RC 전단벽식구조 탈피, 철골구조 전환 절실

내진설계 기준과 함께 지난해 6월 건축물 하중기준이 강화됨에 따라 기존 아파트의 주된 구조형식인 철근콘크리트(RC) 전단벽식구조를 탈피해 새로운 구조시스템의 전환이 필요한 시점이다.

특히 사회적으로 아파트의 장수명화와 거주자의 다양한 주거환경 필요성이 강조되면서, 보다 환경친화적이며 공간의 가변성이 뛰어나고 리모델링이 용이한 새로운 아파트 구조형식이 절실히 요구되고 있다.

여기에 국제적인 환경 이슈화와 국내 아파트의 단수명 재건축에 따른 폐해사례 증가로 환경친화성을 고려한 아파트의 장수명화에 대한 요구가 증대되고 있는 현실이다.
대한주택공사 주택연구소는 포항산업과학연구원(RIST)과 공동으로 이러한 국제적&--12539사회적&--12539환경적 요구에 대비, ‘NT(New Technology)를 적용한 100년형 고층 복합구조아파트 개발’에 대한 연구를 수행중에 있다.

‘NT APT 100’으로 알려진 이 연구에서는 환경친화형 100년 주택과 판상형 20층 복합구조 시스템을 개발하고 관련제도 정비방안 등이 제시된다. 또한 기술정보를 제공하는 웹도 구축할 예정이다.
한편 주공은 오는 2004년10월까지 2단계로 나눠 관련 연구를 지속할 예정이며, 아울러 내년 하반기이후 공급되는 모든 주공아파트에 철골을 중심으로 한 복합구조 시스템을 적용할 방침이다.

국내 보급현황
지난 50년대 마포지역에 최초로 아파트가 건설된 이후, 80년대 민간건설 아파트가 정착될 때까지 그동안 국내에서는 질적인 면보다는 물량 확대 위주로 전개됐다.
연간 주택보급 추이를 살펴보면 90년까지 735만7천호, 95년까지 957만호, 99년까지 1천118만1천호 등으로 급증해 세계적으로 유례를 찾아보기 힘든 대규모의 공급이 이뤄져 왔다. 이는 건축허가면적 구성비로 감안할 때 전체의 85.4%에까지 이르는 규모다.
이러한 대규모의 공급은 우리나라 국민들의 주거형태를 크게 변화시켜 왔으며 결국 생활문화에까지 많은 변화를 가져왔다.

구조형식
지난 50년대 마포지역에 건설된 중층아파트들은 주로 기둥-보를 엮어 슬래브를 시공한 후 조적으로 간벽을 처리하는 철근콘크리트 라멘식 구조였다. 이후 경제적 측면이 강조되면서 조적벽 양끝에 기둥과 작은 보를 설치하는 불규칙 라멘조로 발전왔으며, 지난 70년대 후반에는 철근콘크리트 벽을 내력벽으로 사용하고 그 위에 슬래브를 얹는 내력벽식 구조가 아파트의 표준 구조형식으로 자리잡았다.

전단벽식 구조의 문제점
지금까지 아파트는 양적인 면을 기본으로, 일관된 RC 벽식구조 아파트로만 발전돼 왔다. 이로 인해 인간의 다양한 욕구를 충족시키지 못하고 있다는 지적이 일어왔다. 또 최근 아파트가 점차 고층화되면서 기존 RC 벽식구조는 한계에 도달하고 있기 때문에 차츰 철골조아파트에 대한 관심이 높아지고 있으며 몇몇 아파트는 철골조로 이미 건설되기도 했다.
전단벽식구조 아파트는 내부공간을 구획하는 내력벽들로 인해 평면공간이 고착화돼 생애주기(life cycle) 변화에 따른 내부평면 변경이나 입주자들의 다양한 공간 욕구를 수용할 수 없는 한계성이 있다. 또한 지하공간의 활용도 제한적이다.
특히 건축물 하중기준안의 개정으로 내진설계기준이 선진외국의 수준으로 바뀜에 따라 전단벽식 구조의 지진 제계수값들이 대폭 강화됐으며, 이로 인한 전단벽식 구조아파트 건축공사비의 증가가 불가피하게 됐다.

