원형의 대형 추가 아니라 지진이나 풍하중등 동적 하중에 대해서 구조물을 안전하게 지키기 위한 댐퍼 입니다(그중 TMD라 불리는 Tuned mass damper입니다.). 이 댐퍼는 구형으로서 구조물에 작용하는 동적 하중을 센서로 감지하여 강력한 컴퓨터가 이 하중의 특성을 분석하여 구조물이 이 하중에 대하서 어떻게 움직이는 가를 계산하여 댐퍼를 이에 알맞게 움직이게 하여 구조물을 지진이나 풍하중으로 부터 보호하는 역활을 함니다.
이 타이페이 101의 특징중 하나는 건물 기둥을 철판을 이어붙여 형태 입니다. 즉 기존의 H빔으로는 고층의 건물 하중을 견디기 힘들어서 두꺼운 철판을 조립하여 기둥을 제작하였습니다. 도면은 좀 구하기 힘들고요..동영상은 타이페이 101 홈페이지(//www.taipei101tower.com/)에 가시면 맛보기는 하실수 있을 겁니다
타이페이101의 댐퍼입니다. 댐퍼는 님께서 언급하신대로 TMD를 비롯하여
액체형 댐퍼(도쿄타워) 등 여러가지의 종류가 있습니다.
주로 초고층 빌딩에서 지진과 풍하중에 의한 저항구조로 아웃리거 공법과 같이 사용되고 있습니다.
댐퍼는 초고층에서 한가지의 방법으로는 진동제어를 하기 힘들어 생겨난 공법입니다.
밑에 글은 타이베이101의 동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper)에 대한 설명입니다.
타이베이 101’의 메가칼럼은 강력한 지진이나 태풍으로부터 빌딩의 안전을 보장하는 반면, 직경 6m의 공처럼 생긴 거대한 댐퍼(damper)는 비교적 작은 진동을 완화함으로써 입주자들의 심리적 안정을 꾀하게 하는 효과를 지닙니다. 정식 명칭은
동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper).
무게 660톤에 달하는 이 댐퍼와 이를 지지하는 구조물은 5개층 높이를 차지하며, 댐퍼는 중간층(mezzanine level)에서 볼 수 있습니다. 댐퍼로서는 세계 최대 크기이고, 건축물의 일부분을 차지하는 형식으로서는 최초의 댐퍼라고 합니다.
두번째 댐퍼는 건물 상부의 첨탑 속에 스프링 형태로 설치되어 있습니다.(그림 참조) 이 2개의 댐퍼는 전문업체인 미국의 Motioneering Inc.에서 350만 불의 턴키방식(설계시공 일괄방식)으로 설치되었습니다.
직경 6m, 무게 660톤의 강철 공 모양 댐퍼의 제작만은 턴키 계약에서 제외되었으며, 공 자체 제작비용만 80만 불에 이르는데, 이는 철골업체에서 제작을 했다합니다. 이 공 모양의 댐퍼는 두께 12.5cm의 강철판을 층층이 겹쳐 만들고, 이 댐퍼의 설치방식은 660톤의 강철 공을 요람에 넣어 4개의 강제로프에 매달아 진자(振子)처럼 매달리게 하는 것으로써, 강제로프는 92층 높이에 고정되어 있습니다.
여기서 진자라고 하여 강철 공이 시계추처럼 흔들리는 것은 아니고, 강철 공을 감싸고 있는 요람 주위에 8개의 유압 범퍼-자동차의 쇽압쇼버-가 설치되어 있습니다.
유압범퍼는 각각 길이 2m 정도로 진동(동하중)을 흡수하도록 되어 있고, 설치 기술자에 의하면, 이 댐퍼는 타워의 최대 진동치를 1/3 이상 줄여 준다고 합니다. 그러나 이 댐퍼는 지진 발생 시에는 특별한 역할은 하지 않을 것이라고 말했습니다.
지진 발생 시의 주요 관심사는 강철 공이 심하게 흔들려 범퍼 등을 부수지 않고 통제 가능범위에 머물 수 있는가 라고 하며,이 강철 공의 아래쪽에는 약 직경 60cm의 핀이 튀어나와 있는데, 이것의 유격(이동한계)는 약 1m이라고 합니다. 이 핀은 87층과 88층 사이에 정착된 유압 피스톤에 부착된 강제 링 안에 머물게 되어 있습니다.
백년 빈도의 지진이나 태풍 시에 이 핀은 링을 건들게 되고, 이 때의 에너지는 유압 피스톤에 의해 흡수될 것으로 기대하고 있습니다.
밑에 이미지를 올립니다.
이 이미지는 댐퍼의 구조와 타이베이 101의 댐퍼설계에 관한 이미지입니다.
