['건설 코리아' 우리가 주역]포스코, 내진설계 최고 기술력…세계가 인정

칠레 벤타나스 석탄화력발전소…지난 2월 발생한 강진에도 거뜬

포스코건설(부회장 정동화)의 건축 기술력이 국내외를 넘나들며 빛을 발하고 있다.

특히 포스코건설은 내진·제진설계 분야에서 타의 추종을 불허하는 기술력을 자랑한다. 칠레·아이티를 비롯해 이웃나라 일본에서도 강진으로 큰 피해를 입은 가운데 포스코건설은 최고 수준의 내진·제진설계를 적용해 건축물의 안전성 확보에 나서고 있다.

일례로 포스코건설이 2010년 1월에 준공한 칠레 벤타나스 석탄화력발전소는 리히터(Richter)규모 7.0의 강진에도 견딜 수 있는 내진설계를 적용함으로써 같은 해 2월에 발생한 칠레 지진에 피해를 입지 않았다.

▲송도 더샵 퍼스트월드.

◇ 최첨단공법 TLCD 적용해 미세 진동까지 감지 = 포스코건설은 인천 송도국제도시의 주상복합 아파트인 더샵 퍼스트월드에 건물의 흔들림을 제어할 수 있는 특수한 제진시스템을 설치했다.

제진시스템이란 지진이나 강풍발생 시 특별한 장치를 사용해 에너지를 흡수함으로써 건물내부에 발생할 수 있는 진동을 최소화하는 장치로 무거운 물체를 감쇠장치로 이용하는 동조질량감쇠방식(TMD: Tuned Mass Damper)과 액체를 감쇠장치로 이용하는 동조액체감쇠방식(TLD: Tuned Liquid Damper)이 있다.

더샵 퍼스트월드에는 TLD 중에서도 TLCD(Tuned Liquid Column Damper)로 불리는 기술이 적용됐다. 이 제어기술은 U자형 관 형태의 물기둥 통로가 있는 액체탱크를 조정해 진동을 제어한다. 현재 더샵 퍼스트월드 상층부에는 약 650톤 규모의 U자형 물탱크가 설치돼 있다.

초고층 건물의 특성상 지진 또는 강한 바람이 불어올 때 건물은 좌우로 심하게 흔들리게 된다. 이때 건물의 최상부에 설치된 탱크 내 액체는 관성의 법칙에 따라 건물과 반대방향으로 움직이며 무게중심을 잡아줘 건물의 흔들림을 최소화한다.

TLCD는 지난 2004년 완공된 52층 높이의 뉴욕 랜덤하우스 등 해외에서도 일부 초고층 건물에만 적용됐을 정도로 최첨단 공법이다. 지난 2009년 포스코건설은 몇 년간에 걸친 실물 시험 및 제어 신뢰도 테스트를 통해 건물의 흔들림을 측정하고 태풍뿐만 아니라 건물의 미세한 진동까지도 감지하는 기능을 갖춘 TLCD 개발에 성공했다.

▲칠레 벤타나스 석탄화력발전소

◇초고강도 콘크리트로 초고층 건물 안전성 확보 = 포스코건설은 초고층 건물의 안전성을 확보하고자 초고강도 콘크리트 개발에도 적극 나서고 있다. 초고강도 콘크리트는 바람과 지진에 대한 저항을 줄이는 한편, 건물의 두께를 얇게 해 공간의 활용도를 증대시킨다.

포스코건설이 개발한 초고강도 콘크리트는 국내 최고 수준인 250MPa급이다. 한일시멘트, 레미콘 제조업체인 렉스콘과 공동 개발해 한국건자재시험연구원의 시험을 거친 250MPa급 초고강도 콘크리트는 1㎡당 2만5000톤 이상의 무게를 견딜 수 있다. 이는 13톤 무게의 장갑차 1900대를 떠받칠 수 있는 수준이다.

또한 포스코건설은 지난 2009년 세계 최고인 설계기준강도 200MPa급 초고강도 콘크리트 내화성능 인증을 일본 총합시험소에서 취득했다.

초고층 건물에 적용되는 고강도 콘크리트는 화재 발생시 내부 수증기가 빠져 나오지 못해 일순간 터져버리는 폭렬현상이 발생한다. 이로 인해 철근 내력이 약해져 건물이 붕괴될 가능성이 높아진다.

이에 포스코건설은 기존의 건식 내화보드를 이용한 폭렬 방지공법인 PFB(POSCO E&C Fire Board) 뿐만 아니라, 섬유 혼입 초고강도 콘크리트를 개발하고자 약 2년간 연구를 수행해왔다.

그 과정에서 쌍용양회의 고강도 콘크리트용 결합재 기술과 코오롱의 섬유보강 분산제가 코팅된 폴리아미드 섬유를 접목해 시공성 및 폭렬방지 성능을 대폭 향상시켰다.

◇내력·내화성 강화된 CFT 개발 = 포스코건설은 지난 7월 초고강도 800MPa 강관 및 100MPa 콘크리트를 활용, 내력(하중을 견디는 힘)과 내화성능(불에 잘 견디는 성능)이 한층 강화된 CFT(Concrete Filled Steel Tube)를 개발했다. CFT는 강관 내부에 콘크리트를 채운 형태로 건축물의 뼈대 역할을 한다.

포스코건설과 포항산업과학연구원이 공동으로 개발한 이 기술은 기존 CFT 기술대비 내력은 300% 이상, 내화성능은 2배 이상 향상된 구조다.

일반적으로 고강도 CFT는 지진, 바람 등 외부 영향으로부터의 구조적 안정성이 우수해 초고층 건축물에 많이 활용된다. 하지만 고온에서 폭발하는 단점이 있어, 내화피복을 CFT 표면에 덧입히는 추가공사가 필요했다. 하지만 이 기술은 별도의 내화피복 시공이 필요 없어, 안전성은 물론 공기단축 및 원가절감 효과를 낼 수 있다.

이번 개발기술에 대한 건설기술연구원의 시험결과, 1000도 이상의 고온과 1000톤의 하중을 견디는 상황에서 2시간 동안 안전성을 유지했다.

포스코건설은 연구를 계속해 올해 안에 3시간 동안 내화성능을 유지하는 초고강도 CFT를 개발할 계획이며 내년부터 포스코건설이 시공하는 초고층빌딩에 적용할 예정이다.