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선구적인 근대건축가들은 강철, 콘크리트와 같은 새로운 재료가 만들어낼 수 있는 구조적인 형태를 적극적으로 탐구했습니다. 이때 건설된 많은 건축물들은 수십 년이 지난 현재까지도 역동적인 구조미를 뽐내고 있습니다. 케이블 건축물의 대표적인 건축물을 살펴보겠습니다.
일본 국립 요요기 경기장(国立代々木競技場)
일본 동경 하루주쿠역에 가까운 국립 요요기 경기장은, 단게 겐조(丹下健三; 1913. 9.4～2005.3.2)가 1964년 도쿄 올림픽을 위해 지어진 경기장입니다. 일반적으로 단게 겐조는 당대의 모더니즘이 기능주의에 너무 치우쳐 있다고 보고 전통과 모더니즘을 독특한 방식으로 결합한 건축가로 알려져 있습니다.
이 경기장은 당대의 구조기술을 활용하여 일본의 전통적인 이미지와 결합한 형태로 이해할 수 있습니다. 총 1만 5천 명의 관객을 수용할 수 있는 규모로 지붕의 유기적인 곡선과 팽팽하게 당겨진 직선이 대비되면서 박진감이 넘치는 형태를 자랑합니다. 126m에 달하는 두 기둥 사이에는 넓은 실내 수영장이 펼쳐집니다. 메인 케이블, 지붕 인장재 및 누름 케이블, 세 인장재가 제각기 구조적인 목적을 가지고 당겨지면서 조화로운 형태를 만들어냅니다. 힘의 흐름을 명확히 드러내는 건축 형태는 강한 인상을 남깁니다.
메인 케이블에서 44m 정도 떨어진 콘크리트 관람석 벽체에 케이블을 연결하면 아래로 휘어지는 현수선이 생깁니다. 그런데 건축가는 현수선보다는 더 날렵한 모양을 원했습니다. 이 곡선을 만들기 위해 Ⅰ-형강을 사용해서 연결했는데 이렇게 하면 Ⅰ-형강에 휨 응력이 부수적으로 생기게 됩니다.
이제 누름 케이블로 Ⅰ-형강을 직각방향으로 당기는데 이렇게 하면 지붕 전체를 일체화하고 Ⅰ-형강에 균일한 강성을 부여할 수 있습니다. 이렇게 서로 교차되는 지붕 인장재와 누름 케이블이 유기적인 곡면 지붕을 만들어 냅니다.
I-형강으로 만든 지붕 인장재는 가장 높은 곳에 위치한 메인 케이블로 당겨지면서 지붕의 하중을 전달합니다. 메인 케이블은 중앙부가 벌어진 형태로 볼록렌즈처럼 만들었는데, 이 부분으로 실내 환기뿐 아니라 자연 채광을 받아들입니다. 두 개의 기둥으로 당겨진 메인 케이블은 기초 콘크리트에 정착되는데 안쪽으로 당겨지는 추력에 저항하기 위해 지중보를 설치하여 서로 연결했습니다.
워싱턴 덜레스 국제공항(Washington Dulles International Airport)
워싱턴 덜레스 국제공항은 현수선이 완만하게 구부러진 지붕을 뽐내고 있습니다. 높이가 다른 거대한 피어(Pier) 기둥 양쪽에 걸친 케이블이 현수선을 만들어 냅니다. 현수선이 안쪽으로 당겨지면서 생기는 추력은 거대한 피어가 지탱합니다. 바깥쪽으로 넘어질 듯 기울어진 피어는 거대한 크기만큼이나 역동적인 힘을 보여줍니다.
케이블은 무게가 가볍기 때문에 강풍이 불어 상승압력이 작용하면 위로 뜨게 됩니다. 공항을 설계한 사리넨(Eero Saarinen)은 이 문제를 해결하기 위해 상승압력보다 지붕을 무겁게 만드는 방법을 선택했습니다.
무거운 콘크리트로 지붕을 덮은 것이죠. 팽팽하게 당겨진 케이블 위에 PC 패널(Pre-cast Concrete; 공장에서 만든 콘크리트 판)을 걸친 후 현장에서 콘크리트를 타설하는 방법으로 패널을 연결했습니다. 그런데 보를 만들어 PC 패널을 연결하기 전에 케이블이 충분히 당겨져야 최종 현수선 형태를 만들 수 있다. 이것을 해결하기 위해 임시로 중량물을 얹어 케이블을 팽팽하게 당긴 후 PC 패널을 연결했습니다.
특수구조 등 구조디자인과 관련된 내용들입니다.
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▶ 케이블과 진동
▶ 케이블의 형태
▶ 아치구조
▶ 아치구조의 역학
▶ 가우디와 아치
▶ 로마와 반원형 아치
▶ 돔(Dome) 구조 - 펜텐티브와 판테온
▶ 고딕 - 리브 볼트와 첨두 아치
▶ 고딕 - 플라잉 버트레스, 부축벽, 첨탑
▶ 트러스구조
▶ 트러스 건축물 - 퐁피두센터
▶ 트러스 - 스페이스 프레임
일본의 건축물
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