• 건설재료 절감을 위한 최적설계

  건설분야의 경제적 측면은 재료의 절감이며 그 기초가 되는 것은 건축설계 단계 가운데 구조해석과 구조설계 단계이다. 특히 초고층 공사의 경우 구조분야의 최적설계를 통한 부재 단면의 최소화는 경제적 측면에 지대한 영향을 미친다. 그럼에도 불구하고 구조설계는 재료가 갖는 자체의 안전율과 시공성 등을 우려한 나머지 과다 설계로 이어지는 경우가 적지 않았다.
  이제는 구조설계의 일반적인 안전율 감각에서 벗어나 최적설계에 관심을 기울여야 한다. 구조분야 최적설계의 핵심은 층별 조닝과 층수 증가에 따른 콘크리트 강도와 부재 단면적의 점진적 최소화의 완성을 의미한다.

  주요재료 콘크리트의 환경부하

  콘크리트 강도 변화와 부재 단면 축소에 따른 재료 절감은 환경적 측면에서 보면 경제적 측면의 효과를 훌쩍 넘어선다. 콘크리트의 재료 절감은 이산화탄소 발생에 의한 환경부하의 감소와 직결된다. 콘크리트가 외력에 저항하는 구조부재의 중추적 역할을 하는 것은 분명한 사실이지만 콘크리트의 주원료인 시멘트는 그 제조 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하기 때문이다.
  시멘트 제조산업은 현재 세계적으로도 집약적 탄소발생 산업으로 알려져 있으며, 레미콘의 주 원료가 되는 시멘트는 원료 채취와 정제, 가공 및 배합 등 제조과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량이 건축 대표자재 가운데 그 순위가 매우 높다.
  공동주택의 건설단계 공종 중 건축공사에서 이산화탄소 배출량이 가장 많은 자재는 철근 > 레미콘 > 합판 > 콘크리트 순으로 전체공사 이산화탄소 발생량의 약 80% 이상을 차지한다. 이는 일반 공동주택과 초고층 공동주택에서 유사하게 나타나고 있다.

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  [그림1] 건축공사 대표자재 이산화탄소 발생량

구조설계의 최적화 요소기술

콘크리트 부재의 단면을 축소하는 기술은 콘크리트의 강도 변화에 있다. 공동주택의 구조해석에 있어서 콘크리트의 강도는 층수 변화에 따른 고강도 콘크리트의 선택적 적용을 통해 단면의 최적화를 모색할 수 있는데, 이는 설계과정에서 건축사와 구조기술사의 상호협력에 의한 구조해석의 반복적인 시행착오를 통해 충분한 실현이 가능하다. 이와 같은 구조부재의 단면 축소는 콘크리트의 주재료인 레미콘 절감에 따라 철근의 양 또한 자동적으로 동반 절감하는 효과를 유발한다. 특히 철근의 이산화탄소 배출량은 건축 대표자재 가운데 가장 높은 최상위에 위치해 환경부하에 미치는 영향이 결코 적지 않다.
또한 건축계획 상 콘크리트 부재 단면의 축소는 공동주택의 세대 내부에 구조 응력상 불필요한 구조벽체를 완벽하게 제거할 수 있는 이점이 따른다. 벽량의 감소와 동시에 가변형 건식벽체로 대체해 세대 내부의 공간계획을 탄력적으로 구현할 수 있다.
결국 구조벽체의 벽량감소 효과는 재료의 생산이나 제조, 운송과정 그리고 공사 공종별 투입되는 부수적 재료의 절감으로 이어지게 되며, 이로 인한 환경부하의 저감 효과는 공기 중에 이산화탄소의 비중을 현저하게 낮출 수 있다.
따라서 건설공사 주요재료를 대상으로 하는 환경부하 저감을 위한 구조설계의 최적화 요소 기술은 경제적 측면에서 건설재료의 절감은 물론 공사기간을 현저히 단축할 수 있으며, 환경적 측면에서도 인체의 위해 요소를 사전에 방지함과 동시에 주거생활 전반에 실용적이며 유용한 공간을 할애하는 등 다양한 편익을 제공한다. 환경부하 저감을 위한 노력은 이제 건설 주요재료의 절약 정도로만 해결할 수 없다는 점을 필수적으로 인지해야 한다.

• 일반 공동주택

  

• 초고층 공동주택

  

Mpa : 메가파스칼, 콘크리트 강도를 나타내는 단위

[그림2] 공동주택의 층별 콘크리트 강도변화