스카이스크래퍼

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배경

건물을 고층 빌딩으로 만드는 층 수 또는 높이에 대한 정확한 정의는 없습니다. 건축가 T. J. Gottesdiener는 크리스천 사이언스 모니터에 "몇 층이 있느냐가 중요한 것이 아니라 태도라고 생각합니다."라고 말했습니다. 일리노이주 시카고의 Sears Tower를 비롯한 수많은 고층 건물의 디자이너인 Skidmore, Owings &Merrill의 파트너인 Gottesdiener는 계속해서 "초고층 빌딩이란 무엇입니까? 멈추고, 서고, 목을 뒤로 기우는 모든 것입니다. , 그리고 올려다봐."

일부 관찰자들은 "스카이스크래퍼"라는 단어를 20층 이상의 건물에 적용합니다. 다른 사람들은 최소 50층 건물에 대한 기간을 예약합니다. 그러나 마천루는 100층 이상의 건물에 적합하다는 것이 널리 받아들여지고 있습니다. 102층에서 뉴욕의 엠파이어 스테이트 빌딩은 1,224피트(373m)에 이르고 건물 지붕 꼭대기의 가늘어지는 부분인 첨탑은 70m(230피트) 더 높아집니다. 전 세계에서 첨탑을 포함하여 300m가 넘는 건물은 25개뿐이지만 그 위로 솟아 있는 안테나는 제외됩니다.

세계에서 가장 높은 독립 구조는 캐나다 토론토에 있는 CN 타워로 높이가 1,815피트(553m)입니다. 텔레비전 안테나를 지원하도록 건설된 타워는 1,100피트(335m)에 위치한 레스토랑과 전망대를 제외하고 사람이 거주하도록 설계되지 않았습니다. 세계에서 가장 높은 점유 구조물은 첨탑을 포함하여 1,483피트(452m) 높이에 달하는 말레이시아 쿠알라룸푸르의 페트로나스 트윈 타워입니다. 시카고의 Sears Tower는 가장 높은 점유층을 자랑합니다. 110층의 지붕 높이는 443m입니다.

어떤 면에서 초고층 건물은 실용적이지 않습니다. 매우 높은 건물 하나보다 절반 높이 건물 두 개를 짓는 것이 더 저렴합니다. 개발자는 한 위치에서 엄청난 양의 공간을 차지할 테넌트를 찾아야 합니다. 예를 들어, Sears Tower는 450만 평방피트(415,000평방미터)를 둘러싸고 있습니다. 반면에 복잡한 도시의 개발자는 제한된 양의 사용 가능한 토지를 최대한 활용해야 합니다. 그럼에도 불구하고 극적으로 높은 건물을 짓는 결정은 일반적으로 경제성이 아니라 관심을 끌고 명성을 얻고자 하는 열망에 근거합니다.

연혁

19세기 후반에 여러 가지 기술 발전이 일어나 고층 건물 설계와 건설이 가능해졌습니다. 그 중에는 강철을 대량 생산할 수 있는 능력, 안전하고 효율적인 엘리베이터의 발명, 구조적 하중과 응력을 측정하고 분석하기 위한 개선된 기술의 개발 등이 있습니다. 1920년대와 1930년대에 전기 아크 용접과 형광등의 발명으로 초고층 빌딩 개발이 더욱 박차를 가했습니다.

전통적으로 건물의 벽은 구조를 지지했습니다. 구조가 높을수록 벽은 더 두꺼워져야 했습니다. 1891년 시카고에서 건설된 16층 건물의 바닥에는 1.8m 두께의 벽이 있었습니다. 철골 구조의 발명으로 매우 두꺼운 벽의 필요성이 제거되었습니다. 철골 구조는 단단한 철골이 건물의 무게를 지탱하고 외벽은 거의 커튼처럼 프레임에 매달려 있습니다. 이 디자인을 사용한 최초의 건물은 1885년 시카고에 지어진 10층짜리 주택 보험 회사 건물이었습니다.

