무량판 공법에 대한 건축법과 사고발생 원인을 알아봅니다.
무량판 공법이란 무엇인가?
건축구조의 한 종류로, 없을 무(無) 자, 대들보 량(梁) 자를 쓴 명칭 그대로 하중을 지탱하고 있는 수평구조 부재인 보(beam)(대들보)가 없고, 건물의 하중을 지탱하는 수직재의 기둥(코어)에 슬래브(slab)가 바로 연결된 형식이다.
건축구조를 건물에 작용하는 힘에 저항하는 방식으로 구분할 때, 축하중에 의한 구조방식 중의 하나이다.
본래 교량건설에 사용되는 방식으로, 평판바닥구조 또는 플랫슬래브구조라고도 한다.
슬래브란 철근 콘크리트 구조의 바닥을 말하는데, 슬래브에 발생하는 하중이 곧바로 기둥을 통하여 바닥에 전달되어 지반으로 내려가도록 하는 방식이다.
- 출처 : 나무위키
무량판 구조는 언제부터 시작되었나?
무량판구조는 미국의 구조 엔지니어 클라우드 엘렌 포터 터너가 디자인해 1908년 특허를 받았다.
클라우드 터너는 1869년생으로 펜실베니아 리하이대학 공과대학을 졸업한 뒤 건축회사 엔지니어로 근무하다 1901년 회사를 세우고 플랫 슬래브(Flat Slab), 무량판구조를 개발했다.
클라우드 터너는 1905년 미국 미네소타주 미니애폴리스의 ‘존슨-보비 빌딩’에 보가 없이 기둥이 콘크리트 바닥을 지지하는 무량판구조를 처음 적용했다
무량판 공법 이미지
무량판 구조는 슬래브(평면바닥)을 기둥의 형태로 지지하게 되어서 슬래브의 무게를 기둥을 통해서 아래로 전달하는 구조를 말합니다.
기둥의 머리 부분에는 슬래브의 무게를 지지하기 위한 철근 보강이 십자가 모양으로 들어가서 만드는것이 일반적입니다.
만약 기둥의 머리부분에 충분한 철근보강이 이루어지지 않는다면 이것은 공법의 문제가 아닌 시공의 문제로 보는것이 타당합니다.
건축공법 대표적이 3가지 정리(벽식,라멘,무량판 구조)
출처 : 비즈워치
벽식구조
과거 1970년대 대부분의 일반 건축물은 벽식 구조로 되어있습니다.
상부의 무게를 벽을 통하여 분산하도록 구성되어있으며, 상대적으로 적은 공사비와 빠른 공사기간의 장점이 있다.
상부의 무게를 벽 전체가 지탱하는 구조로 층간소음에 제일 취약한 구조로 분석된다.
또한 벽식 구조는 노후되었을때 리모델링에 많은 어려움이 있다. 벽의 구조를 제거해야만 리모델링의 공간적 활용이 가능하나 현재 규정으로는 벽을 제거하지 못하게 되어있다. 따라서 리모델링 추진위원회에서 이러한 벽식 구조의 아파트 내벽을 제거해달라는 요청이 지속되고 있다.
기둥식구조(라멘구조)
기둥식 구조라고도 하고 라멘구조라고도 합니다. 기본적으로 기둥을 통한 하중분산은 무량판 구조와 동일합니다.
1960년대 아파트가 처음 건축될 당시 구조를 라멘구조로 설계되었습니다.
차이점은 기둥과 기둥 사이에 보를 통하여 무게를 분산하도록 설계됩니다. 그러나 보를 설치하는 공간만큼 층고의 높이가 낮아지고, 공간활용도가 떨어진다는 단점이 있다.
벽식구조에 비해 보를 통해 기둥으로 무게가 전달되므로, 층간소음에 장점이 있고, 리모델링에 용이한 구조입니다.
무량판구조
기둥식 구조에서 보를 제거하고 기둥의 머리 부분에 철근으로 보강을 한 후 슬래브(천장)의 무게를 기둥을 통해서 지탱하는 구조입니다.
보가 없는 만큼 슬래브(바닥 또는 천정)의 두께를 증가시켜서 안전성을 높히는 구조입니다.
예를들어 기둥식 구조의 슬래프 두께가 12cm라면 무량판의 경우에는 2배정도인 30cm정도 되어야 합니다.
공간활용의 유용함과 건물내부의 평면을 자유롭게 변경할 수 있고, 2010년도 이후 신공법에 따라 공사기간의 단축으로 많은 건물들이 무량판 구조를 선택하고 있다.
이번 사고의 원인을 알아봅니다.
이번 검단신도시의 아파트 지하주차장 붕괴사고의 원인은 무량판 구조의 설계적 원인보다는 시공부분과 감리에서의 부실로 이해하는것이 객관적이라고 합니다.
붕괴원인 : 펀칭전단
이번사고의 원인으로 무량판 구조의 펀칭전단(punching shear)으로 추정되고있습니다.
슬래브를 지탱하는 기둥의 머리 부분에 위 사진과 같이 충분한 철근을 통해서 보강(전단보강근)을 하도록 무량판 구조는 되어있습니다.
