건물이 몇 층이어야 마천루(skyscraper)인지, 높이가 얼마여야 하는지에 대한 정확한 정의는 없습니다. "몇 층인지가 중요한 게 아니라고 생각합니다. 태도가 중요합니다." 건축가 T.J. 고테스디너가 크리스천 사이언스 모니터에 말했습니다. 시카고 시어스 타워를 포함한 수많은 초고층 빌딩을 설계한 스키드모어 오윙스 앤 메릴(Skidmore, Owings & Merrill) 파트너인 그는 이어서 "마천루란 무엇인가? 당신을 멈추게 하고, 고개를 젖혀 위를 올려다보게 만드는 모든 것입니다."라고 말했습니다.
일부 관찰자는 20층 이상 건물을 마천루라 부릅니다. 다른 이들은 50층 이상을 기준으로 삼습니다. 하지만 100층 이상 건물을 마천루로 보는 게 널리 받아들여집니다. 102층인 뉴욕 엠파이어 스테이트 빌딩의 점유 높이는 1,224피트(373m)이고, 첨탑(건물 지붕 위의 뾰족한 부분)이 230피트(70m) 더해집니다. 전 세계에서 첨탑 포함 1,000피트(300m) 이상인 건물은 안테나를 제외하고 25채뿐입니다.
세계에서 가장 높은 자립 구조물은 캐나다 토론토 CN 타워로 높이 1,815피트(553m)입니다. TV 안테나 지주를 위해 건설되어 사람이 상주하지 않으며(1,100피트/335m에 레스토랑과 전망대만 있음), 세계 최고층 점유 구조물은 말레이시아 쿠알라룸푸르 페트로나스 트윈 타워로 첨탑 포함 1,483피트(452m)입니다. 시카고 시어스 타워가 가장 높은 점유 층을 가집니다; 110층 지붕 높이가 1,453피트(443m)입니다.
어떤 면에서 초고층 건물은 비실용적입니다. 높이의 절반짜리 건물 두 채를 짓는 게 한 채의 초고층보다 저렴합니다. 개발자는 한 위치에 엄청난 면적의 임차인을 찾아야 합니다. 예를 들어 시어스 타워는 450만 평방피트(415,000평방미터)를 품습니다. 반면 땅이 부족한 밀집 도시에서는 가용 토지를 최대한 활용해야 합니다. 그럼에도 극적으로 높은 건물을 짓는 결정은 보통 경제성이 아닌, 주목받고 명성을 얻기 위한 욕구에 기반합니다.
19세기 후반 여러 기술적 진보가 결합해 마천루 설계와 건설을 가능케 했습니다. 그중에는 강철 대량 생산 능력, 안전하고 효율적인 엘리베이터 발명, 구조 하중과 응력 측정·분석 기술 향상이 있었습니다. 1920~30년대에는 아크 용접과 형광등 발명(밝은 빛으로 창가에서 먼 곳에서도 작업 가능, 백열등보다 발열 적음)이 마천루 개발을 더욱 촉진했습니다.
전통적으로 건물 벽이 구조를 지탱했습니다; 건물이 높을수록 벽은 더 두꺼워야 했습니다. 1891년 시카고에 지어진 16층 건물의 기초 벽 두께는 6피트(1.8m)였습니다. 강철 골조 구조 발명으로 매우 두꺼운 벽이 필요 없어졌습니다. 강철 골조가 건물 무게를 지탱하고, 외벽은 커튼처럼 골조에 매달립니다. 이 설계를 처음 적용한 건물은 1885년 시카고에 지어진 10층 홈 인슈어런스 컴퍼니 빌딩(Home Insurance Company Building)이었습니다.
792피트(242m) 높이의 울워스 빌딩(Woolworth Building)은 1913년 뉴욕에 세워지며 진정한 마천루의 모든 요소를 처음 결합했습니다. 강철 골조가 콘크리트 기둥 기초 위에 올라섰고, 기둥은 기반암(건물을 지탱할 만큼 단단한 단단한 암반층)까지 뻗었습니다. 프레임은 예상 풍력에 대비해 브레이싱되었고, 고속 엘리베이터가 60층에 로컬 및 익스프레스 서비스를 제공했습니다.
1931년 엠파이어 스테이트 빌딩이 뉴욕에 1,250피트(381m) 높이로 솟구쳤습니다. 41년간 세계 최고층 오피스 빌딩 자리를 지켰습니다. 2000년까지 단 6개 건물만이 그 높이를 넘어섰습니다.
철근 콘크리트는 마천루의 중요한 구성요소입니다. 콘크리트(물, 시멘트 분말, 자갈 또는 모래 골재 혼합물)를 강철 봉(철근, rebar) 격자망 주변에 부어 만듭니다. 이는 건조된 콘크리트가 바람에 의한 굽힘 운동에 저항하도록 강화합니다. 콘크리트는 압축력에 본질적으로 강하지만, 페트로나스 타워의 엄청난 예상 무게 때문에 설계자들은 일반 콘크리트의 2배 이상 강한 새로운 콘크리트를 지정했습니다. 이 고강도 재료는 일반적인 콘크리트 재료에 매우 미세한 입자를 추가해 달성했습니다; 이 미세 입자의 표면적 증가가 더 강한 결합을 만들었습니다.