1913년에 뉴욕시에 세워진 242m 높이의 Woolworth 빌딩은 처음으로 진정한 마천루의 모든 구성 요소를 결합했습니다. 그것의 강철 골격은 기반암(건물을 지지할 수 있을 만큼 충분히 강한 단단한 암석 층)까지 확장된 콘크리트 기둥에 지지된 기초에서 솟아올랐고, 그 프레임은 예상되는 바람의 힘에 저항하도록 버팀대를 받았으며, 고속 엘리베이터는 60층까지 특급 서비스를 제공합니다.

1931년, 엠파이어 스테이트 빌딩은 1,250피트(381m) 높이의 느낌표처럼 뉴욕시에 떠올랐습니다. 41년 동안 세계에서 가장 높은 사무실 건물로 남게 됩니다. 2000년까지 세계에서 6개의 다른 건물만이 이 높이를 초과할 것입니다.

원자재

철근 콘크리트는 고층 빌딩의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 콘크리트(물, 시멘트 가루, 자갈이나 모래로 구성된 골재의 혼합물)로 구성된 강철 막대(철근이라고 함) 격자 주위에 부어 건조된 콘크리트를 바람에 의한 굽힘 운동에 대해 강화합니다. 콘크리트는 본질적으로 압축력에 강합니다. 그러나 Petronas Towers의 막대한 예상 중량으로 인해 설계자들은 평소보다 두 배 이상 더 강한 새로운 유형의 콘크리트를 지정해야 했습니다. 이 고강도 재료는 일반적인 콘크리트 재료에 매우 미세한 입자를 추가하여 얻을 수 있습니다. 이 작은 입자의 증가된 표면적은 더 강한 결합을 생성했습니다.

초고층 빌딩의 또 다른 주요 원료는 철과 탄소의 합금인 강철입니다. 인근 건물은 종종 건설 활동 및 보급품 보관에 사용할 수 있는 공간의 양을 제한하므로 지정된 크기와 모양의 철골 빔이 배치에 필요한 대로 현장으로 전달됩니다. 배송 전에 빔은 석고와 질석 혼합물로 코팅됩니다. (열팽창되어 스펀지 같은 입자를 형성하는 운모) 부식과 열로부터 보호합니다. 각 빔이 제자리에 용접된 후 새 조인트에 동일한 코팅 재료가 분사됩니다. 그런 다음 알루미늄 호일로 덮인 유리 섬유 배팅과 같은 추가 절연 층을 빔 주위에 감쌀 수 있습니다.

콘크리트와 강철의 최상의 품질을 극대화하기 위해 고층 건물 건설에 종종 함께 사용됩니다. 예를 들어, 철골 보 주위에 콘크리트를 부어 지지 기둥을 형성할 수 있습니다.

고층 건물의 프레임을 덮기 위해 다양한 재료가 사용됩니다. "클래딩"으로 알려진 외벽을 형성하는 시트는 유리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속 또는 화강암, 대리석 또는 석회석과 같은 석조 재료로 구성될 수 있습니다.

디자인

설계 엔지니어는 건물에 대한 건축가의 비전을 구조적으로 건전하고 건설이 가능한 상세한 계획으로 변환합니다.

저층 건물을 설계하려면 자체 무게(고정 하중이라고 함)와 건물에 포함될 사람과 가구의 무게(활하중)를 지탱할 구조를 만드는 작업이 포함됩니다. 초고층 빌딩의 경우 바람의 측면력은 건물의 무게와 내용물보다 구조물에 더 큰 영향을 미칩니다. 설계자는 건물이 강한 바람에 넘어지지 않고 거주자에게 신체적 또는 정신적 불편을 줄 정도로 흔들리지 않도록 해야 합니다.

각 마천루 디자인은 독특합니다. 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있는 주요 구조 요소로는 비내력 커튼월 뒤에 숨겨진 강철 골격, 외벽을 형성하기 위해 클래딩 패널로 채워진 철근 콘크리트 골격, 중앙 콘크리트 코어(개방형 기둥)가 있습니다. ) 엘리베이터 샤프트 및 기타 기계적 구성 요소를 포함할 수 있을 만큼 충분히 크며 수평 빔으로 서로 및 코어에 연결된 건물 주변의 지지 기둥 어레이.

