­부산 제2롯데월드를 중심으로(The Focus on Busan Lotte World 2 Project)­

1. 서론
부산 제2롯데월드 프로젝트는 2000년 11월 건축허가를 득하여 지하 6층과 지상 1백7층 규모, 높이 4백94미터의 초고층 타워와 복합 시설물 건축으로 진행되고 있다.
초고층 타워가 위치하는 해면부 부지 매립(공유수면 매립)에 의한 대지면적 증가로 인해 호텔과 백화점, 위락 관람시설 및 오피스로 이루어지는 복합 시설물들의 배치 계획을 전반적으로 수정 중에 있다. 현재 1단계 1차 구간의 굴착공사가 진행 중에 있으며, 대체부두 시행 허가를 득했고 지구단위 계획 변경 및 설계 변경이 진행되고 있다.
본 고에서는 바다로 향한 부지에 계획되어 있는 초고층 타워 설계에 중점을 두어 부산 제2롯데월드 프로젝트를 소개하고자 하며, 공사현황 및 설계 개요에 대해 중점적으로 소개하고 진행 중인 내화성 초고강도 콘크리트 연구에 대해 소개하고자 한다.

2. 프로젝트 개요
본 건축물은 지상 1백7층 초고층부의 호텔, 10층의 백화점, 8층의 연회장 및 영화관과 지하층 엔터테인먼트 공간, 지하 6층의 지하 주차장과 기타 부속공간으로 구성되어 있다.

2.1 프로젝트 개요
(1) 공사명 : 부산 제2롯데월드 신축공사
(2) 발주처 : 롯데쇼핑(주) 60%, (주)호텔롯데 40%
(3) 감리단 : 총괄(범건축), 토목(시지이엔씨)
(4) 설계사 : 건축설계(PDI : Parker Durrant International, 범건축) / 구조설계(MKA : Magnusson Klemencic Associates, 창 민우구조건설턴트)
(5) 건축개요(<0AC73> [표 1] 참조)
(6) 시설물 현황 : 부산 제2롯데월드에는 판매시설, 호텔, 위락 및 관람시설을 비롯해 업무시설에 이르기까지 다양한 시설물이 계획되어 있다. 각 시설별 면적 개요 및 층별 시설물 개요를 [표 2]에 나타냈다.
(7) 기대 효과(<0AC73> [표 3] 참조)
(8) 시설물 배치현황(<0AC73> [그림 2] 참조)

2.2 프로젝트 추진 경위
프로젝트 추진 경위는 현재 공유수면 매립을 완료하고 증가된 대지면적에 대한 지구단위계획 변경을 추진하고 있으며, 2008년말 1차 오픈과 2013년말 2차 오픈을 예정으로 진행 중에 있다.

2.3 현행 공사 개요(토목공사)
부지 면적 12,347평(매립지 3,116평 포함)에 연면적 167,329평인 이 건축물은 현재 1단계 흙막이 공사(2001. 12 ~ 2005. 3)를 마치고 1단계 굴토 공사(2005. 1 ~ 2005. 12) 중이다.

2.4 가시설 적용 현황
토공 현장의 흙막이 가시설 도면을 참고하면 [그림 3]에서와 같이 우측 일부구간에 편심압력이 발생하는 구간이 있어 SPS 공법(Strut as Permanent System Method)을 적용하는 가시설 설계를 적용하고 있다.
SPS 레이 아웃은 격자 모양의 철골 프레임과 사선 브레이스 부재들로 이루어지며 지점 부분은 H-Pile Earth Anchor, Slurry Wall에 의해 형성된다.

3. 구조 설계 개요
부산 제2롯데월드 프로젝트는 공유수면 매립에 의한 대지면적 증가와 이에 따른 연면적 증가, 최고 높이의 상향 조정 및 원안보다 더욱 세장한 건축물로 진행되고 있다.
따라서 이에 대한 구조적 해결방안으로 ①<1/3>구조 재료로써 고강도 콘크리트(Max. 85MPa) 적용, SWS 490A TMCP강 사용 ②<1/3>구조 시스템으로써 CFT Mega Column을 사용한 시스템 적용 ③<1/3>횡변위 제어를 위해 최상부층 TLMD(Tuned Liquid Mass Damper)의 적용을 주요 방안으로 해 초고층 건축에 따라 발생할 수 있는 기동 부등 축소량의 해석, 시공단계별 하중 검토, 별도 감쇄장치의 고려, 근간에 사용성 문제로 대두되고 있는 바닥 진동에 대한 해석에 주안점을 두고 설계를 진행 중에 있다.

3.1 타워부 구조 시스템
(1) 세장비(Aspact Ratio)
원안은 건물 평면 형태가 좌우 대칭의 형태로 장 단면이 같은 53.7미터로 세장비가 약 8인 건축물이었으나 변경안은 타원형의 형태로 단변의 길이가 47.76미터로 단변 세장비 약 10이고 장변의 길이가 74.4미터로 장변 세장비 약 6.6으로 단변이 매우 세장한 건축물이다.
(2) 횡력 저항구조
[표 4]에서와 같이 타워 구조 시스템의 개념을 살펴볼 수 있는데, 변경 전 SRC 기둥(Mega Column)에서 CFT 기둥(Mega Coulmn)으로 변경됐고, 아웃리거의 설치 위치 및 개수 변화가 있다.

