마천루 – 아키포털

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마천루는 하늘을 긁을 듯 높은 초고층 건물을 이르는 말이다. 몇 미터부터 마천루라고 부르는지에 대한 국제적 합의는 없지만, 세계초고층도시건축학회(CTBUH)는 높이 300m 이상을 슈퍼톨, 600m 이상을 메가톨로 분류한다. 우리 「건축법 시행령」 제2조는 층수 50층 이상이거나 높이 200m 이상인 건축물을 초고층 건축물로 정의한다. 1885년 시카고에 선 10층짜리 홈 인슈어런스 빌딩이 철골 프레임으로 하중을 받은 초기 마천루로 꼽히고, 이후 강철 골조와 커튼월, 안전 승강기가 발전하면서 높이 경쟁이 시작됐다. 현재 세계에서 가장 높은 건물은 2010년 완공된 두바이 부르즈 할리파(828m)다.

높이를 가로막던 두 가지 문제

벽이 하중을 받는 조적조로 층을 올리면 아래층 벽이 점점 두꺼워져야 한다. 1891년 시카고에 완공된 16층 모내드녹 빌딩은 조적 벽으로 하중을 받은 탓에 1층 벽 두께가 약 1.8m에 이르렀다. 철골 프레임이 하중을 모두 맡고 외벽은 골조에 매달리는 커튼월로 바뀌면서 이 문제가 풀렸다. 다른 하나는 사람을 올리는 일이다. 줄이 끊어져도 떨어지지 않는 안전장치를 단 승강기가 1850년대에 나오기 전까지 건물 높이는 사람이 걸어 올라갈 수 있는 층수에서 멈췄다. 마천루는 구조와 설비가 함께 도달한 결과다.

높이 기록을 바꾼 건물들

건물	도시	완공	높이·층수	구조와 설비의 특징
홈 인슈어런스 빌딩	시카고	1885	약 42m, 10층	철골 프레임으로 하중을 받은 초기 사례
엠파이어 스테이트 빌딩	뉴욕	1931	381m, 102층	강철 골조
존 핸콕 센터	시카고	1969	100층	외벽에 X자 가새를 드러낸 트러스 튜브 구조
윌리스 타워(옛 시어스 타워)	시카고	1973	442m, 108층	튜브 9개를 3×3으로 묶은 묶음 튜브 구조
페트로나스 트윈 타워	쿠알라룸푸르	1998	452m, 88층	1998~2004년 세계 최고층
타이베이 101	타이베이	2004	508m	87~92층에 무게 660톤의 동조질량감쇠기
부르즈 할리파	두바이	2010	828m	현재 세계 최고층
롯데월드타워	서울	2017	555m, 123층	국내 최고층

튜브 구조를 고안한 사람은 존 핸콕 센터와 윌리스 타워의 구조 설계를 맡은 파즐루 칸이다. 외곽 기둥과 보를 촘촘히 묶어 건물 전체를 속이 빈 관처럼 작동하게 하자, 같은 높이를 이전보다 적은 강재로 세울 수 있게 됐다.

무게보다 까다로운 흔들림

초고층 설계에서 진짜 어려운 문제는 자중보다 바람이다. 건물이 가늘고 높을수록 바람에 흔들리는 폭과 가속도가 커져, 구조적으로는 문제가 없어도 꼭대기 층 사람이 멀미를 느끼는 수준이 된다. 그래서 설계 목표는 무너지지 않는 것에서 한 걸음 더 나아가 거주자가 흔들림을 느끼지 않게 하는 것이 된다. 대응은 세 갈래다. 외곽을 묶는 튜브 구조, 코어와 외곽 기둥을 중간층의 거대한 트러스로 연결하는 아웃리거, 그리고 흔들림과 반대로 움직이는 추를 매단 감쇠 장치다. 타이베이 101의 660톤짜리 강철 구체가 마지막 방식의 대표 사례다. 모서리를 깎거나 층마다 단면을 줄여 바람의 소용돌이가 일정한 주기로 몰려 생기지 않게 하는 형상 조절도 함께 쓴다.

피난안전구역은 몇 개 층마다 두나

수천 명이 머무는 초고층 건물에서 모든 사람이 계단으로 지상까지 한 번에 내려가기는 어렵다. 그래서 건축법 시행령 제34조 제3항은 초고층 건축물에 피난층이나 지상으로 통하는 직통계단과 바로 이어지는 중간층 대피공간, 곧 피난안전구역을 지상층으로부터 최대 30개 층마다 1개소 이상 두게 한다. 지상 100층 건물이라면 30층 이내, 60층 이내, 90층 이내에 하나씩 적어도 3곳이 필요하고, 마지막 구역 위로 남는 층은 10개 층이어서 30개 층 기준 안에 든다. 층수 30층 이상 50층 미만인 준초고층 건축물은 같은 조 제4항에 따라 전체 층수의 절반에 해당하는 층의 상하 5개 층 이내에 1곳을 둔다. 40층 건물이라면 20층을 기준으로 15층부터 25층 사이다.

코어가 임대면적을 잡아먹는 문제

층이 높아질수록 승강기 수가 늘고, 승강기 샤프트가 차지하는 코어 면적이 커져 임대할 수 있는 바닥이 줄어든다. 이를 줄이는 방법이 스카이로비다. 1층에서 고속 셔틀 승강기로 중간층 로비까지 올라간 뒤 구역별 승강기로 갈아타게 하면, 위층 구역을 오가는 승강기가 아래층 샤프트를 차지하지 않는다. 한 칸에 두 층이 붙은 더블데크 승강기와, 목적층을 먼저 입력받아 같은 방향 승객을 묶어 태우는 호출 방식도 같은 목적으로 쓰인다.

길바닥에서 보는 마천루

초고층 건물의 매끈한 입면은 위쪽의 빠른 바람을 아래로 끌어내려 발밑에 강한 돌풍을 만든다. 저층부를 넓게 내민 포디움과 캐노피, 식재로 보행로의 바람을 누그러뜨리는 이유다. 초고층 계획에서는 주변 건물까지 축소 모형으로 만든 풍동 실험으로 보행자 높이의 풍속을 재고 저층부 형태를 고친다. 겨울철 긴 그림자가 주변 주택과 공원에 드리우는 시간, 유리 외벽의 반사광, 퇴근 시간에 한꺼번에 쏟아져 나오는 보행자와 택시 승하차 공간도 설계 단계에서 따져야 할 도시 문제다.