고층 빌딩은 도데체 어떻게 높이 올라가는데도 하중을 다 견디는건가요?
아무리 기둥을 세운다고 하더라도 건물이 높이 올라갈수록 바람에도 흔들리게 될 것 같고 무게도 무거워지니깐 나중에 이런걸 못견딜 것 같은데 어떻게 80층이나 올라가는 건물들은 하중도 견디고 바람에도 잘 견디는 것인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.
건축물 설계할 때 구조설계가 이루어집니다. 이때 검토되는 것이 건물자체 하중인 고정하중, 적재하중, 지진하중, 풍하중, 적설하중 등이 있습니다. 흔히 내진설계로 알고 있는 것도 지진하중에 대한 대책으로 설계되는 것으로 구조설계에 포함되어 있습니다. 보통 구조설계시 프로그램을 사용하여 설계가 이루어지는데 건축설계에서 나온 규모의 건축물을 프로그램 상에서 모델링합니다. 그리고 앞서 얘기한 다양한 하중을 가상으로 건축물에 반영하여 구조 형태, 철근 배근, 콘크리트 강도 등 구조적으로 중요한 요소들을 설계합니다. 하중의 기준은 통계에 따르는데 실제 있었던 것 중 가장 강했던 값을 반영합니다. 지역에 따라 발생빈도가 다르기 때문에 지역에 따라 지역계수란 것의 차이를 두고 반영하며, 건축물의 용도에 따라 얼마나 오랜 시간 많은 사람들이 머무르는지 차이가 나기 때문에 중요도란 것도 반영합니다. 지진발생량, 강풍(태풍포함)발생량, 적설량 등이 높은 지역은 더 강하게 적용되며, 많이 사람이 오래 머무르게 되는 용도와 규모의 건축물은 중요도 등급을 높여서 더 강하게 적용됩니다. 법적으로 구조안전의 확인 대상이 되지 않는 소규모 건축물을 제외한 대부분의 건축물들이 이러한 구조설계가 반드시 이루어지며 소규모 건축물 또한 법적으로 필수는 아니지만 설계 단계에서 구조설계가 함께 이루어집니다. 일부 구조계산 없이 대충 설계하는 경우가 있는데 부실시공의 원인이 될 수 있습니다. 구조 설계에서 전체에 대한 재료의 강도, 부재 크기, 배근형태 등이 결정되기 때문에 설계내용을 잘 반영하여 시공하면 됩니다. 고층 빌딩 뿐 아니라 모든 건축물이 그러합니다.
안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.
고층 빌딩의 건물 구조는 일반적으로 철근콘크리트 구조, 강철 구조, 하이브리드 구조 등이 사용됩니다. 이러한 건물 구조는 지하층과 지반과의 접합부, 건물의 기둥과 보 등을 강화하고, 건물 전체적으로 분산시켜 하중을 견딜 수 있도록 설계됩니다.
안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.
고층건물을 지을때 중력하중(고정하중,적재하중,적설하중)을 고려하여 설계를 합니다.
→ 고정하중은 층수에 비례하여 증가하고, 적재하중경우 모든 층수에 설계하중 수준까지의 하중이 동시작용
◇ 바람하중 고려 : 건물에 작용하는 바람의 힘은 건물 높이가 증가함에 따라 급속도로 증가합니다.
→ 건물전체의 구조골조 설계를 위한 풍하중을 계산한다. 풍하중은 건물의 외부면에 작용하는 풍압의 형태로 산정됨.
도움이 되셨나요.
감사합니다.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
고층 빌딩은 여러 가지 구조 시스템을 사용하여 하중을 견디고 있습니다.
가장 기본적으로는 모멘트저항 골조시스템입니다. 수평하중에 저항하는 평면격자 형태를 강접으로 연결된 수평, 수직부재 즉 보와 기둥으로 구성된 구조시스템을 모멘트저항 골조시스템이라고 합니다.
여기에 30층 이상의 건물에는 가새골조시스템을 더하게 됩니다. 가새골조시스템은 모멘트저항골조시스템과 함께 가장 대표적인 수평저항 구조시스템으로 수평하중을 주로 수직방향의 켄틸레버형 트러스에 골조부재의 축강성으로 지지시키는 방식으로 주로 40~50층 규모의 건물에 모멘트저항 골조시스템과 함께 사용됩니다.
이 외에도 전단벽 구조시스템, 코어 및 전단벽구조시스템, 튜브구조시스템 등을 통해 무게하중을 분산하여 견디도록 설계하는 것이죠.
그리고 태풍이나 지진에 따른 건물의 흔들림을 막기 위해 댐퍼라는 진동 흡수장치가 설치되기도 합니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
고층 빌딩은 기둥과 같은 구조물을 이용하여 하중을 지탱합니다. 이 구조물은 철근, 콘크리트, 철강 등의 재료로 만들어지며, 건물의 높이에 따라 구조물의 크기와 강도가 다르게 설계됩니다.
또한, 고층 빌딩은 지반에 고정되어 있으며, 지반과 건물 사이에는 건축물의 안정성과 구조를 유지하기 위한 강도가 높은 재료로 만들어진 '지반과의 연결부'가 있습니다. 이 연결부는 지반의 안정성을 분석하고, 건물의 무게와 부하를 분산시키는 역할을 합니다.
또한, 고층 빌딩에는 바람과 지진 등의 자연 재해에 대비한 안전장치인 '강제진동제'가 설치되어 있습니다. 이 강제진동제는 건물의 진동을 감소시켜 구조물의 안전성을 높이는 역할을 합니다.
고층 빌딩은 다양한 기술과 구조적 설계를 통해 높은 건물 높이에서도 안전하게 지탱할 수 있도록 만들어집니다.
먼저, 빌딩의 기본적인 구조물인 철근콘크리트, 강철 등의 강도 높은 재료를 사용하여 건물의 기본적인 지탱력을 확보합니다. 이 재료들은 단단하고 견고하여 큰 하중에도 버틸 수 있습니다.
또한, 고층 빌딩은 특별한 구조물인 강화된 콘크리트와 강철 케이블을 사용하여 높은 고도에서도 안정적으로 유지될 수 있도록 설계됩니다. 이러한 구조물은 중력에 대한 저항력을 높여서 하중을 분산시키고 지탱력을 강화합니다.