강남의 커튼월 빌딩 숲 사이 독보적 건축 양식을 자랑하는 빌딩, 어반하이브. 내력벽을 과감히 노출시킨 독특한 이 빌딩의 탄생 뒤에는 이노빌트 TSC합성보(Thin-plate Steel Composite Beam)가 있었다. 보는 기둥과 기둥을 연결하면서 건물의 바닥이자 천장이 되는 수평재. 어반하이브 빌딩은 내부에 기둥이 없이 오직 외벽으로 노출된 기둥을 17.35m에 달하는 보가 지지하는데, 이런 장경간 구조를 가능케한 것이 TSC합성보다.

TSC합성보는 센코어테크(대표 이승환)와 포스코가 공동 개발해 2004년 시장에 내놓은 우리나라 최초의 합성보로, 현재 국내 합성보 시장을 이끌고 있는 대표제품이기도 하다. 합성보란 이름으로 이해할 수 있듯 두 가지 이상의 이종(異種) 소재를 합성하여 제작한 구조재를 일컫는다. TSC합성보는 스틸과 콘크리트의 합성으로 제작된다.

콘크리트 X 강건재 강점만 살린 합성보

건축물에 있어 ‘안전성’은 가장 기초가 되는 필요조건이다. 이 조건을 갖춘 후에야 비로소 건물의 디자인적 차별성, 심미적 즐거움 등을 논할 수 있다. 그렇기에 안전성에 주요한 구조재- 그중에도 가장 기본적인 ‘기둥’과 ‘보’는 신중하게 선택되기 마련이다.

구조재로 가장 널리 사용되는 철근콘크리트. 무엇보다 재료비가 저렴하고 전통적 방식으로 무난한 선택이지만, 취약점을 꼽으라면 단연 ‘균열’일 것이다. 철근콘크리트보(Reinforced Concrete Beam)는 인장 측으로 콘크리트 균열이 자연히 발생하고 이를 메꾸는 주기적인 보수가 필요하다. 또 기술인력이 필요해 인건비가 높고, 분진 발생이 심하기 때문에 환경 보호가 요구되는 시대에는 어울리지 않는 건축자재라는 평. 그럼 강건재로 뼈대를 세우는 철골조는 어떨까. 분진 발생이 없고, 폐기 때에도 자재를 재활용할 수 있다는 점, 또 철근콘크리트에 비해 시공 절차가 간편해 시공일수와 시공비 절감에 이롭다는 부분에서 각광받는다. 다만 보(Beam)의 경우, 철골조는 장스팬을 구현하기 위해 춤(depth)이 두꺼워진다는 게 하나의 아쉬움이다. 보의 길이가 길어질수록, 처짐을 방지하기 위해 춤은 커져야 한다. 이는 곧 천장이 낮아진다는 것을 의미하니, 공간효율 면에서 제약적이다.

▲ 건축물의 수평재 ‘보’는 크게 철근콘크리트보, 철골보로 나눌 수 있다. 각각 장단점이 존재하는데, 이 둘의 단점은 없애고 장점만 살린 것이 합성보다.

이 두 소재의 단점은 없애고 강점만 극대화한 재료가 ‘합성보’다. TSC합성보는 스틸을 냉간 성형해 제작한 웨브(Web)의 속을 콘크리트가 채우는 형태다. 내부를 채운 콘크리트로 높은 강성을 확보하면서, 이 콘크리트를 스틸 웨브가 겉에서 감싸고 있기 때문에 균열에 대한 걱정을 덜 수 있다. 또 철골조에 비해 보 춤을 더 짧게 제작할 수 있기 때문에 천장이 높아진다. 이 여유분의 천장 공간들을 가지고 한 층을 더 올릴 수도 있는 것이다. 땅값이 금값인 부지에 빌딩은 짓는다고 가정해보자. 동일한 면적과 높이 조건에서 15층짜리 건물과, 16층짜리 건물 중 어떤 건물을 짓고 싶은가? 임대효율 측면에서 답은 정해져있고, 이를 구현하기 위해 TSC합성보만한 솔루션은 없을 것이다.