마천루 건설의 다른 주요 원자재는 철과 탄소의 합금인 강철입니다. 인접 건물들이 건설 활동과 자재 보관 공간을 제한하므로, 지정된 크기와 형태의 강철 빔이 배치 시점에 맞춰 현장으로 배송됩니다. 배송 전 빔은 석고와 버미큘라이트(vermiculite)(열팽창해 스펀지 같은 입자가 된 운모) 혼합물로 코팅해 부식과 열로부터 보호합니다. 각 빔이 용접되면 신선한 이음부에 같은 코팅재를 분사합니다. 유리섬유 배팅을 알루미늄 호일로 감싼 추가 단열층을 빔에 감을 수도 있습니다.
콘크리트와 강철의 장점을 극대화하기 위해 둘을 함께 쓰는 경우가 많습니다. 예를 들어 지지 기둥을 강철 빔 주위에 콘크리트를 부어 만듭니다.
다양한 재료로 마천루 골조를 덮습니다. '클래딩(cladding)'으로 알려진 외부 벽 패널은 유리, 알루미늄이나 스테인리스 강 같은 금속, 화강암, 대리석, 석회암 같은 석재가 쓰입니다.
설계 엔지니어는 건축가의 비전을 구조적으로 건전하고 시공 가능한 상세 계획으로 변환합니다.
저층 건물 설계는 자중(데드 하중)과 내부에 들어갈 사람과 가구 무게(라이브 하중)를 지탱하는 구조를 만드는 일입니다. 마천루에서는 건물과 내용물 무게보다 바람의 횡풍이 구조에 더 큰 영향을 미칩니다. 설계자는 강풍에 건물이 넘어가지 않도록 하고, 거주자가 신체적·정서적 불편을 느낄 만큼 흔들리지 않게 해야 합니다.
각 마천루 설계는 독창적입니다. 주요 구조 요소로는 비내력 커튼 월 뒤에 숨은 강철 골조, 클래딩 패널로 채워진 철근 콘크리트 골조, 엘리베이터 샤프트 등 기계 설비를 수용할 만큼 큰 중앙 콘크리트 코어(오픈 컬럼), 건물 둘레를 따라 배열된 지지 기둥들을 수평 보로 서로 및 코어와 연결하는 어레이 등이 단독 또는 조합으로 사용됩니다.
각 설계가 혁신적이므로, 제안된 초고층 건물 모형을 풍동에서 테스트해 강풍 영향을 파악하고, 새 건물이 만드는 풍형이 주변 건물에 미치는 영향도 평가합니다. 테스트에서 강풍 시 과도한 흔들림이 보이면 
마천루 1층 설계 및 건물 골조 예시. 설계자는 움직임을 상쇄하거나 제한하는 기계 장치를 추가할 수 있습니다.
상부 구조 외에도 설계자는 빠르고 쾌적하게 사람을 이동시키는 엘리베이터, 공기 순환 시스템, 배관 등 적절한 기계 시스템을 계획해야 합니다.
각 마천루는 지질과 기후 같은 물리적 제약에 맞춰 설계된 독특한 구조이며, 임차인 니즈를 충족하고 소유주와 건축가의 미적 목표를 만족시킵니다. 건설 공정도 각 건물마다 독특합니다. 다음 단계는 가장 일반적인 시공 기법의 개요입니다.
A. 다이어프램 월. B. 풋팅. C. 강철 파일로 기초를 지면에 고정하는 마천루 기초 유형. D. 슬립폼 콘크리트 타설 방식.
마천루 공사가 시작되면 구조의 여러 단계가 동시에 진행됩니다. 예를 들어 지지 기둥이 몇 층 높이로 올라가면 하층 바닥 슬래브 공사를 시작합니다. 기둥이 더 높이 올라가면 바닥 공사팀도 상층으로 이동하고, 마감팀은 최하층에서 작업을 시작합니다. 이 단계 중첩은 시간 효율을 극대화할 뿐 아니라 시공 중 구조 안정성도 보장합니다.
엠파이어 스테이트 빌딩.
엠파이어 스테이트 빌딩은 최고층 건물 경쟁을 끝내기 위해 기획되었습니다. 102층, 1,250피트(381m)로 맨해튼 거리를 압도할 예정이었습니다. 개발자인 존 J. 래스콥(John J. Raskob)과 피에르 사무엘 뒤 퐁(Pierre Samuel Du Pont), 전 뉴욕 주지사 알프레드 E. 스미스(Alfred E. Smith)가 1929년 8월 세계 최고층 건물 건립 의사를 발표했습니다. 시공사 스타렛 브라더스 앤 에켄(Starrett Brothers and Eken), 설계사 슈리브 램 앤 하몬(Shreve, Lamb, and Harmon)을 선정했고 윌리엄 F. 램(William F. Lamb)이 수석 설계자였습니다. 5층 위부터 셋백(setback)된 후 86층까지 1,000피트(305m) 이상 중단 없이 치솟습니다. 외부는 석회암과 화강암, 6층부터 정상까지 수직 크롬-니켈-강 합금 기둥이 뻗어 있습니다. 67대 엘리베이터, 6,500개 유리창, 200피트(61m) 비행선 계류 마스트가 있습니다.