페트로나스 타워(Petronas Tower)
-높이 452 m (1,483 ft)
-층수 88
-건설년도 1998
-Complex Petronas Twin
Towers
-Zone Kuala Lumpur City Centre
-City Kuala Lumpur
-Country Malaysia
설계자 시져팰리의 회고사람들은 의례 가장 높은 빌딩을 지으려고하는 공통된 문화적 습성이 있다. 피라미드에서 바벨탑에 이르기까지 많은 문명세계가 주위를 압도하는 구조물을 축조하려고 부단한 시도를 했다.메소포타미아문명의 지규랫(고대 바빌로니아-아시리아의 피라미드형 신전), 중국의 종탑, 그리고 회교의 뾰족탑 등은 하늘을 찌를 듯한 높이로 종교적 믿음의 상징이 되어 왔다.
오늘날 현대적인 마천루들은 과거의 오벨리스크(방첨탑)에 해당한다. 지난 한세기 이상동안 건축가와 토목 기술자들은 도시의 모습을 바꾸기 위해 수직적인 높이를 더 늘릴 수 있는 실질적이고도 이론적인 기술에 노력을 쏟아왔다. 초기 마천루들은 그리스시대의 기둥이나
르네상스시대의 탑의 형태로부터 아이디어를 빌려왔다. 그러나 2차 특징들 즉 평평한 지붕, 사각형 구조의 적용을 거부했다. 물론 당시의 건물들 또한 고층이었지만 마천루의 수준은 아니었다. 그런데 건축가들은 다시금 문화적 상징으로서 초고층빌딩에 대한 관심을 보이고 있다. 이런 경향의 대표적인 예가 말레이지아의 수도인 쿠알라 룸푸르에 위치한 세계에서 두번째로 높은 빌딩인 페트로나스 타워이다.
피너클(작은 뾰족탑)을 포함한 이 88층 건물의 총 높이는 451.9m다. 41층과 42층을 스카이브릿지로 연결되어 있는 이 쌍둥이 빌딩은 단순히 오피스빌딩 복합단지라는 개념 이상의 의미를 지니고 있다. 이 빌딩은 1900만명에 이르는 회교도의 전통을 강조하는 것은 물론이고 말레이지아의 경제적 성장을 대변하는 상징적 의미를 지니고 있다. 각 평면계획은 원과 사각을 번갈아 표현되는 별모양이며 다각형의 외부벽체 모양도 같은 문양을 반복한다. 이 프로젝트는 말레이지아 수상인 마하티르가 다른 대형
기간산업관련 프로젝트를 포함한 개발 청사진인 비젼2020의 중심을 차지하는 중대한 프로젝트이다.
각 빌딩의 바닥면적은 48개의 축구경기장과 맞먹는 213,750평방미터이며 빌딩을 제외한 공간은 석유관련 전시센터, 미술관, 최신의 멀티미디어 회의실들로 사용된다. 쌍둥이 빌딩은 대형 복합단지인 쿠알라룸푸르 시립센터의 일부분이며 과거 셀랑고르 경마클럽 트랙의 한 코너에 지어진다. 복합단지는 140,000평방미터의 판매위락시설, 2600평방미터, 850석 규모의 콘서트홀, 5000대의 차를 주차할 수 있는 251,000평방미터의 지하주차장, 그리고 약 186,00평방미터에 달하는 2개의 소규모 빌딩을 포함하고 있다.
말레지이아의 관문
오늘날의 대다수 대형 프로젝트처럼 페트로나스 타워의 건축디자인은 국제경쟁에 의해 채택되었다. 아시아, 유럽, 미국의 8개 설계회사가 건축주와 개발자로부터 초대를 받았으며 건축가 모두가 쇼핑센터와 공유 공간에 대한 일반적인
내용의 간단한 요약본과 페트로나스사가 입주할 쌍둥이빌딩의 상세한 사업취지서를 받았다. 요약본에 의하면 쌍둥이빌딩은 시티센터의 관문으로 정의될 수 있어야 하며 사람들로 하여금 말레이지아와 쿠아라룸푸르가 "유니크한 곳으로 인식될 수 있는 공간"으로 창조되어야 한다는 것이었다. 그러나 빌딩이 세계적으로 가장 높아야 한다는 의미는 아니었다.
경쟁은 1991년 여름동안의 짧은 기간 동안에 이루어졌으며 각 설계회사는 3주동안 쿠알라룸푸르로 보낼 도면, 모형 및 투시도를 보내야 했다. 개발업체의 기술진은 2주동안 제안서를 심사하는데 시간을 할애했다. 그리고 8월에 개발업체와 마하티르 수상을 포함한 청중들 앞에서 자신들의 디자인에 대한 프레젠테이션을 해야 했다. 이 회의에서 미학적이고 철학적인 질문들 뿐만 아니라 기술적이고 경제적인 관심사들을 언급했다.
드디어 8월말 시저 펠리 종합건축사사무소가 페트로나스 빌딩을 포함한 시티센터의 1단계 공사의 설계자로 당선되었다.
설계자 결정이 있은 후 구조설계사인 Thornton-Tomasetti, 설비업체인 Flack & Kurtz 프러덕션 설계사인 아담스 어소시에이트, 조경업체인 발모리 어소시에이트 및 기타 회사들로 구성된 팀이 결성되었다. 총 16개 업체가 설계작업을 공동으로 진행했는데 빌딩이 높아지면 높아질수록 기능, 구조, 효율 및 경제성을 고려해야 하는 요구사항은 많아 진다는 점을 감안했을 때 이 정도 공사에 투입될 수 있을 적정규모의 업체 구성이었다.