획기적으로 줄어드는 시공 기간과 비용

TSC합성보는 현재까지 약 400개 이상의 건축물에 적용됐다. 이렇게 시장에서 사랑받는 이유는 탁월한 구조성능 그 이상의 솔루션이 있기 때문. TSC합성보의 강점 중 획기적으로 줄어드는 시공기간과 그에 따른 비용절감을 빼놓을 수 없다. 철근콘크리트의 시공과정이 철근설치, 동바리작업부터 해체까지 크게 6단계로 이어진다면, TSC합성보는 공장에서 미리 조립해온 제품을 가지고 현장에서는 설치, 콘크리트 타설 단 2개 공정으로 끝난다. 시공시간이 절반가량 줄어드는 셈이다.

또 철근콘크리트 공정에서 거푸집과 동바리는 필수 공정이지만, 결국에는 철거되어야 한다. 비용과 시간 면에서 비효율적일 수밖에 없는 이유다. TSC합성보는 그 자체가 거푸집의 역할을 하기 때문에 거푸집을 별도로 설치하고 철거할 필요가 사라진다. 설계에 따라 동바리를 생략할 수도 있다. 또 공장에서 미리 제품을 제작해와서 현장에서는 그야말로 설치만 하면 된다. 아래 실제 TSC합성보의 현장 시공 사진을 살펴보면, 공장에서 미리 제작된 자재를 현장에서 바로 설치하고 있다. 이렇게 기둥과 기둥 사이에 보를 놓고, 이 위에 콘크리트 타설을 하면 공정이 끝난다. 보다시피 건물 중간 어디에도 기둥이 없어, 데드 스페이스(Dead Space)가 발생하지 않는다.

이 건물 외벽은 왜 콘크리트일까, 왜 동그란 구멍을 땡땡 뚫었을까, 창문은 어디에 있나?- 존재 그 자체로 호기심을 불러일으키는 건물. 어반하이브의 이런 존재감은 강렬한 콘크리트 외관에서 비롯되지만, 이런 외관을 가능케 한 것은 강력한 스틸의 솔루션이다. ‘철골조 빌딩=스틸커튼월 빌딩’이라는 생각에 갇혀있다면 어반하이브를 통해 그 틀을 깨보길. 이종 소재와의 콜라보를 통해 철골조 건축물의 가능성을 대폭 확장한 어반하이브 빌딩은 그 혁신성을 인정받아 2008년 한국건축가협회상, 2009년 서울특별시 건축상 대상 등을 수상했다.

※ 이노빌트 TSC합성보 제작/시공 문의 : 센코어테크 김태원 소장 (02-2629-3185)

동그란 구멍이 여러 개 뚫린 모습으로 유명한 어반하이브는 올해로 14년 차에 들어선 오피스 건물이다. 2004년부터 설계에 착수해 2008년 9월 준공된, 대지면적 약 1000m², 건축면적 585m²의 지상 17층 빌딩이다.

홍대와 가로수길이 언제 뜨고 졌는지도 모르게 이젠 성수동과 을지로를 가지 않으면 안 될 것 같은, 참으로 빠르게 변하는 버거운 속도의 도시 서울에서도 어반하이브가 자리한 장소에 대해 안 짚고 넘어갈 순 없다. 사실 9호선 신논현역이 생기기 전까지 어반하이브가 있는 논현동 블록은 그다지 눈에 띄는 곳이 아니었다. 건물이 준공된 2008년에는 강남역이라고 하면 6번, 7번(현 10번, 11번) 출구가 거의 전부였고 논현동 쪽으로 걸어간다고 해도 ‘지오다노’, ‘씨티극장’ 즈음에서 분위기가 수그러들었다. 신논현역 블록에 이르면 고급 호텔이 몇 채 있다. 식당과 술집이 들어선 저층 근생건물과 주택이 혼재된 어반하이브편 블록은 대중적인 핫플레이스라기보단 도시의 밤을 즐기기에 좋은 작은 스케일의 장소였다. 중장년층과 인근 상인들은 여기를 ‘동경카바레’ 자리로 기억한다. 꽤 오랫동안 제일생명사거리로 부르기도 했다.