연구 필요성
지난해 6월 건축물 하중기준이 개정돼 전단벽식구조의 내진설계 기준이 대폭 강화됨에 따라 기존 아파트의 주된 구조형식인 전단벽식구조의 효용가치가 크게 떨어지게 됐다. 따라서 이를 대체할 구조형식의 개발과 아파트 단수명에 따른 환경친화성을 고려한 아파트의 장수명화(100년)에 대한 요구가 증대되고 있다.

또한 주거수준 향상에 따른 입주자의 다양한 평면 요구를 충족시킬 수 있고 가족구성원의 생애주기에 따라 내부평면을 변경할 수 있으며 향후 입주자의 필요에 따라 리모델링을 용이하게 할 수 있는 새로운 아파트 구조형식이 요구되고 있다.
결국 이러한 요구들을 만족시키기 위한 고내구성 구조재를 사용한 철골조 아파트의 필요성이 높아지고 있다. 또 이러한 구조시스템의 효율성을 높일 수 있는 신기술(NT)들을 용이하게 접목할 수 있고 내진성능이 우수한 새로운 아파트 구조형식 모델 개발의 필요성이 크게 늘어나고 있다.

하지만 철골조아파트는 그동안 분양가가 높고 고소득층이 주로 소비대상이라는 점에서 일반소비자의 관심을 끌지 못했다. 이에 따라 공급도 매우 제한적이었으며, 결국 기존 구조시스템으로 건설되는 주택에서는 건축 당시의 설계 및 구조, 자재, 규모를 시간이 흐른 후 변경하는 것이 쉽지 않아 재건축을 통해 이러한 문제를 해결하고 있는 실정이다.

그러나 최근 재건축관련 규제가 대폭 강화됨으로써 저층 아파트조차 재건축시 추가부담이 발생하는 등 재건축 추진이 쉽지 않게 됐으며, 고층인 경우는 재건축이 더욱 어렵게 됐다.
이에 따라 주택수요의 다양화와 가구특성의 변화에 따라 쉽게 설계 및 구조제를 변화시킴은 물론, 주택면적까지 다양화할 수 있는 복합구조시스템에 대한 관심은 높아질 전망이다.
최근들어 정부에서도 세계적 이슈인 지속가능한 개발(ESSD)을 중시하고 있는 점에서 한정된 자원을 재이용하는데 유리한 아파트의 확대공급에 관심을 기울일 수밖에 없는 실정이다.

△연구 동향
최근 고층주상복합아파트의 개발이 활기를 띠면서 철골조아파트 관련기술에 대한 수요가 급증하고 있으나, 이에 부응하는 기술개발은 매우 낮은 수준이다. 특히 철골조아파트의 여러 가지 장점에도 불구하고 벽식구조 아파트를 대치할 만한 연구성과가 나오지 않고 있다.
국내의 경우 100년형 주택의 한 유형이라고 할 수 있는 철골조아파트의 건설은 분양가가 규제되던 시절 이를 회피하는 공급자측의 전략으로 시작됐기 때문에 평당 분양가가 다른 아파트보다 월등히 높은 수준이었다. 때문에 철골조아파트에 대한 일반소비자의 관심은 높지 않았으며 정부 역시 철골조아파트의 개발과 공급확대를 위해 별다른 관심을 기울이고 있지 않은 실정이었다.

△국내 공동주택단지 문제점
국내 공동주택단지들은 주택의 양적공급과 경제적 논리에 치우쳐 주거단지의 질적측면이 간과돼 왔을 뿐 아니라 주거단지 개발에 있어서도 지속가능성은 전혀 고려되지 못했던 게 사실이다.

구조시스템 측면에서는 지난 88년이전에 신축된 공동주택에는 내진설계가 고려돼 있지 않아, 근본적으로 안전성 결여로 인한 구조성능 확보가 시급하다. 또 20년이상된 공동주택의 경우 항상 재건축과 재개발 등이 논의돼 왔기 때문에 공동주택의 장수명화를 위한 철골조 아파트와 같은 최적의 구조시스템 개발이 시급하다.

이와 함께 단지계획 측면에서는 현재까지의 주거단지 개발이 가용토지를 최대한 개발해 이익을 환수하고자 하는 경제논리에 치우쳐 왔으며, 이같은 개발방식은 주거단지내의 자연적 특성을 살리지 못했으며 인근지역의 생태계를 파괴함으로써 지역주민들의 삶의 질까지 위협하고 있는 상황이다. 여기에 에너지 및 자원소비를 최대화하는 방식으로 개발됨으로써 환경문제에 대한 해결도 전혀 이뤄지지 못했다.