별형상의 외장
미국이나 유럽의 기존 마천루가 주는 의미에서 벗어나기 위해서도 페트로나스 타워와 쿠알라룸푸르 그리고 말레이지아의 연결(고리)은 전통적인 마천루가 지닌 특성에 대한 재고를 필요로 했다. 건축물은 다양한 방법으로 개개 지역과 연계된다. 페트로나스 타워의 형태는 서구문호보다 기하학적 패턴에 더 큰 상징적 중요성을 부여하는 회교적인 전통에 그 기원을 가지고 있다
설계경쟁에서 세자르 팰리 어소시에이츠는 우아한 형태와 빌딩의 공간을 유용히 사용할 수 있는 12각 별 모양의 외곽 형태를 제안했다. 이에 대해 마하티르 수상은 다른 형태가 좀 더 회교적인 디자인일 수 있다고 제안했다는데 계약이 성사된 후 팰리측은 연구를 거듭하여 두개의 사각형을 기울여 포갬으로써 만들어 지는 팔각형의 별 모양을 가장 일반적인 형태로 결론 내렸지만 이미 사각형을 포개자고 제안한 마하티르 수상에 의해 좀 더 구체적인 확인과정이 있었다. 그러나 문제는 8각형의 별 모양인데 이 모양은 외부 벽체가 중심부의 코어(core)와 너무 가까워 공간 사용의 융통성을 줄이는 바람직하지 못한 계획이 되어 버렸다. 건축가들은 많은 변수들을 연구했고 8각형의 별모양 이 겹치는 부위에 8개의 반원형을 포갠 형태를 제안했다. 다시 말해 16부분으로 분기된 형태가 만들어진 것이다.
마지막으로 아래 그림처럼 내부를 제외한 외부가 16개의 돌출부를 이루는데 8개는 앵글형태의 돌출부로
나머지 8개는 둥근돌출부를 이룬다. 상부에서 보듯이 엘리베이터나 기계실 샤프트들 과 기타 시설물을 포함하고 있는 빈 사각의 벽체공간을 구성하는 코어실은 외주부 기둥으로 연결되는 빔들을 지지하기 위해 서로 연결된다. 상부의 부속 건물(Bustle)은 계획상 타워의 가장 높은 부속물로 타워의 44층 높이 규모다.)
이 시점에서 거의 동시에 코어에 대한 개발작업이 시작되었으며 건물 중심부에 속이 빈 벽으로 둘러싼 사각형을 둠으로써 구조적인 안정성을 꾀할 수 있는 계획이 이루어졌다. 엘리베이터, 계단, 기계샤프트, 팬룸 그리고 화장실을 포함하고 있는 코어 또한 기능적으로 우수한 초고층빌딩의 핵심 요소이다. 코어계획은 평면의 배치계획 및 입주자의 욕구를 고려해 가며 진행되어야 한다.
목표는 유효면적비로 설명할 수 있는 고효율적인 방법으로 이러한 요구를 충족시키는 것이다. 현재 페트로나스 타워의 일반 오피스면적의 평균 효율은 76%에서 77%사이로 초고층빌딩으로선 양호한 수치다.
효율적인 코어를 얻기 위해선 일련의 세심한 결정이 요구된다. 효율적인 승강서비스를 제공하기 위해선 각 샤프트마다 다중의 운전석을 수용해야 하며 상층부로 승강객을 이동하기 위한 고속샤프트의 수는 뉴욕의 세계무역센터와 유사한 셔틀/스카이 로비시스템에 의해 줄일 수 있다. 상층부로 올라가는 승강객을 위해 중간층에 스택샤프트(2층으로 된 엘리베이터)를 설치할 수 있다. 러시아워시의 수용인을 감당하기 위해선 뉴욕의 시티콥빌딩이나 토론토의 몬트리올은행빌딩에서 사용하는 더블데크 엘리베이터를 사용할 수 있다. 외부 벽체와 공유 공간의 상세설계는 몇 달이 지나서 시작되었다.
설계 및 모형 연구로 건물에 대한 다양한 요소들을 시험했다. 예를 들어 창문의 유리선택 과 적도의 태양을 차단역할을 하는 강관 차양막 설계는 건물 전체의 외관, 조명시설의 유형, 냉각설비의 조건, 그리고 궁극적으로는 년간 운영비용에 영향을 미친다. 이러한 문제와 기타 다른 디자인상의 특징들을 위한 총체적인 해결 사항들은 클라이언트의 승인을 받기 위해 국내 컨설턴트들과 협의하여 제출되었다.
