케이블 구조 건축물 특징, 역사와 발전, 국내외 사례

케이블 구조 건축물은 케이블을 사용하여 건물의 무게를 지탱하고 하중을 지상으로 전달하는 건물 및 건축물의 일종으로 개방된 내부 공간과 극적인 건축적 특징을 만들어내는 독특한 구조 시스템으로 그 특징 및 역사와 발전사항, 국내외 사례를 알아보고자 합니다. 

케이블 구조 건축물의 특징

케이블 구조 건축물의 특징으로 첫 번째는 케이블 지지 구조 시스템입니다. 케이블 구조의 건물은 건물의 무게를 지탱하고 하중을 지면에 전달하기 위해 일반적으로 강철 케이블을 사용하는데 이 케이블들은 크고 무거운 기초에 고정되어 있고 안정적인 구조 시스템을 만들기 위한 장력이 걸려 있습니다. 케이블은 돔 형태나 텐트 형태 등 다양한 구성으로 배치할 수 있습니다. 두 번째는 케이블 구조의 건물은 지붕을 지탱하기 위해 내부 기둥이나 벽이 필요 없기 때문에 넓고 개방적인 내부공간을 만들 수 있어 스포츠 경기장, 컨벤션 센터, 전시장 등 크고 개방적인 내부 공간을 필요로 하는 건축물에 많이 사용되고 있습니다. 세 번째는 아키텍처 유연성입니다. 케이블 구조 건물에 사용되는 케이블 지지 구조 시스템은 건축 유연성을 크게 높일 수 있어 다양한 형상과 형태를 취할 수 있으며 곡선 지붕, 쓸어내는 아치, 복잡한 지오메트리 등의 독창적인 설계 특징을 구현할 수 있습니다. 다섯 번째, 케이블 구조 건축물은 케이블이 건물 무게의 대부분을 차지하기 때문에 천, 유리, 경량 금속 등 경량 재료를 사용하여 구조를 구축할 수 있는데 건설 비용과 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한, 효율적인 재료의 사용으로 대부분의 건물의 중량을 케이블은 장력이 부담하므로 지붕과 벽에 필요한 재료의 양이 최소화되어 건설 비용과 폐기물을 절감할 수 있습니다. 여섯 번째, 케이블 구조의 건물은 일반적으로 바람이나 지진 하중에 강한 설계로 되어 있는데 바람이나 지진의 힘에 대응하여 유연하게 대응이 가능하고 건물 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다. 마지막 유의할 점으로 케이블 구조물의 케이블은 고장력이 항상 작용하기 때문에 정기적인 보수점검이나 안전점검이 매우 중요합니다. 케이블 마모나 손상 징후가 없는지 수시로 확인하고 구조적 문제가 발생하지 않도록 유지 보수하여야 합니다.

이렇듯 케이블 구조의 건물은 크고 개방적인 내부 공간에서 효과적이며 건축 재료의 효율적인 사용과 바람과 지진 하중에 대한 저항에 이르기까지 다양한 이점을 제공하는 혁신적이고 유연한 유형의 건물이지만 그 자체 구조 시스템은 장기적인 안전성과 안정성을 확보를 위해 지속적인 유지보수와 안전성 관리가 필요합니다.

역사와 발전

케이블 구조 건축의 역사와 발전은 20세기 중반으로 거슬러 올라가는데 공학기술의 발전과 건설 재료의 진보로 기둥이나 벽을 필요로 하지 않고 넓고 개방적인 내부 공간을 만드는 것이 가능해졌습니다.

20세기 초 엔지니어들은 케이블을 이용 지붕을 지탱하는 실험을 시작하였는데 직물이나 유리와 같은 경량소재를 마감재료로 사용하였고 이를 지지하기 위해 장력이 걸린 케이블 사용하였습니다. 이러한 초기 실험은 케이블 구조 건축물의  기초를 마련하였으며, 1950년대와 60년대에 건물 무게를 지탱하기 위한 인장 아키텍처 연구를 시작하였고 가장 초기 인장 건축의 예 중 하나는 몬트리올 엑스포 67에 있는 미국 파빌리온으로 아크릴 유리로 된 케이블 지지 지붕이 특징입니다.

1970년대까지 케이블 구조의 건물은 스포츠 및 엔터테인먼트 업계에서 일반적으로 사용함으로써 케이블 구조 건물이 많이 증가하였는데 대표적인 예로는 휴스턴 애스트로 돔, 미시간 주 실버 돔, 디트로이트 폰티악 실버 돔 등이 있습니다.

1980년대와 90년대 들어서는 재료과학의 진보로 경량금속과 고강도 복합재료 등의 소재를 접목한 더욱 혁신적인 케이블 구조 건축물이 탄생하였고, 최근에는 더욱 진화 발전하여 건축가나 엔지니어의 가능한 것의 경계를 넓히고 있습니다. 오늘날 케이블 구조의 건물은 스포츠와 엔터테인먼트에서 교통과 인프라까지 다양한 산업에서 찾을 수 있고 대표적인 예로는 세계에서 가장 높은 케이블 고정식 교탑이 특징인 프랑스 밀라우 고가교, 2008년 올림픽을 위해 설계되었으며 복잡한 케이블 지지 구조 시스템이 특징인 베이징 버드네스트 스타디움 등이 있습니다.

국내외 사례

한국의 케이블 구조에 관한 주목할 만한 사례로는 인천 송도 컨벤션 센터가 있습니다. 콘 페더 센 폭스 어소시에이츠(Kohn Pedersen Fox Associates, KPF)에 의해 설계되어 40여 개월의 공사를 통해 2008년 완공된 컨벤션 센터는 54미터에 걸친 2만 평방미터 넓이의 케이블 지지 지붕이 특징입니다. 지붕은 직경 110mm의 33개의 스틸 케이블로 지탱되며 최대 풍속 초속 65m에도 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 1988년 하계올림픽을 위해 건립된 서울올림픽공원 육상경기장도 한국 케이블 구조의 또 다른 대표적인 사례이며 경기장 지붕은 120m에 걸친 케이블로 지탱되며 면적은 26,410평방미터입니다. 지붕은 지름 110mm의 16개의 스틸 케이블로 지탱되며 최대 풍속 초속 70m를 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

해외에서는 케이블 구조의 대표적인 예로 프랑스 밀라우 고가교가 있습니다. 노먼 포스터가 설계해 2004년 완공한 Millau Viaduct는 탄강(River Tarn) 유역에 걸쳐 케이블로 고정된 다리로 높이 343m의 세계에서 가장 높은 다리로 다리 케이블 지지 데크는 길이 2.5km로 각각 높이 87m의 콘크리트 파이론 7기가 지탱하고 있습니다. 해외 케이블 구조 건축물의 또 다른 두드러진 예는 베이징 국립경기장으로 버드 네스트 스타디움이 있습니다. 헤르초그 & 데 뮬론이 설계하고 베이징 올림픽을 위해 2008년 완공한 이 스타디움은 독특한 볼 모양의 지붕을 지지하는 복잡한 케이블 구조 시스템을 갖추고 있으며 지붕은 24개의 트러스강으로 구성돼 각각 80m의 스판을 갖고 있습니다. 길이 210km인 1024개의 강삭으로 지탱되는 경기장 케이블 지지 지붕은 최대 풍속 초속 42m까지 견딜 수 있도록 설계되었습니다.