각 설계가 혁신적이기 때문에 제안된 초고층 건물의 모델은 풍동에서 테스트되어 강풍이 건물에 미치는 영향과 새 건물로 인한 바람 패턴이 주변 건물에 미치는 영향을 확인합니다. 테스트 결과 건물이 강한 바람에 심하게 흔들리는 것으로 나타났을 경우, 고층 건물 1층 디자인 및 6건물 프레임의 예. 설계자는 동작을 방해하거나 제한하는 기계 장치를 추가할 수 있습니다.

설계자는 상부 구조 외에도 사람들을 빠르고 편안하게 이동시키는 엘리베이터, 공기 순환 시스템 및 배관과 같은 적절한 기계 시스템을 계획해야 합니다.

건설 과정

각 마천루는 지질 및 기후와 같은 요인에 의해 부과된 물리적 제약을 준수하고 세입자의 요구를 충족하며 소유자와 건축가의 미적 목표를 충족하도록 설계된 고유한 구조입니다. 각 건물의 건설 과정도 독특합니다. 다음 단계는 가장 일반적인 건설 기술에 대한 일반적인 아이디어를 제공합니다.

하위 구조

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1 건설은 일반적으로 기초를 지지할 구덩이를 파는 것으로 시작됩니다. 구덩이의 깊이는 기반암이 얼마나 아래에 있는지와 건물의 지하층 수에 따라 다릅니다. 주변 토양의 이동을 방지하고 기초 부지 주변의 물을 차단하기 위해 구덩이를 파기 전에 격막 벽을 건설할 수 있습니다. 이것은 계획된 구덩이 주변에 깊고 좁은 도랑을 파서 수행됩니다. 도랑을 파면 벽이 무너지는 것을 방지하기 위해 슬러리(물 점토)로 채워집니다. 트렌치 섹션이 원하는 깊이에 도달하면 철근 케이지가 그 안으로 내려갑니다. 그런 다음 콘크리트가 트렌치로 펌핑되어 더 가벼운 슬러리를 대체합니다. 슬러리는 회수되어 트렌치의 다른 섹션에서 다시 사용됩니다.

2 어떤 경우에는 기반암이 지표면 가까이에 있습니다. 기반암 위의 흙을 제거하고 기반암 표면을 충분히 제거하여 건물의 기초를 건설할 수 있는 매끄럽고 평평한 플랫폼을 형성합니다. 기초(건물의 지지 기둥이 고정될 수 있는 구멍)는 기반암에 발파되거나 천공됩니다. 강철 또는 철근 콘크리트 기둥이 기초에 배치됩니다.

3 기반암이 매우 깊으면 말뚝(수직보)이 기반암에 묻힐 때까지 토양을 통해 매몰됩니다. 한 가지 기술은 상단에 무거운 중량을 반복적으로 떨어뜨려 강철 말뚝을 제자리에 고정시키는 것입니다. 또 다른 기술은 샤프트를 토양과 기반암에 드릴로 뚫고 강철 보강봉을 삽입한 다음 샤프트를 콘크리트로 채우는 것입니다.

A. 격막 벽. B. 기초. C. 초고층 건물을 위한 기초의 한 유형은 기초를 지면에 고정하기 위해 강철 말뚝을 사용합니다. D. 콘크리트 타설의 슬립폼 공법.

4 지지 기둥 위에 철근 콘크리트 기초 플랫폼을 붓습니다.

상부 구조 및 핵심

마천루 건설이 진행되면 구조의 여러 단계에 대한 작업이 동시에 진행됩니다. 예를 들어, 지지 기둥이 몇 층 높이일 때 작업자는 낮은 층을 위한 바닥을 만들기 시작합니다. 기둥이 높이 올라갈수록 바닥재 작업도 높은 층으로 이동하고 마무리 작업은 가장 낮은 층에서 작업을 시작합니다. 이러한 단계를 겹치면 시간을 가장 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 건설 중에 구조가 안정적으로 유지되도록 합니다.