타워 사이의 빈 공간이 주는 매력아마 가장 중요한 건축 미학적인 결정은 전체적으로 눈에 띄는 형태를 지닌 타워를 디자인하는 것이었다. 시저팰리와 동료들은 대칭적 구도로 두 타워를 만들어 보자는 특이한 발상을 취했다. 현대건축운동에 있어 건축가들은 일반적으로 대칭적 배열로 한쌍의 마천루를 구상한다. 이들은 일반적으로 다른 높이의 구조체를 만들어 이를 해결했는데 만일 양 건물의 높이가 같을 경우 서로 사선배치를 하기도 한다.(그 대표적인 예가 세계무역센터다) 조각처럼 현대의 건축가의 건물은 자유로운 공간에 배치된 자유로운 대상이 된다.
현대주의의 전통을 깬 최종 설계단계에서 건물은 대칭적으로 구성되었다. 이 대칭배치로 건물간의 대칭성은 물론이고 독특한 공간을 창출할 수 있었다. 분리는 전체 구도에 중요한 요소로 자리매김한다. 각 건물은 자신만의 독자적인 축을 이루고 있으나 전체적인 축은 두 건물을 아우르는 내부 공간이다. 프랭크 로이드 라이트를 통해 많은 건축가들이 빈 물체의 실체는 빈 공간을 담고 있는 벽(경계)에 있는 것이 아니라 빈 공간 자체에 있다는 노자의 가르침에 영향을 받아왔다.
타워 사이의 공간은 전체 구도의 가장 실제적인 요소로 인식될 수도 있다. 빈 공간의 시각적인 힘은 건축주의 초기 요구조건에는 명시되어 있지 않은 중간에 연결된 스카이브릿지에 의해 더욱 강화된다. 브릿지와 이를 지지하는 구조물은 하늘에 놓인 170미터 높이의 관문을 창조해냈다. 이는 마치 무한을 향해 놓인 입구처럼 보인다. 그래서인지 패트로나스 타워는 서구스타일의 마천루와는 다르다. 이러한 빌딩의 특징은 말레이지아의 전통에서 유래된 것은 아니지만 쿠알라 룸푸르에선 처음으로 보이는 것이기에 영원히 이 곳의 명물로 인식될 것이다. 마치 파리하면 에펠탑이 생각나듯 말이다. 물론 에펠타워의 형태나 구조 역시 파리의 특성이나 파리 건축을 따라 유래된 것은 아니지만 말이다.
하늘과 대비되는 실루엣
타워가 올라가면서 6단계로 좁아지게 디자인했다. 상부부분으로 올라가면서 벽들 또한 좀 더 부드럽게 중심을 향해 기울어 형태를 완성함으로써 타워 중심을 더욱 강조한다. 타워의 피너클은 하늘을 찌르고 전체적인 외형을 강화한다. 이런 전개과정을 거쳐 타워는 기본 형태나 이미지를 유지하면서도 다양한 형태로 변화를 갖는다.
12각의 별모양은 16부분으로 나뉜다. 타워는 피나클을 설치하여 높이가 451.9m에 이르러 세계에서 가장 높은 빌딩이 된다. 하늘과 대비되는 타워의 이미지를 만들기 위해 많은 세부적인 연구가 필요했다.
팰리측은 완성단계에서 뾰족하면서도 피너클을 사용치 않는 디자인을 제안했다. 건축주는 눈에 띌 정도로 말렐이지아의 가장 높은 건물을 원했지만 교회의 뾰족탑이나 기존 마천루에서 유래하진 않길
원했다. 선택된 피나클형태로 발전될 때까지 팰리측은 매우 많은 개념을 가지고 시험을 했고, 그 중 일부는 초기에 외면 당하기도 했다. 기초에서 스카이브릿지 그리고 피너클에 이르기까지 모든 시공은 완료되고 입주자들이 입주를 시작했다.
적어도 당분간 패트로나스 타워는 세계에서 가장 큰 마천루의 위치를 차지했고, 더 놀라운 것은 페트로나스타워가 동남아시아 문화와 역동성의 상징으로서의 가치를 지니고 있다는 점이다.
공중 섬
초고층빌딩설계의 기본 구조설계는 언뜻 보기엔 간단하다. 기둥과 기둥 사이의 슬라브와 빔은 각각의 공간을 작업공간으로 분할할 수 있는 개방된 공간을 만들어 준다. 기둥은 모든 하중을 기둥을 통해 기초까지 전달하며 구조부재는 측압에 견딜 수 있는 강성을 지녀야 한다. 예를 들어 전단벽은 전층에서 풍하중 및 지진과 같은 여타 동하중들을 견딜 수 있어야 한다. 그러나 건물의 높이가 높아질수록 구조측면의 요구사항은 상대적으로 많아진다.
40층빌딩의 경우 일반적으로 기둥은 하중을 23층까지 전달한다. 반면 80층의 경우, 하부의 40층 기둥이 상부층의 평균하중을 흡수할 수 있어야 한다. 건물 자중의 합성효과 때문에 높이가 2배 증가하면 하중은 3배 증가한다.