건축가 김인철은 설계의 시작을 이 ‘강남이라는 도시의 흥청대는 분위기’에서 출발했다고 밝힌 바 있다. ‘도회의 온갖 욕망에 점령된’ 번잡함과 혼란스러움을 진정시키고 차분하게 하고 싶었다는 설명이다. 그는 ‘부유(浮游)는 도시의 분위기를 붙잡기 위한 몸짓’을 취하기 위해 형태를 단순한 입방체로 정했다. 의도된 간결함은 그러나 박스 형태 그대로 끝이 아니다. 안과 밖을 뒤집는 독특한 개념과 구조를 만나 빛을 발하게 됐다.

밖으로 드러난 정직한 구조

지름 1m 크기의 원형 구멍이 3,300개가량 뚫려있는 콘크리트 외벽은 건물의 구조를 담당하는 일종의 내력벽이다. 철근콘크리트 기둥이 안으로 숨고 겉을 유리와 금속으로 덮는 일반적인 고층 빌딩과 사뭇 다르다. 건축가 장윤규는 이에 대해 “도시의 중고층(10~20층) 건물이 보통 커튼월 빌딩이라는 트렌드에 충실하기 마련인데 어반하이브는 놀랍다. 건축의 외피를 구조화할 수 있고, 그것이 전체 입면을 구성하는 요소가 될 수 있다는 것을 증명한 사례”라고 호평했다. 그러니까 어반하이브의 콘크리트 벽은 예쁘게 보이거나, 무언가를 숨기거나, 가리거나 막으려고 세운 것이 아니다. 하중을 지탱하기 위해 세운, 없어서는 안 되는 핵심이다.

17층 높이의 노출콘크리트 건물을 만든다는 것

이 정도 크기, 높이의 건물을 전체 콘크리트로 만든 경우는 세계적으로도 드물다. 모양과 재료에서 가벼움, 개방감을 획득하려는 현대건축의 유행에서 갑갑하고 무거운 콘크리트는 저만치 벗어나있기도 하고, 무엇보다 구조적 이슈가 있다. 높이 올라가면 철근콘크리트 자체의 무게가 너무 늘어나 하중을 감당하기 어려워지는 것. 또한 어반하이브처럼 요철이나 별다른 장식도 없이 넓고 큰 면을 노출콘크리트로 매끈하게 처리하는 것은 시공상 힘들어 꺼린다. 마감이 거칠거나 정확하지 못해 눈에 거슬리는 것에 대한 우려다.

구조설계에 참여한 이창남 센엔지니어링그룹 대표이사의 설명에 따르면 초반에 △프리캐스트(precast) 콘크리트를 공장제작해 현장에서 조립하는 방법, △현장콘크리트를 하되 구멍 부분을 영구거푸집으로 하는 법, △구멍 형태를 마름모꼴 등 다른 형태로 하는 법 등 수많은 토의가 있었다고 한다. 특히 콘크리트의 약점인 균열이 발생할 가능성을 최소화하기 위해 고민했다. 그는 “건축가가 원하는 벽 두께는 40cm로 정해져 있었다. 이보다 얇아져 구멍 깊이가 줄어들면 빈약한 느낌을 주고, 이보다 두껍거나 별도의 마감재를 씌우는 것도 반대였다”고 밝혔다.

