 감소하여 안전하게 제자리에 들어 올리 수 있다. 또 상당한 구조적인 무결성을 유지한다는 것을 알고 고정하게 된다.

훨씬 더 미래적인 것은 콘크리트의 미래가 어떻게 보일지에 대한 아이디어이다. 콘크리트는 수백 년 동안 거의 변하지 않았다. 내구성이 매우 뛰어나지만 많은 사람들이 이산화탄소 배출량의 주요 원천이 되고 있기 때문에 새로운 대안을 모색하고 있다.

일부 연구자들은 콘크리트의 수명을 최대 200년 동안 연장할 수 있도록 하는 석회암 박테리아를 추가하여 자체 균열 치유가 가능한 바이오 콘크리트를 조사하고 있다.

거대 구조물에서 주요 구조 요소로 사용될 것 같지 않은 목재조차도 강철과 비슷한 강도를 부여하는 교차 적층 목재 구조에서 새로운 생명을 찾고 있다. 목재의 능력을 입증하기 위해 일본의 디자인 회사 스미토모 포레스트리(Sumitomo Forestry)는 최근 도쿄에 350m 높이의 목조 구조물 건설 계획을 발표했다.

더 높은 건물은 수평선에 있다. 그 공간에서, 건축 자재와 건설 방법은 마일 높이의 꿈을 현실로 만들 수 있도록 빠르게 따라잡고 있는 시대이다.


김종대 글로벌철강문화원 원장