건물이 높아짐에 따라 초고층건물계획에서 가장 중요한 변수로 작용하는 풍하중에 노출될 수 있는 영역은 넓어진다. 상부층에서의 수평변형은 통제되어야 한다. 건물높이가 2배 증가할 때 건물의 강성을 상당히 증가시키지 않는다면 거의 16배의 흔들림이 발생한다. 상층부에 공기, 물, 전기, 통신라인 및 위생설비를 제공하기 위해선 상당한 내부공간을 할애해야 하며 이러한 서비스에 필요한 공간이 예측하지 못할 정도로 증가할 수 있다. 지하에서 최상부까지 물을 보내기 위해선 상당히 큰 펌프가 필요하다. 이런 경우 하단부에서 상당히 큰 수압과 기압을 경험하게 되는데 이를 해결하기 위해선 건물 전체로 물저장탱크 및 열교환기를 분산시켜야
한다.
방화 및 피난문제의 경우 사다리차로는 30미터(100피트)이상에서의 아무런 쓸모가 없다. 따라서 스프링쿨러, 경보장치, 배연시스템, 및 피난구역(공기공급이 별도로 이루어지는)은 무엇보다도 중요한 시설들이다. 지면을 기초로 한 시공방법은 초고층빌딩에 적합치 않다. 즉 크레인, 작업구대 및 형틀 등이 시공이 진행됨에 따라 건물과 함께 올라가야 한다. 작업자, 콘크리트, 철골 및 유리 등을 올리는데 필요한 시간은 전체 공기에 영향을 미칠 수 있다. 사실 시공자는 마치 공중에 매달린 섬에서 작업을 진행한다는 가정하에 공사를 계획해야 한다.
여러 장애요소에도 불구하고 빌딩은 계속해서 높아지고 있고 기존 높이의 한계를 뛰어 넘으려 하고 있다. 고강도콘크리트는 컴팩트한 기둥을 만들 수 있게 하여 기둥크기와 무게로 인해 건물설계에 부담을 주는 요소를 줄여갈 수 있다. 개발 중인 더 강한 철제로 인해 무게의 제약이 무엇보다 중요한 부위에 사용될 수 있다. 풍력에 대한 안정성을
확보하기 위해선 지하부위가 더 넓어야 할 필요가 있다. 사실 많은 빌딩들이 여러 시설을 포함한 메가스트럭쳐(초고층빌딩)이다
높이에 대한 주요 한계는 구조적 제약에 의하기 보단 인간 생리에서 비롯된다. 기압의 변화 나 높은 엘리베이터의 탑승시간 등은 임대인에게 수직이동에 드는 비용을 가중시킨다. 높은 건물 때문에 발생하는 재정적인 부담이 현실적인 제약을 결정하게 되는 것이다. 그럼에도 이러한 장애물들이 천천히 상승하고 있다.
케니힐 토층에서의 시공
쿠알라 룸푸르는 낮은 산들에 둘러 쌓여있으나 도심 내에는 작은 구릉만이 평평한 지세를 막고 있다. 과거 경마클럽이 자리잡고 있었던 현장은 공사 당시 평평한 잔디밭으로 조성되어있었다. 그러나 토질 및 구조엔지니어 관련 기록을 통해 랜힐 버세쿠투 센드리안 퍼하드는 경험상 기반암이 상당히 불규칙하다는 사실을 알았다.
수백년간 풍화에 노출된 이 지역 석회질 기반암은 많은 구멍과 마치
과거 중국의 고전적인 회화에서 볼수 있는 전경과 흡사할 정도로 뾰족한 형태를 지니고 있다. 풍화에 의한 퇴적물들이 골의 곳곳에 가득했다. 이들 낮은 지층은 케니힐이라 불리는 말레이지아에서 발견되는 딱딱한 돌에 의해 풍화된 연암으로 변화되었다. 300,000톤에 이르는 각 타워는 거대한 매트슬라브 위에 놓이게 된다. 그러나 각 타워는 케니힐 토층이 견딜 수 있는 지내력의 두배가 넘는 1,140킬로파스칼의 압력을 가하고 있어 기초붕괴를 초래할 수도 있는 상황이었다. 그래서 이러한 가능성을 피하기 위해 기초구조를 위한 초기개념은 콘크리트를 채운 거대한 피어를 사용하며 각 기둥 밑에 콘크리트를 채울 두개의 구멍을 두고 코어 벽체하부에는 더 많은 피어를 두도록 했다. 피어는 기반암에 토압이 작용하기 전에 천공했다.
토질조사의 결과가 나오자 설계팀은 곤경에 빠졌다. 양 타워 밑의 기반암층은 지면보다 15미터 낮게 기초공사를 시작했지만 반대쪽 층의 암반과의 거리가 180미터에 이를 정도로
매우 급한 경사를 이루고 있었다. 우선 한쪽 부분을 21미터 굴착하여 암반까지 관통할 수 있는 기초층을 파고 난 후 다른 한쪽 부분은 기반암에 이를 때까지 피어를 박았다. 기운 부분처럼 깊이 피어를 박는 것은 상당히 위험한 작업이어서 일반적인 시공방법보다 훨씬 시간을 두고 천천히 박았으며 비용도 많이 들었다.