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5 건물에 철골 기둥과 가새를 사용하는 경우 각 보를 크레인으로 들어올려 제자리에 고정합니다. 처음에는 크레인이 바닥에 앉습니다. 나중에 강철 골격 자체의 가장 높은 기존 레벨에 배치될 수 있습니다. 숙련된 작업자가 빔의 끝 부분을 볼트로 고정하거나 용접합니다(리벳은 1950년대 이후로 사용되지 않음). 그런 다음 빔은 화재 발생 시 과열되거나 약해지는 것을 방지하기 위해 절연 재킷으로 싸여 있습니다. 일부 건물의 대체 열 보호 수단으로 강철 빔은 속이 빈 튜브로 구성됩니다. 상부 구조가 완성되면 튜브에 물이 채워지며 건물의 수명 기간 동안 지속적으로 순환됩니다.

6 콘크리트는 건물의 코어를 구성하는 데 자주 사용되며 지지 기둥을 구성하는 데 사용할 수도 있습니다. "슬립 성형"이라는 기술이 일반적으로 사용됩니다. 원하는 모양의 나무 형태가 수직 막대를 잡는 등반 잭에 연결된 강철 프레임에 부착됩니다. 인부들이 나무 거푸집보다 더 높은 철근 부분을 준비합니다. 그런 다음 그들은 형태에 콘크리트를 붓기 시작합니다. 콘크리트가 타설되면 클라이밍 잭이 거푸집을 천천히 지속적으로 올립니다. 콘크리트 혼합물의 구성과 상승률은 거푸집이 위로 올라오기 전에 거푸집의 낮은 범위에 있는 콘크리트가 굳어지도록 조정됩니다. 프로세스가 계속됨에 따라 작업자는 거푸집 위로 확장되는 강화 강철 그리드를 확장하고 등반 잭이 잡는 수직 막대에 확장을 추가합니다. 이러한 방식으로 전체 콘크리트 기둥은 접합부가 없는 연속적인 수직 요소로 구축됩니다.

7 철골 건물에서 바닥은 수평 가새의 층으로 구성됩니다. 다른 건물 설계에서 바닥은 건물의 코어 및/또는 지지 기둥에 부착된 수평 강철 빔으로 지지됩니다. 강철 데크(얇고 주름진 강철 패널)를 보 위에 놓고 제자리에 용접합니다. 약 2-4인치(5-10cm) 두께의 콘크리트 층을 데크에 부어 바닥을 완성합니다.

엠파이어 스테이트 빌딩.

엠파이어 스테이트 빌딩은 최고층 빌딩 경쟁을 끝내기 위한 것이었다. 맨해튼 거리에서 1,250피트(381m) 높이의 102층을 세우는 것이었습니다. 개발자인 John J. Raskob과 Pierre Samuel Du Pont는 전 뉴욕 주지사인 Alfred E. Smith와 함께 1929년 8월에 세계에서 가장 높은 건물을 짓겠다는 계획을 발표했습니다. 그들은 William F. Lamb가 수석 디자이너로 있는 프로젝트에 건설 회사인 Starrett Brothers and Eken과 건축 회사인 Shreve, Lamb, Harmon을 선택했습니다. 5층 위의 거리에서 뒤로 물러난 다음 1,000피트(305m) 이상 중단 없이 86층으로 솟아오릅니다. 외부는 석회암과 화강암으로 이루어져 있으며 수직 크롬-니켈-강 합금 기둥이 6층에서 상단까지 연장되어 있습니다. 건물에는 67개의 엘리베이터와 6,500개의 유리창이 있으며 꼭대기에는 비행선용 200피트(61m) 계류 마스트가 있습니다.

엠파이어 스테이트 빌딩은 예정보다 12일 앞당겨진 1931년 4월 11일에 완공되어 1931년 5월 1일에 공식 개장했습니다. 엠파이어 스테이트 빌딩은 역사상 가장 높은 빌딩으로 자리 잡았으며 40년 이상 이 타이틀을 유지했습니다. 엠파이어 스테이트 빌딩의 높이를 능가하는 세계 무역 센터의 1,348피트(411m) 높이의 쌍둥이 빌딩이 완성된 1972년이 되어서야 이루어졌습니다. 세계 무역 센터는 1974년 시카고의 Sears Tower가 제치고 1,453피트(443mj)의 높이로 세계에서 가장 높은 건물이 되었습니다.