3.2 구조물 횡변위 검토 결과
(1) 주기(Seconds)
변경 전의 건물은 좌우대칭으로 8.5초 내외로 비슷하나 변경 후의 평면은 타원형의 형태로 장변과 단변의 주기 차이를 보이고 있다.
(2) 건축물 최대 변위
건축물 최대 변위를 해석한 결과 변경 전과 비교해 변경 후의 값이 단변 방향으로 매우 큰 변위값을 가지고 있음을 알 수 있다.
(3) 검토 결과
최대 횡변위 검토 결과 변경 전이나 변경 후 모두 제진장치의 설치가 필요한 것을 알 수 있으며 현재 수동형과 능동형 감쇄장치 중 MKA TLMD(Tuned Liquid Mass Damper) 사용을 제안하고 있다.

4. 내화성 초고강도 콘크리트 적용 연구
초고층 건축물 프로젝트 적용을 목표로 초고층 빌딩용 내화성 초고강도 콘크리트 개발이라는 연구명으로 적용 연구를 진행 중에 있다.

4.1 초고강도 콘크리트 개발 실험 결과
콘크리트 압축강도 60~150MPa 규격별 대표 배합비를 산출하기 위해 [그림 6]에서 보는 바와 같은 압축강도 시험을 배합비를 조절하면서 반복 실시했다.
4.1.1 콘크리트 압축강도 60~80MPa 대표 배합 산출 결과
콘크리트 압축강도 60~80Mpa의 고강도 콘크리트의 배합 설계 지침을 만들기 위해 모르터 시험을 이용한 시멘트 결합재 특성을 미리 파악한 후 물, 시멘트 결합재비(W/B)를 결정했다. W/B비에 따라서 시멘트 결합재 양을 산출하고 적정 배합비를 실험을 통해 구한 결과는 [표 5]와 같다.
(1) 시멘트 결합재 양 : 650kg
(2) 시멘트 결합재 비율 : 시멘트 : 고로슬래그 : 실리카흄 = 65~70 : 30 : 0~5
(3) 물-시멘트 결합재 비 : 24~28%
(4) 잔골재율 : 39~44%
(5) 굵은 골재 최대 치수 : 19mm
(6) 고성능 감수제 : B × 1.5%
4.1.2 콘크리트 압축강도 100~120MPa 대표 배합 산출 결과
콘크리트 압축강도 100~120MPa의 고강도 콘크리트의 배합설계 지침을 만들기 위해 모르터 시험을 이용한 시멘트 결합재 특성을 미리 파악한 후 물, 시멘트 결합재비(W/B)를 결정했다.
W/B비에 따라서 시멘트 결합재 양을 산출하고 적정 배합비를 실험을 통해 구한 결과는 [표 6]과 같다.
(1) 시멘트 결합재 양 : 750kg
(2) 시멘트 결합재 비율 : 시멘트 : 고로슬래그 : 실리카흄 = 60 : 30 : 10
(3) 물-시멘트 결합재 비 : 20%
(4) 잔골재율 : 35%
(5) 굵은 골재 최대 치수 : 19mm
(6) 고성능 감수제 : B ×2.0%
4.1.3 콘크리트 압축강도 150MPa 대표 대합 산출 결과
콘크리트 압축강도 150MPa의 고강도 콘크리트의 배합설계 지침을 만들기 위해 모르터 시험을 이용한 시멘트 결합재 특성을 미리 파악한 후 물, 시멘트 결합재비(W/B)를 결정했다.
W/B비에 따라서 시멘트 결합재 양을 산출하고 적정 배합비를 실험을 통해 구한 결과는 [표 7]과 같다.
(1) 시멘트 결합재 양 : 900~1,000kg
(2) 시멘트 결합재 비율 : 시멘트 : 고로슬래그 : 실리카흄 = 60 : 30 : 10
(3) 물­시멘트 결합재 비 : 17%
(4) 잔골재율 : Around 35%
(5) 굵은 골재 최대 치수 : 19mm
(6) 고성능 감수제 : B ×2.7%
4.1.4 내화성 초고강도 콘크리트 시험 타설 계획
위와같이 각 콘크리트 강도 규격별로 산출된 배합비를 이용해 실제 프로젝트의 적용성을 확인하기 위해 청계천 재개발 구역의 롯데건설(주) 황학동 현장에 10월중 시험 타설을 해 실용성을 시험할 계획으로 진행 중에 있다.

4.2 내화성 초고강도 콘크리트 개발 실험 계획
고강도 콘크리트이 경우 화재와 같은 열화를 입을 경우 표면이 박락되어 내화력을 상실하게 되므로 대형사고가 우려된다. 또한 고강도 콘크리트일수록 폭열 현상에 나타나는 등 내화성이 압축강도 및 연성효과와 더불어 요구되는 주요 성능이므로 이에 고강도 콘크리트에 대한 내화성을 향상시킨 제품 개발이 필수적이다.
내화성 시험은 [그림 7]과 같이 실시할 예정에 있으며 기존의 PP 외에 PVA, EVA를 첨가 배합해 내화성능을 시험할 예정이다.