엠파이어 스테이트 빌딩은 1931년 4월 11일 예정보다 12일 앞당겨 완공되고 5월 1일 공식 개장했습니다. 역대 최고층 건물로 역사에 남으며 40년 넘게 타이틀을 지켰습니다. 1972년 1,348피트(411m) 세계무역센터 쌍둥이 빌딩 완공으로 높이가 추월되었습니다. 세계무역센터는 1974년 시카고 시어스 타워(1,453피트/443m)에 다시 추월당했습니다.
품질 보증 시 여러 요소를 고려합니다. 마천루의 거대한 규모 때문에 기초의 미세한 위치 오차가 지붕까지 확대됩니다. 일반 측량 기구 외에 GPS 센서나 항공기 폭탄 조준기 같은 특수 장비로 구조 부재의 위치와 정렬을 검증합니다.
건물 부지 주변 토양 센서로 시공 활동으로 인한 예기치 않은 지반 움직임을 감시합니다.
기초 구덩이와 지하층 굴착으로 엄청난 양의 흙이 나옵니다. 1970년대 초 뉴욕에 110층 세계무역센터 타워를 지을 때 100만 입방야드(765,000입방미터) 이상 흙과 암석을 퍼내 허드슨 강에 매립해 23.5에이커(95,100평방미터) 새 땅을 만들었고, 나중에 또 다른 마천루가 그 위에 들어섰습니다.
기존 높이 기록을 깰 여러 새 마천루 계획이 개발되었습니다. 예를 들어 시카고 7 사우스 디어본 스트리트 108층 건물은 2004년 완공 예정으로 1,550피트(473m) 높이가 될 것입니다. 200피트(61m) 정사각형 부지에 43에이커(174,000평방미터) 밀폐 공간을 제공합니다.
1956년 미국 건축가 프랭크 로이드 라이트(Frank Lloyd Wright)가 1.6km 마일 높이 마천루 계획을 발표했습니다. 10만 명이 근무할 수 있는 규모였습니다. 1991년 또 다른 미국 건축가 유진 추이 박사(Dr. Eugene Tsui)가 3,220m(2마일) 높이로 100만 명이 거주·근무·여가 가능한 건물을 설계했습니다. 이론적으로 시공 가능할지 몰라도 현재는 비현실적입니다. 예를 들어 인간 쾌적성 한계로 엘리베이터 속도는 분당 3,000피트(915m) 이하로 제한됩니다. 라이트 제안 구조의 10만 명을 수용하려면 엘리베이터 샤프트가 건물 면적의 너무 큰 부분을 차지하게 됩니다.
엘리베이터 기술 개선은 미래 마천루 설계에 중요합니다. 수평·수직 이동이 가능한 자기 추진 케이블리스 엘리베이터 카가 제안되었으나 아직 개발 중입니다. 퍼지 로직을 쓴 컴퓨터 제어 배차 시스템을 개선해 목적지가 가까운 승객을 그룹화해 더 효율적으로 수송할 수 있습니다.
제조공정
따뜻한 날씨가 다가오면서 많은 주택 소유자들이 잔디 깎는 기계와 기타 장비를 창고에서 꺼내 사용할 준비를 하고 있습니다. 하지만 고압 세척기를 기다리던 분들이라면 예상보다 더 오래 기다려야 할 수도 있습니다. 펌프가 압력을 형성하지 못하는 5가지 주요 이유를 정리해 드립니다. 펌프란 무엇인가? 펌프는 에너지를 이용해 유체를 이동시키는 장치입니다. 자동차, 가정, 공장 등 다양한 곳에서 사용되며, 주로 금속, 고무, 플라스틱으로 제작됩니다. 펌프는 물, 오일, 가스 등 다양한 유체를 이송하며, 움직이는 유체(주로 물)를 이용해 정지
건물 설계 시 구조용 강철에 대한 오해와 위험성을 주장하는 사람들을 만날 수 있습니다. 사실 대부분은 쉽게 반박 가능하며, 보통 강철 건물을 dissuade하고 다른 자재로 유도하려는 의도에서 나옵니다. 가장 흔한 오해들을 사실로 바로잡습니다. 오해 1: 강철 프레임은 녹이 너무 잘 슨다 강철 건물은 산화와 녹을 유발하는 요소에 노출됩니다. 하지만 이는 드물게 문제되며, 문제가 되기 훨씬 전에 녹을 관리합니다. 아연도금(갈바니제이션)으로 강철 제품의 내구 표면을 보호합니다. 아연도금 공정에서 아연 코팅을 강철 구조물 외부에 입히면