40cm의 두께 노출콘크리트가 17층 건물의 하중을 전담하는 내력벽으로 괜찮을까. 내부 공간의 폭은 17.35m다. 중간에 기둥 하나를 추가하기 딱 좋은 수치다. 그러나 건축가도, 구조설계팀도 쉬운 길을 가지 않고 처음의 고집을 버리지 않았다. 내부의 사용성과 개방감을 확보하기 위해 기둥 없이 내력벽으로 끝내기 위해 TSC합성보를 택한 것.

[Architect’s Pick : 이노빌트 TSC합성보]

TSC합성보는 철근콘크리트가 강재를 둘러싸는 일반적인 방식과 약간 다르게 강재가 밖에 있고 안에 콘크리트가 있는 합성보다. 강판으로 만든 거푸집 내부에 콘크리트를 채워 넣은 것으로, 이 콘크리트 내부에 철근을 추가하는 것도 가능하나 어반하이브 현장을 비롯한 많은 현장에 무근으로 시공했다. 냉간 성형한 강판으로 된 웨브와 상하부 플레이트, 그리고 안쪽 콘크리트로 이루어진 구성이다.

일반적인 철근콘크리트는 거푸집, 철근, 콘크리트로 이뤄지는데 이 중에 거푸집은 건물에 남아있질 않다. 오로지 시공을 위해 필요한 가설재임에도 불구하고 공사에서 큰 비용을 차지하고 공사 기간을 길어지게 만든다. 거푸집 조립 기능인도 점점 줄어들고 인건비가 비싸다. 이 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

강판과 콘크리트를 합쳐버린 TSC합성보는 거푸집과 철근에서 해방된 신개념 재료다. 철근콘크리트 보에 비해 부피가 작으면서도 휨과 처짐이 덜하다. 인장 방향으로 강판 하부플레이트가 받쳐주기 때문에 균열이 방지된다. 철골 물량은 최소화하고 장스팬 시공이 가능한 것이다. 공사 기간은 철골조와 비슷하거나 짧고 비용도 더 적게 든다. 어반하이브같은 도심 건물에 적합한 또 하나의 특징은 자재의 중량이 가볍다는 것이다. 타워크레인 용량이 작아지는 것도 덤이다.

현대건축과 건축가는 기둥 없는 실내 공간을 위해 치열하게 고민한다. 내부 공간에 기둥이 적은 것, 이를 구현하기 위해 개발한 합성보의 차별점이 무어 그리 대단한지 의아하다면 이렇게 생각해보자. 지금과 다른 모든 것이 똑같고, 그러니까 치즈케이크처럼 구멍이 뚫린 콘크리트외벽과 층별 구성이 똑같은데 기둥이 실내의 중앙부에 하나 더 있는 건물이 있다면? 모든 건축적 개념이 힘을 잃는다. 구조를 위한 기둥이 하나 있을 때 외벽은 다시 장식이 된다. 건축가의 생각이었던 몸체이자 외피인 외벽이 아니다. 작지만 완전한 차이다.

‘땡땡이 건물’ 어반하이브는 그간 외관으로 화제가 됐지만, 오히려 건축에 생명을 불어넣은 것은 내부에 있다. TSC합성보를 이용해 스팬 17.35m를 기둥 없이, 보 높이는 60cm로 해결했다. 일반 철골합성보에 비해 30%가량 저렴한 공사비로 말이다. 어반하이브의 외벽과 사무실 유리벽 사이는 외기와 접하는 공간이다. 원형 구멍도 허리 밑에 대진 아크릴 판을 제외하고는 숭숭 뚫려있다. 건축가는 한국에서 흔한 복도식 아파트처럼 긴 복도를 두어, 외기가 통하는 공간을 층마다 제공하려 했다. 웅장한 로비가 없이 1, 2층 전체를 드나들기 쉬운 카페로 운영하는 데서도 대중에게 열린 제스처를 읽을 수 있는 편안하고 친절한 건물이다. 참고로 카페에서는 천장에 별도의 마감재를 덮지 않아 내화뿜칠이 된 TSC합성보를 그대로 볼 수도 있다. <글=김나래 사진=송유섭>

