안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다.
초고층빌딩이 무너지지 않는 이유: 뉴턴의 운동 법칙
한데, 아무리 잘 설계한다 해도 바람의 영향을 전혀 안 받을 수는 없습니다. 그럼에도 마천 루는 좀처럼 흔들리지도 무너지지도 않습니다. 이 현상을 설명하기 위해서는 뉴턴의 운동 법칙이 적용됩니다. 힘(F)과 질량(m), 흔들림 의 속도(a)의 관계를 나타낸 운동 법칙(F=ma)은 세가지가 있습니다. 첫째, 관성의 법칙. 바람이 불어도 건물은 그 자리에 있어야 합니다. 둘째, 가속도의 법칙. 바람의 속도가 빨라지면 그 힘이 세집니다. 셋째, 작용과 반작용의 법칙. 바람의 힘이 벽 전체에 작용하면 그 힘이 저항하는 반작용이 생깁니다.
건물 외벽 디자인으로 바람의 영향을 줄이고, 고층으로 올라갈수록 속도가 빨라지는 바람 의 힘을 상쇄하기 위해 댐퍼(damper)를 도입했습니다. 댐퍼는 충격 완화 장치로, 일종 의 추라고 생각하면 됩니다. 바람으로 건물이 흔들릴 때 추가 반대 방향으로 움직여서 진 동을 최소화시키는 작용을 합니다. 타이베이101에는 88층과 92층 사이에 커다란 공이 놓여 있습니다. 직경 6미터, 660톤 에 달하는 강철 공이 92층에서 늘어진 4개의 로프에 매달려 87층과 88층에 자리 잡고 있 습니다. 거대한 이 공이 건물의 최대 진동치를 1/3 정도 줄여줍니다. 101층의 중심을 잡 는 댐퍼는 안전장치이자 관광객들의 포토존이기도 합니다.
건물에 따라서는 꼭대기에 물을 반쯤 채운 액체 댐퍼나 물탱크를 활용하기도 합니다. 추 역할을 하는 공이나 물은 빌딩이 바람에 부딪히거나 소용돌이에 휘말려 흔들릴 때 원 위치 로 돌아가도록 돕습니다. 바람이 크게 불면 꼿꼿한 나무는 부러지지만 갈대는 바람 따라 흔들리다 다시 제자리로 돌아오는 탄성을 가진 원리와 같습니다.
출처 : 서울도시건축전시관 - 100층 건물 꼭대기에서도 안 무서운 이유