또한 각 피어간의 불가피한 쇼트닝(피어가 토질의 성상이나 성질에 따라 기준보다 더 깊이 하부 층에 박혀 짧아지는 현상)이 발생할 수 도 있었다. 이럴 경우 타워전체가 심각하게 기울 수도 있다.(피어길이는 상부층이 추가됨에 따라 발생하는 하중과 입주자가 빌딩 내를 출입할 때 발생하는 하중에 의해 줄어들 수 있다 : 쇼트닝) 모든 쇼트닝은 안정될 수도 있지만 추가 굴착이나 더 많은 비용을 초래할 수 있는 조치들이 필요하다.
그러나 다행스럽게도 현장의 설계팀이 기초부위를 이동할 수 있을 정도로 넓었다. 양 타워를 남동쪽으로 60미터 옮겼는데 이는 각 타워의 지하부를 적어도 55m씩 옮기는 것을 의미한다. 기존에 기반암층에 의존하던 것을 토층에 앙카를 박아 지지한다는 개념이다. 새 위치는 타워와 근처 가로와의 더 넓은 여유공간을 제공했으며 승차를 위한 차로 및 주차장진입을 위한 램프를 위한 공간을 제공했다.
새로 옮긴 자리에서 양 타워는 기초로부터 80에서 180미터에 이르는 깊이로 반대편까지 경사를 이루는 협곡 형태의 기반암층 위에 놓이게 된다. 기초위치의 변경에 따라 기초계획은 완전히 다른 기초시스템을 요구했다. 콘크리트 매트는 건물의 무게를 피어보다 좁은 구조의 1.3미터 직경의 파일로 전달할 것이다. 다시 이 파일이 받는 무게는 점점 토층으로 전달할 것이다. 파일의 표면과 토층 사이의 마찰은 나무에 못이 단단히 박혀있듯 기초가 가라앉는 것을 방지하는 역할을 할 것이며 기초의 안정은 파일의 끝단과 기반암 사이의 토층지대에서 일어날 것이다. 파일의 길이를 변경함으로써 경사진 암층 위로 균일한 거리를 유지함으로써 기초의 경사를 피하면서 기초의 안정을 꾀할 수 있다.
이러한 지지방식을 이용하자 새로운 걱정거리가 생겼다. 케니힐 토의 압밀성은 한때 암층을 이루던 모래와 실트가 이루는 퇴적물 각 알갱이간의 접착정도에 달려 있다. 굴착부위의 토질들은 일반적으로 굴착이 진행됨에 따라 그리고 상부 토층의 무게가 제거됨에 따라 팽창되어 견고성을 잃기 쉽다. 즉, 토층의 팽창과 더불어 인터록킹(흙이 압밀한) 상태가 완화될 수 있는 것이다.
이러한 토질의 압밀성이 줄어드는 것을 막기 위해 지표면 근처의 깊이에서 파일을 가라앉히기로 결심했다. 그러자 파일이 소일네일의 역할을 하여 굴착에 따른 토층의 압밀저하를 억제할 수 있었다.
104개의 바렛트(1.2x2.8미터 크기에 이르는 사각형의 현장타설 파일)로 구성된 마지막 기초는 125미터 깊이까지
굴착했다. 바렛트시공은 작업자들이 철근으로 만든 상자형구조물을 콘크리트가 찬 각 파일의 구멍에 넣는 방식으로 진행했다. 파일과 모래의 마찰은 이미
파일면의 바깥쪽에 설치해 놓은 파이프(embedded pipes)로 유입된 모래시멘트의 혼합 성분인 그라우트를 주입함으로써 증강되었다. 그라우트가 경화되자 바렛트 바깥면의 마찰은 증가했다. 결국 각각의 기초는 바렛트 상부의 매트층이 형성됨으로써 완료되었다. 4.5미터 두께의 매트층엔 13.200입방미터의 콘크리트가 소요되었다. 각 매트층의 타설은 매우 신속하고도 짧은 기간에 이루어진 작업으로 콘크리트 트럭이 이틀동안 매 90초마다 계속해서 도착했다.
콘크리트 단일체
최초의 고층 빌딩들은 석조나 블록 또는 전통적인 콘크리트로 세워졌기 때문에 상상키 어려울 정도로 크고 육중한 벽체와 기둥으로 구성되었다. 물론 철골의 초기 마천루시대에 이러한 제약을 극복한 것은 사실이지만 콘크리트기술의 비약적 발전으로 인해 또 다시 콘크리트를 통한 마천루 시공에 많은 사람들이 매료되었다.
미세실리카(마이크로실리카)와 기타 성분의 혼화제를 생콘크리트에 첨가하면 강도가 급격히 증가할 수 있다. (미세실리카는 전자제품생산시 생기는 부산물로 최상급의 분말제다) 이러한 고강도콘크리트는 더 견고한 구조부재를 형성하는데 사용될 수 있으며 기타 혼화물도 콘크리트에 우수한 성능을 줄 수 있다. 가소제(Super plasticizing agent)는 콘크리트 펌핑을 용이하게 해준다. 물성분이 시멘트분자 및 기타 혼하물과 화학적으로 반응하면 발이 발생한다.