이는 강철이 대부분의 건축물 구조재에 사용되기 때문인데요. ‘철근콘크리트’라는 말 들어보셨죠? 대표적인 건축방식 중 하나입니다. 스틸만 가지고 건물을 세우는 것을 ‘철골조’라고 합니다. 스틸로 건물의 뼈대를 짓는다고 하면, 처음으로 떠오르는 생각이 “튼튼하겠구나” 일 텐데요. 이제는 튼튼한 것은 기본이거니와, 시공자가 최적의 설계를 할 수 있도록 맞춤형으로 제품을 공급해주고, 시공일수과 비용은 줄여주며, 안전성은 높이면서 지진과 화재에도 강한 ‘만능 구조재’가 요구되고 있어요. 건축에 사용된 자재들의 친환경성과 재활용 가능 여부 또한 중요하죠. 다른 소재의 단점을 보완하는 유기적 구조재의 역할도 가능해야 합니다.

포스코가 고객사와 함께 개발한 강건재들이 그 요구에 자신 있게 응답하고 있습니다. 튼튼함은 기본! 만능 구조재로 활약 중인 건축구조용 강건재 대표 제품들을 소개해드릴게요.

l 시공자의 입맛에 딱 맞게! 맞춤 제작 형강 Pos-H

건물의 기둥과 기둥을 연결하고 지탱하는 ‘보(Beam)’로는 H형태로 생긴 형강, RH형강(Rolled H-Beam)이 대표적으로 쓰여왔습니다. RH형강은 제철소에서 주조된 반제품(블룸, 빌릿 등)을 압연해 제작하는데요. 구매자 입장에서는 정해진 기성품 사이즈에 맞춰 건물을 설계해야 한다는 한계점이 있었죠. 아시다시피, 포스코는 압연형강류를 만들지 않습니다. 그럼 뭘 소개하려는 걸까요? 국내 형강시장은 연간 3백만 톤 규모. 포스코는 시공자에게 더욱 친화적인 제품을 개발하여 2016년부터 형강류 시장에도 진출했는데요. 바로 포스코의 프리미엄 강판을 절단, 용접, 교정하여 만드는 Built-up 형강, ‘Pos-H’로 말이죠.

Pos-H는 440종 이상의 규격으로 준비되어 있습니다. 건축물의 안전에 필요한 최적의 사이즈로 제작할 수 있기 때문에, RH형강 대비 15~20% 상당의 강재량 절감이 가능하죠. Pos-H의 원자재로는 포스코의 SN(Steel new)강, TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)강, HSA(High performance Steel for Architecture)강 등 더 강하면서도 유연한 WTP 제품이 건축물의 필요 성능에 따라 쓰입니다.

Pos-H는 2016년 최초 개발된 이래 매년 보완, 강화를 거듭해왔는데요. 평창IBC센터, 두산분당센터 등 여러 대형 건물에 적용되며 그 경제성과 편리성을 인정받았습니다. 수원시의 랜드마크인 수원컨벤션센터에도 Pos-H가 쓰였는데요. 기존 방식을 따랐을 경우 1,700톤가량의 형강이 필요했지만, Pos-H를 적용한 결과 1,300톤만 사용하여 약 23%의 강재 절감 효과를 거뒀습니다.

l 사용자의 층간 소음 줄여주고, 화재에도 강한 강건재 데크(Deck)

층간 소음, 누구나 피하고 싶은 경험이죠. 층간 소음을 줄이는 데에는 당연히 바닥, 즉 데크(Deck)가 중요한데요. 포스코의 용융아연도금강판으로  제작하는 ‘TUBE DECK’가 층간 소음 걱정을 덜어드립니다!

