스페인 건축가 산티아고 칼라트라바(Santiago Calatrava)가 비틀림을 이용하여 디자인한 터닝 토루소 빌딩(주거+상업), 말뫼, 스웨덴. (출처: https://commons.wikimedia.org)
건축물은 사람들의 거주를 전제하는 것이므로 기본적으로 구조적 안전이 담보되어야 한다. 이는 승강기 안전과도 밀접한 연관이 있다.
건축물이 구조적으로 안전하다는 것은 평상시뿐만 아니라, 폭설이나 지진과 같은 예측 가능한 재해에도 무너지지 않아야 한다는 것을 의미한다.
건축물에 작용하는 하중
구조적 안전이란 건축물 및 공작물이 외력이나 주변 조건에 대하여 단기적으로나 장기적으로 충분한 저항력을 지니고 있는 것(국토교통부, <「소규모건축물 구조지침(안)」, 0102.1 일반사항 용어의 정의>)으로, 건축물이 구조적으로 안전하기 위해서는 건축물에 작용하는 각종 하중(고정하중, 적재하중, 적설하중)이나 풍압, 지진, 그 밖의 진동 및 충격 등에 대하여 안전한 구조를 가져야 한다. (「건축법」 제48조 제1항)
구조 부재에 작용하는 힘
건축물에 작용하는 각종 하중은 ‘구조 부재’에 가해져 각종 힘(부재력)으로 작용하는 것이므로, 구조적으로 안전하다는 것을 좀 더 정확하게 표현하자면 구조 부재 및 구조 부재 간에 접하는 부분 등이 견딜 수 있는 힘, 즉 구조내력(구조규칙 제2조 제4호)이 있어야 한다는 것을 의미한다.
‘구조 부재’란 건축물의 기초·벽·기둥·바닥판·지붕틀·토대·사재(가새·버팀대·귀잡이 기타)·가로재(보·도리 기타) 등으로 건축물에 작용하는 설계하중에 대해 그 건축물을 안전하게 지지하는 기능을 가지는 건축물의 구조 내력 상 주요한 부분을 말한다. (구조규칙 제2조 제1호)
‘부재력’이란 하중 및 외력에 의하여 구조 부재에 생기는 축방향력·휨모멘트·전단력·비틀림 등을 말한다. (구조규칙 제2조 제2호)
[그림 1] 구조 안전요소로서 건축물에 작용하는 하중의 개념
[그림 2] 구조 부재
방글라데시, 8층 규모 의류공장 건물 붕괴, 2013(출처: Wikimedia Commons)
미식축구팀 미네소타 바이킹스의 홈구장인 험프리 메트로돔, 폭설로 인한 붕괴, 2010(출처: Wikimedia Commons)
구조 계산을 통한 구조 안전 확인
건축물의 구조 안전은 매우 중요한 사항이므로 건축물은 반드시 구조 안전 확인을 해야만 한다. 여기서 ‘구조 안전 확인’이란 추상적인 개념이 아니며 구조기준 등(「건축 구조 기준」 및 「건축물 하중 기준」)에 따라 구조역학적인 계산을 하는 일, 구조 계산을 의미한다.
구조 계산은 모든 허가 대상 건축물의 건축(신축, 증축, 개축, 재축, 이전, 「건축법」 제2조 제1항 제8호) 또는 대수선(벽지를 바르거나 페인트를 칠하는 등 소소하게 건물을 수선하여 사용하는 것에 비하여 건물의 안전에 영향을 줄 수 있는 큰 수선(大修繕)의 범위를 「건축법」에서 규정하여 허가 또는 신고절차를 통해 진행하도록 규정하고 있다. 「건축법」 제2조 제1항 제9호 및 동법시행령 제3조의2 참조)하는 경우에 반드시 필요하며, 건축주는 설계자(건축사)로부터 구조 안전의 확인 서류를 받아 착공 신고할 때에 확인 서류를 허가권자에게 제출해야 한다. (「건축법 시행령」 제32조 제2항)
또한 구조 안전의 책임 소재 여부 등에 따라 ① 선택적으로 구조 계산을 하지 않고 구조 규칙에 규정된 바에 의해서 건축할 수 있는 소규모 건축물과 ② 설계자가 책임을 지는 건축물 및 ③ 반드시 건축구조기술사와 협력을 해야 하는 범위로 구분된다(「건축법 시행령」제91조의3 제1항).
■ 착공신고 시 구조 안전 확인서 제출 대상 건축물
① 2층[목구조는 3층] 이상
② 연면적 200㎡ 이상. 다만, 창고, 축사, 작물 재배사 및 표준설계도서에 따른 건축물 제외
③ 높이 13m 이상
④ 처마 높이 9m 이상
⑤ 기둥과 기둥 사이의 거리가 10m 이상
⑥ 지진구역 Ⅰ안의 건축물 중 중요도 특 또는 1
⑦ 국가적 문화유산으로 보존 가치 있는 박물관·기념관 등 연면적 5000㎡ 이상
⑧ 특수구조 건축물 중 3m이상 캔틸레버 또는 특수공법의 설계시공
⑨ 단독주택 및 공동주택
■ 특수구조건축물
가. 한쪽 끝은 고정되고 다른 끝은 지지(支持)되지 아니한 구조로 된 보·차양 등이 외벽의 중심선으
로부터 3m 이상 돌출된 건축물
나. 기둥과 기둥 사이의 거리(기둥의 중심선 사이의 거리를 말하며, 기둥이 없는 경우에는 내력벽과
내력벽의 중심선 사이의 거리를 말한다)가 20m이상인 건축물
다. 특수한 설계·시공·공법 등이 필요한 건축물로서 국토교통부장관이 정하여 고시(「특수구조 건축물 대상기준」)하는 구조로 된 건축물 <「건축법 시행령」 제2조 제18호>
건축물의 안전을 위한 건축 규모 제한
승강기와 마찬가지로 우리나라는 건축물의 구조 방식에 따라 구조적 안전을 목적으로 규모 제한을 하고 있는데, 주요구조부(‘주요 구조부’란 내력벽(耐力壁), 기둥, 바닥, 보, 지붕틀 및 주계단(主階段)을 말한다. 다만, 사이 기둥, 최하층 바닥, 작은 보, 차양, 옥외 계단, 그 밖에 이와 유사한 것으로 건축물의 구조상 중요하지 아니한 부분은 제외한다. 「건축법」 제2조 제1항 제7호.)가 목구조인 건축물은 지붕 높이 18m 이하, 처마 높이 15m 이하 및 연면적 3,000㎡ 이하로 건축해야 한다. 다만, 스프링쿨러를 설치하는 경우에는 연면적을 6,000㎡까지 허용할 수 있다. 또한 주요 구조부가 비보강 조적조인 건축물은 지붕높이 15m 이하, 처마높이 11m 이하 및 3층 이하로 건축해야 한다. 반면, 캐나다에는 53m 목조 기숙사가 지어진 바 있고, 일본은 2041년 완공을 목표로 70층 목조주택 건축계획(W350 프로젝트, Sumitomo Forestry)을 밝혔으며, 영국은 2016년 케임브리지 건축학과 연구팀이 300층짜리 주거용 목조건축 계획을 밝힌바 있다. 이렇듯 해외에서는 대형 목조건축물들이 다 양한 구법으로 건축되거나 계획 중에 있으며, 목조건축을 필두로 친환경성과 함께 건축의 다양성을 선도하고 있는 것을 볼 때, 목조건축 규모 제한규정이 이대로 좋은 것인지 생각해 볼일이다.
[그림 3] 구조 방식에 따른 건축물의 규모 제한