과도한 열은 콘크리트에 크랙을 유발시킨다. 화학발전소에서 얻는 플라이애쉬를 시멘트와 부분적으로 대체하면 이러한 문제점을 피할 수 있다. 콘크리트는 패트로나스타워공사의 기둥이나 코어월엔 이상적인데 그 이유는 이 지역 시공자들이 콘크리트에 익숙해 있었기 때문이다. 콘크리트는 거대한 크레인대신에 버켓이나 펌프를 이용하여 이동할 수 있었으며 고층빌딩의 자연적인 특성인 바람에 의한 흔들림도 약화시키는데 도움이 되었는데 콘크리트는 철보다 진동을 약화할 수 있는 힘이 두배에 이른다. 타워에서 매
9초마다 반복해서 일어나는 앞뒤로의 진동은 콘크리트의 크기로 인해 더 느려진다. 이러한 두가지 특성으로 바람에 의한 건물의 반응을 안정적인 수준까지 줄일 수 있다.
횡력과 강성은 초고층 건물에는 필수적으로 필요한 것이다. 작은 건물은 중앙의 코아가 중추역할로 이용되지만 패트로나스타워의 컴팩트한 코아는 건물전체에 미치는 바람이나 기타 외력으로부터 생기는 비틀림에 저항하는데 필요한 횡력과 강성의 반만을 담당하도록 설계되었다. 나머지 필요한 힘은 코어월과 아웃리거(코어에서 주변부까지 연결된 강성보)를 포함한 외주부를 둘러싼 콘크리트 보과 기둥에 의해 충당되는 것이다. 철골 캔틸레버들은 별모양의 돌출부를 형성하기위해 외주부 바깥으로 뻗어 있다. 이들 돌출부는 입주자들에게 시각적인 제한없이 외부 풍경을 볼 수 있도록 하는 이점을 제공한다.
전면은 1층 크기를 모듈화한 판넬을 사용했으며 각 판넬은 1.4미터의 너비에 4미터의높이의 크기로 신속한 설치를 위해 은촉이음방식을 사용했다. 자정능력이 있는 티어드롭(유리내에 거품등이 있는) 햇빛가리개를 지닌 스테인레스 판넬 및 색유리판넬은 적도기후에 적합하며 강한 시각적인 느낌와 더불어 가벼운 포용감을 제공한다.
타워디자인의 여러 특징들로 인해 바람의 영향을 줄일 수 있었다. 상부로 올라갈수록 평면을 좁힘으로써 상부층의 빠른 바람 영향을 줄일 수 있었다. 상부층의 기둥들을 안쪽으로 경사지게(코어에 근접하게)하여 후퇴시켰다. 타워의 각지면서도 비록 실린더처럼 부드럽게 형태는 아니지만 둥근 형태로 인해 일반적인 사각형의 형태보다 바람의 영향을 적게 받는다. 이러한 측면부위의 외형으로 건물의 요동을 증가시킬 수 있는 큰 소용돌이를 분산시켜 힘을 약화시킬 수 있다.
연구를 통해 구조체사이의 갭을 통해 부는 기류가 빌딩의 요동을 증가시킬 수는 있지만 그리 크지 않다는 사실을 발견했다. 다행스럽게도 쿠알라룸푸르는 고층건물이 있기엔 온화한 날씨를 갖고 있었다. 또한 어떠한 지진활동도 나타나지 않은 지역이다. 그리고 적도근처라 허리케인이나 태풍의 영향권에도 들지 않았다.
적도의 심한 뇌우는 장마와 낙뇌를 동반할 수는 있어도 예외적인 바람을 동반하지는 않았다. 고층건물에 있어 각 층을 시공하는데 필요한 시간은 스케쥴에 의해 결정된다. 시공사는 여러 전략을 강구하여 이 스케쥴을 좁힌다. 코아를 시공하는데 있어 잭은 부속품 설치가 완료되면 작업장 플랫폼과 거푸집을 올리는데 사용된다. 콘크리트바닥 타설에 필요한 형틀짜기, 콘크리트타설, 마감, 그리고 양생에 이르는 시공단계는 빌딩의 기둥시공에 더 많은 시간이 필요하여 발생되는 공사의 지연을 초래하고 그리하여 작업속도를 늦추기도 한다.
이러한 병목현상을 막기위해 작업자들은 코아와 기둥에 철골빔을 설치하고 이 위에 메탈데크을 설치함으로써 훨씬 얇게 콘크리트를 타설할 수 있었다. 이 과정으로 모두 콘크리트로 구성된 일반 슬라브에 필요한 많은 단계를 줄일 수 있었다.