만약 보강이 되지 않는다면 펀칭기로 종이를 뚫는 것 처럼 슬래브와 기둥의 무게하중으로 인한 붕괴가 예상됩니다.
이번 사고는 무량판 구조적인 문제보다는 설계상의 오류와 시공상의 충분한 철근을 넣지 못한 부분, 이것을 감리하지 못한 책임으로 보는것이 타당합니다.
무량판 구조의 두가지 종류
무량판 구조는 두가지로 분류됩니다.
드랍판넬 구조와 플랫 플레이트 슬랩 구조입니다.
첫번째 드랍판넬 구조는 기둥의 머리부분에 슬래브와 기둥을 연결하는 드롭판넬을 설치하여 무게의 보강을 통해 펀칭이 일어나지 않도록 무게중심을 보강하는 구조입니다.
두번째 플랫 플레이트 슬랩 구조는 슬래브의 두께를 증가시켜서 무게를 분산시키는 공법입니다. 두개를 비교하였을때 상대적으로 드랍판넬구조가 펀칭현상에 더 강하다고 이야기하는것이 건설업계 내용입니다.
무량판 구조의 대표적인 설계건물(한국)
압구정 현대아파트
압구정 현대아파트는 1960년대 아파트의 공법인 라멘구조를 넘어선 신개념 아파트공법으로 1974년 소개하면서 건축되었다.
현재 준공이후 48년동안 공법상의 문제는 발견되지 않았으며, 가구별로 리모델링을 진행하는등 무량판 구조의 장점을 살려서 최고가 아파트 단지의 모습을 보여주고 있다.
현대건설은 홈페이지 출처 : ‘현대건설 70년사’에서 “압구정동 현대아파트는 당시 도심 한복판의 값비싼 오피스건물에서나 가능했던 첨단기술을 적용한 공동주택이며 당대 최고 건축기술이 집결된 경연장이었다”
현대건설은 “마포아파트가 지어진 1960년대 초반 이래 아파트 건설에는 철근콘크리트 기둥식(라멘) 구조가 주류를 형성하고 있었지만 현대아파트는 무량판구조와 조립식구조 등 선진공법을 적용해 건축적 완성도를 높였다”고 설명했다.
출처 :현대건설 홈페이지
삼성도 아이파크 타워
출처 : 이투데이 신문
삼성동 아이파크는 무량판 구조로 슬래브의 두께를 라멘구조보다 40~60% 더 두껍게 시공하였다. 또한 기둥의 머리부분에 <전단보강근>이라는 철근보강을 통하여 안전성을 높혔다.
삼성동 아이파크는 2013년 11월 헬기충돌사고가 발생되었습니다. 강한 충격에도 불구하고 사후 안전진단을 통하여 외벽일부 파손을 제외한 건물의 이상은 없다는 안전진단을 받았습니다.
따라서 무량판 공법이 부실하다는 것은 시공상의 문제로 이해하는것이 타당합니다.
무량판 구조의 종합정리
이번 사고는 시공과 감리의 문제로 풀이되는 것 같습니다. 초기에 객관적인 정보없이 무량판 공법의 문제점을 부각시킨 미디어의 효과로 인하여 아파트 거주자들의 불안감이 증폭되었습니다.
무량판구조는 펀칭이라는 취약점이 있고, 지진이 많이 발생하는 일본의 경우에는 고층건물을 제외하고 도입하지 않는다고 합니다.
세계 최대높이로 건축중인 사우디의 제다타워역시 무량판 공법으로 진행되고 있습니다.
정상적인 공법임에도 불구하고 검증되지 않는 부분에 대한 냉정한 판단이 필요한 시기입니다.
물론 설계의 오류나 시공상에 비용절감을 위한 부실공사의 책임은 당연히 철처하게 조사하고 다시는 발생되지 않도록 보안대책을 세워야합니다.
세특주제로 생각해볼 부분은 다음과 같습니다.
- 건축학과, 도시공학과 전공자들의 건축공법에 대한 정확한 이해를 통한 한국의 미래 건축물에서 새로운 공법의 연구는 어떤것이 있을까?
- 최근 트렌드인 주상복합 및 빌딩건축에서 무량판 구조와 라멘구조의 중간적인 구조방법은 없을까?
- 경제적인 부분과 안정적인 부분의 고민사이에서 시공사의 명확한 기준을 다시한번 확인하고 보완해야 할 점을 고민해본다
- 미디어학과, 언론홍보학과를 전공하는 학생은 이번 사고이후 객관화 되지 않은 일주일동안 무량판공법의 불안감을 미디어라는 힘으로 대중들에게 고민과 걱정을 빠르게 전파하는 효과에 대해서 냉정한 판단을 해본다
- 미디어의 힘은 SNS를 통해서 점점 빠른속도로 전파되는 것에 대한 분야별 객관화 하는 분석자료의 인공지능화를 고려해본다
- 인공지능을 통한 이슈검증을 통해서 충분히 사건사고와 자료들을 검색하여 제공해주는 플랫폼을 개발한다면 어떤 효과가 있을까?
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