외관

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8 대부분의 고층 건물에서 구조물과 그 내용물의 무게는 지지 기둥과 건물의 코어에 의해 지탱됩니다. 외벽 자체가 구조물을 둘러쌀 뿐입니다. 유리, 금속 및 석재와 같은 재료의 패널을 건물의 프레임워크에 부착하여 구성됩니다. 일반적인 기술은 바닥 슬래브 또는 지지 기둥에 고정된 꺾쇠 괄호에 볼트로 고정하는 것입니다.

마무리

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9 건물의 한 층을 외벽으로 둘러싸면 내부 마감이 완료된 것입니다. 여기에는 전선, 전화선, 배관 파이프, 내벽, 천장 패널, 욕실 설비, 조명 설비 및 화재 진압용 스프링클러 시스템과 같은 요소의 설치가 포함됩니다. 여기에는 엘리베이터 및 공기 순환, 냉방 및 난방 시스템과 같은 기계 구성 요소의 설치도 포함됩니다.

10 상부구조물 전체가 완성되면 지붕을 설치하여 건물의 상부를 마감한다. 이것은 바닥과 매우 유사하게 지은 다음 고무 또는 플라스틱 층으로 방수 처리한 다음 매력적인 내후성 타일 또는 금속 층으로 덮을 수 있습니다.

품질 관리

품질 관리를 보장할 때 다양한 요소가 고려됩니다. 고층 건물의 거대한 규모로 인해 바닥에서 작은 위치 오류가 지붕까지 확장될 때 확대됩니다. 일반 측량 장비 외에도 GPS(Global Positioning System) 센서 및 항공기 폭탄 조준경과 같은 특이한 장치를 사용하여 구조 부재의 배치 및 정렬을 확인할 수 있습니다.

건설 현장 주변의 토양 센서는 건설 활동으로 인한 예상치 못한 흙 움직임을 감지하는 데 사용됩니다.

부산물/폐기물

기초 구덩이와 지하층을 굴착하려면 엄청난 양의 흙을 제거해야 합니다. 1970년대 초 뉴욕에 110층짜리 세계 무역 센터 타워가 건설되었을 때 1백만 입방 야드(765,000입방 미터) 이상의 흙과 암석이 제거되어 허드슨 강에 버려져 23.5에이커(95,100제곱미터)를 만들었습니다. ) 나중에 또 다른 마천루가 건설된 새로운 땅.

미래

기존 높이 기록을 깨는 몇 가지 새로운 고층 빌딩에 대한 계획이 개발되었습니다. 예를 들어 시카고의 7 South Dearborn Street에 있는 108층 건물은 2004년까지 완공될 예정이며 높이는 473m입니다. 43에이커(174,000제곱미터)의 밀폐된 공간이 200피트(61m) 제곱에 불과합니다.

1956년 미국 건축가 Frank Lloyd Wright는 100,000명이 일할 수 있는 1.6km 높이의 초고층 빌딩 계획을 발표했습니다. 1991년, 또 다른 미국 건축가인 Dr. Eugene Tsui는 1,000,000명의 사람들에게 생활, 작업 및 레크리에이션을 위한 공간을 제공할 2마일(3,220m) 높이의 건물을 설계했습니다. 이러한 건물은 이론적으로 건설할 수 있지만 현재는 비실용적입니다. 예를 들어, 인간의 편안함 수준은 엘리베이터 속도를 3,000피트/분(915m/분) 이하로 제한합니다. Wright가 제안한 구조에서 일하는 100,000명의 사람들을 수용하기 위해 엘리베이터 샤프트의 수는 건물 면적의 너무 많은 부분을 차지했을 것입니다.

엘리베이터 기술의 개선은 미래의 고층 건물 설계에 중요할 것입니다. 수직뿐만 아니라 수평으로 움직이는 자체 추진 케이블 없는 엘리베이터 카가 제안되었지만 아직 개발 중입니다. 퍼지 논리를 사용하는 컴퓨터화된 차량 배차 시스템은 목적지가 서로 가까운 승객을 그룹화하여 사람들을 보다 효율적으로 운송하도록 개선될 수 있습니다.