TUBE DECK는 이름에서 알 수 있듯이 속이 비어있는 튜브 모양의 강관을 활용하여 제작한 데크플레이트입니다. 튜브 모양 강관의 구조성능 덕분에 바닥슬래브를 지탱하던 보 구조물을 최소화할 수 있습니다. 이로 인해 보가 차지하던 공간이 사용자의 공간이 되며, 전체적인 층고 효율화가 가능합니다. 또 철골조의 특징인 ‘장스펜(기둥과 기둥사이의 거리가 넓은 구조)’ 구조로 넓은 공간 확보에 용이하죠. TUBE DECK는 구조물 최소화 및 층고 효율화를 통해 시공비를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 그 속이 비어있는 두툼한 구조형식 덕분에 층간 소음 저감효과가 탁월합니다. 또한 별도의 보호피복을 하지 않아도 2시간까지 화재에 견디는 내화 성능을 자랑하기도 합니다.

l 콘크리트와 ‘콜라보’하는 합성구조 강건재

포스코 스틸로 만드는 강건재는 Pos-H처럼 기존 제품을 더 효율적으로 대체하고, 또 전통 방식의 단점을 보완하는 솔루션으로도 역할하고 있습니다. 포스코 뉴스룸에서 소개해드린 한 번에 3층을 쌓아올리는 공법으로 건설신기술을 따낸 기둥 ‘P-Box’도 대표적인 합성구조 사례인데요. P-Box는 포스코 스틸로 네모난 강관을 만든 후, 그 안을 콘크리트로 채워 강도와 내진성을 향상시킨 충전식 강관입니다. (P-Box 기둥 공법 자세히 보기)

또 다른 합성구조 강건재로 ‘TSC합성보(Thin-plate Steel Composite Beam)’가 있습니다. TSC합성보 역시 스틸과 콘크리트를 합성하여 만드는데요. 그 구조가 조금 독특해요. 우선 콘크리트로 만든 판을 ┕┙ 모양의 강재가 받쳐주는데, ┕┙ 속에도 콘크리트를 채워 넣습니다. 마치 스틸로 만든 컵 안에 콘크리트를 채우고 그 위에 콘크리트 판을 얹어놓은 모양새로 이해하시면 됩니다.

TSC합성보와 함께 P-Box와 같은 콘크리트 충전식 합성기둥을 사용하면, 철근콘크리트 공법과 비교해 제작 기간을 절반으로 단축시킵니다. 그뿐만 아니라 기존에는 콘크리트 양생과 타설, 거푸집 제거로 인해 발생하던 분진을 줄여 작업환경 개선에도 도움을 주죠. 각 건축물에 가장 알맞은 강도, 연성, 사이즈의 스틸로 제작된 강건재가 콘크리트를 만나, 두 소재의 장점을 극대화하는 것이 합성구조라고 정리할 수 있겠네요. 우리나라 건축에서 가장 큰 숙제인 공기단축과 건축비 절감이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있어 최근 다양한 건축물에 적용 중이랍니다.

건축구조물의 안전성이 매우 중요한 반도체나 디스플레이 공장, 대형 빌딩에도 TSC합성보가 그 역할을 톡톡히 해내고 있는데요. 서울시 건축대상을 수상한 ‘어반하이브’ 빌딩. 누구나 눈여겨보게 만드는 이런 감각적인 대형 건축물에도 TSC 합성보가 적용되어 건물의 고품격 가치 구현에 기여하고 있습니다.

▲ 서울시 강남구에 위치한 어반하이브 빌딩

강건재로 만드는 건물의 뼈대, 그저 튼튼하기만 한 게 아니죠? 건축 시공자가 원하는 가장 효율적인 구조가 탄생하도록, 사용자도 더 안전하고 편안하게 지낼 수 있도록, 강건재는 스스로 진화할 뿐만 아니라 타 재료와도 시너지를 내는 중이랍니다. 그리고 그 강건재에 포스코가 만든 프리미엄 스틸이 사용된다면 더욱 믿을만하지 않나요? 포스코는 강건재가 건설 시장에서 발전과 혁신을 만들 수 있도록 시장 친화적인 소재 개발과 솔루션 연구를 지속해오고 있습니다.

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