하늘의 연결
스카이브릿지는 패트로나스타워의 가장 중요한 기능적인 부분이다. 양 타워의 로비의 연결로 회의실이나 수라우(기도실), 최고경영진의 식사공간, 그리고 기타 사무실로의 접근이 용이하다. 스카이브릿지는 내화적이어서 비상시 다른 건물로 이동할 수 있다. 이러한 기능은 빌딩 곳곳의 화재 경로에 필요한 요구조건을 줄일 수 있게 해준다.
다양한 선택사항들이 연구된 후 아치형태의 지지대가 선택되었다. 이와 달리 고려된 디자인은 상부를 케이블로 지지하고 하부는 실뜨기놀이에 쓰는 기구모양의 지지대를 매다는 구조형태도 있다. 선택된 아치형태는 교차형태의 트러스 대신에 얇은(작업용 통로로 사용가능한) 큰보를 사용할 수 있게 했다. 브릿지의 지지대는 1.1미터 직경의 강철파이프를 각 타워 하부에서 사선방향으로 들어올려 결국 양쪽의 지지대가 브릿지의 하부에서 만나도록 했다. 지지대가 중심에 놓임으로 인해 양 타워의 움직임으로 발생할수 있는 브릿지의 기울임을 최소할 수 있다. 브릿지의 풍동시험을 통해
이러한 가변적인 지지대에도 바람에 의해 발생하는 진동으로 용접으로 접합된 부위에 피로에 의한 크랙이 발생 할 수도 있었기 때문에 이러한 진동을 줄일 수 있는 흡수장치가 설치되었다.
브릿지 설치는 상당히 힘든 도전이었다. 구조체는 한국에서 제조되어 각 부분이 말레이지아로 운송되었다. 브릿지를 세우기로 한 시공자는 지면에서 대부분의 부품을 조립했고 잭으로 하부의 버팀대와 브릿지의 양끝을 들어 올렸다. 가장 큰 도전은 브릿지 전 길이의 3분의 2에 해당하고 325톤에 달하는 중앙부위를 들어올리는 일이었다.
8개의 고강도 케이블을 당기는 잭으로 20시간이면 이 구조물을 들어 올릴 수 있었지만 인 양과정에서 두번의 낙뇌가 쳐 제어장치를 태워버리는 사고가 발생하는 바람에 3일동안 진행되었다. 피너클은 또 다른 짐이었다. 피너클의 상당한 높이나 접근의 어려움을 고려한 건축주는 설치 후 쉽게 내부와 외부에서 유지관리를 할 수 있는 구조를 요구했다. 왜냐면 습한 적도의 날씨로 인해 녹이 발생하기 쉽기 때문이다. 상층부는 크게 3부분을 이루는데 우선 최상층에 위치한 드럼형태의 창고는 이중의 유리청소기기를 포함하고 있다.
넓은 창고로부터 원추형태가 내측으로 좁아지고 마지막으로 마스트가 타워에서 하늘로 시각적인 변화를 제공한다. 63.2미터높이의 마스터 중 14미터는 원추형 프레임이 박혀있고 나머지 윗부분은 뾰족하게 돌출된 부분을 구성한다. 마스트의 너비는 2.6미터에서 점점 줄어들어 0.6미터가 되고 마스터 중간부위의 공 모양은 14개의 파이프로 만든 것인데 각각 직경이 30센티미터로 링을 만들고 서로를 연결하게 되어 있다. 이는 말레이지아의 14개 주를 상징화한다. 1.9미터의 볼은 마스트의 최상단에 놓인다.
유리청소용 창고와 원추형태(콘)은 스테인레스 강철의 전면판넬을 지닌 전통적인 강철 구체로 구성되어 있다. 좁은 마스트는 녹 방지 및 유지관리를 최소화하기 위해 스테인레스 판넬과 강판 및 볼트로 구성되었다. 전면부와 구조적인 지지를 위한
단일 층을 마련해주어 내부 사다리나 외부의 임시장치를 통해 쉽게 검사가 가능하도록 했다. 짧은 판넬을 사용하여 인양과 조립을 가능하게 했다. 마스트는 설치가 가능한 범위 내에서 가능한 작은 조립체로 조합할 수 있도록 했고 2단계로 잭을 이용 인양했다. 이러한 과정을 통해 작업자를 보호하고 크레인의 높이를 최소화했다.
마무리
최고높이에 대한 정의 미국의 고층빌딩 및 도시환경 자문위원회는 최근에 세계에서 가장 높은 빌딩을 정의하는문제로 고심해왔다. 1996년 4월 12일 위원회는 페트로나스 타워를 지면으로부터 구조체의 최상단까지의 측정을 기초로 하여 당시 세계에서 가장 높은 빌딩으로 선정했다. 세계에서 가장 높은 빌딩 중에 하나가 되었다.
위원회는 3가지 새로운 범주를 두고 평가를 내렸다.
1. 구조체 높이기준(2004년 현재 1위 타이페이101, 2위 페트로나스타워),
2. 안테나 또는 뾰족탑의 끝높이(뉴욕의
세계무역센터가 최고높이였으나 붕괴하여 시어스타워),
3. 지붕의 상부높이 및 가장 높은 점유바닥의 높이(시어스타워)
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