따라서 현재의 주거단지가 지속가능해지기 위해서는 인간과 자연이 공생하고 에너지&--12539자원&--12539생태환경을 고려하는 주거단지계획이 이뤄져야 할 것이란 주장이다.
아울러 주택계획 측면에서는 거주자들이 노동형태의 변화와 여가시간의 증가 등으로 인해 자연과 친화하려는 거주의식의 증가하고 있으며 가구크기와 가구형태의 변화, 건강형 마감재료의 선호 등 질좋은 주거환경을 추구하고 있음은 주지의 사실이다. 결과적으로 이에 대한 계획적측면에서의 대응은 아직 미흡한 실정이기 때문에 보다 적극적인 주택계획이 모색돼 한다. 또한 라이프사이클과 라이프스타일 대응형 평면계획, 건강하고 쾌적한 실내공간 계획, 리모델링을 고려한 주택계획 등에 대한 연구도 시급하다.

△철골조 구조시스템의 장점
고내구성 구조재인 철골부재의 사용으로 구조체의 수명이 반영구적인 철골조 구조시스템은 철근콘크리트에 비해 현장시공의 공정이 단순해 공기단축의 여지가 많다. 특히 철골부재를 주요골조로 사용할 경우 전단벽식구조에 비해 내부평면의 가변성이 우수해 다양한 생활양식(life style)과 생애주기(life cycle)에 따른 평면 변경 요구를 수용할 수 있다. 또 내진성이 우수해 보다 효과적인 고층 구조시스템으로 사용할 수 있다.

이와 함께 주요 구성재의 재활용도가 높아 환경적인 측면에서도 유리하고 리모델링이 용이해 재건축 문제에도 효과적으로 대응할 수 있다.
따라서 지속적인 연구개발과 자재의 대량생산 시스템이 구축돼 기반조성이 될 경우 보다 효율적인 구조시스템으로 사용될 뿐 아니라 경제적인 효과도 얻을 수 있다.
고층아파트의 횡력 저항 구조시스템은 국내 아파트에서 일반적으로 채택하고 있는 판상평 건물에서는 고층화에 따른 횡력에 효율적으로 저항할 수 있는 구조계획이 필요하다. 높은 건물에서는 횡력에 의한 횡변위가 커지기 때문에 구조재의 강도보다는 구조물의 강성이 우선적으로 고려돼야 한다. 시스템의 효율을 극대화하기 위해서는 최소물량으로 최대 강성을 가지는 구조형식이 필요하다.

고층건물의 횡력저항구조는 주로 단변방향은 바람하중에 의해, 장변방향은 지진하중에 의해 결정된다. 일반적으로 Moment Resisting Frame System은 연성 및 에너지 소산능력이 우수해 지진하중 저항에 유리하지만 단면이 커질 수 있으며, Braced Frame System은 가새의 좌굴로 인해 연성이 부족하나 강성이 우수해 바람하중 저항에 유리하다.

고층아파트의 바닥구조시스템은 바닥판의 두께에 따른 건물 높이의 증가가 건물비용을 증가시키기 때문에 최적설계가 이뤄져야 한다. 층고 저감형 바닥구조의 필요성은 오래전부터 대두됐지만, 시공성 검증에까지 이르는 체계적 연구가 활성화되지 않고 있다. 일반적으로 강도 및 강성을 고려한 바닥판의 높이 대 스팬의 비율은 20～24이다. 고층건물의 바닥구조 선정시 유의해야 할 점은 ▷바닥구조의 고정하중 크기 ▷골조를 올리는 동안의 시공 하중 능력 ▷계절에 관계없는 시공성 여부 ▷내화 특성 등을 들 수 있다.

요소기술들의 접목은 그간 철골조 건물의 시공성을 높이기 위해 여러가지 요소기술들이 개발돼 왔다. 아파트구조에 이러한 요소기술들을 적용하기 위한 연구가 필요하다. 특히 기 개발된 콘크리트 충진 강관기둥(CFT), 시스템화 계단(Steel System Stairs), 국부 PC의 사용 등을 효율적으로 접목할 수 있는 기술이 개발되면 현장시공성 향상을 통한 공기단축과 원가절감이 가능해 철골조아파트 구조시스템의 장점은 더욱 부각될 수 있다.

<다음호에는 외국사례와 그동안의 연구내용 등이 이어집니다>
simoon@conslove.co.kr