세계무역센터 빌딩 붕괴 원인 및 고찰

소개글

세계무역센터 빌딩 붕괴 원인 및 고찰에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차
1. 시작하기에 앞서

2. 항공기 테러에서 건물붕괴에 이르기까지의 상황

3. 세계무역센터 건물의 개요

4. 붕괴의 원인분석
4.1 외부 충격에 견딘 세계무역센터
4.2 항공유의 연소에 의한 급격한 온도 상승
4.3 붕괴의 시작은 수평부재
4.4 두 번째의 붕괴는 내부 기둥
4.5 층붕괴가 시작되면 도미노처럼 차례차례 무너져 내린다
4.6 47층의 타워7의 붕괴 추정

5. 우리나라의 고층건물

6. 세계무역센터 붕괴 이후의 초고층건물 구조설계동향
6.1 세계무역센터 붕괴 이후 구조 설계
6.2 세계무역센터 붕괴 이후 설계 사례
6.2.1 Two International Finance Centre
6.2.2 FreedomTower

7. 과제를 마치면서

▣ 참고문헌

본문내용

층 건축물의 구조설계동향을 살펴보고자 한다.
현재 현수작용(catenary action)과 관련된 접합부와 이 부분의 연성에 관한 문제를 검토하고 있다. 또한 연속붕괴의 발생가능성이 낮은 반면 재앙적인 결과를 초래하므로 실제적으로 수용이 가능한 위험도 저감을 고려하고 있다. 보고에서 언급된 부가적인 관심사로 손상된 구조물의 남아있는 안정성을 평가하기 위한 적절한 하중, 내진 및 내풍 설계가 건물의 연속붕괴에 미치는 영향, 구조적 손상의 허용범위, 기둥제거 위치 및 재료별 상세 등이 언급되고 있다.
6.2 세계무역센터 붕괴 이후 설계 사례
6.2.1 Two International Finance Centre
홍콩에 위치한 Two International Finance Centre(이하 2IFC)는 지상 88층(높이 440m)의 초고층 오피스 건물로 2003년 완공되었다. 뉴욕 911 테러 발생당시 2IFC 타워는 33층까지 건설되고 있었다. 2IFC 타워가 세계무역센터(415m, 417m)와 거의 같은 높이이기 때문에 테러에 대한 우려가 제기되었다. 이 때 구조설계를 수행한 Ove Arup & Partner는 4주간 화재, 위험도, 안전성, 구조분야의 전문가들과 함께 2IFC 타워의 안전에 대하여 기존 설계를 검토하였다. 여기서는 연속붕괴검토에 대하여만 언급하겠다.
70층 이상의 많은 고층건물은 일반적으로 철근콘크리트 코어와 외주골조로 구성된다. 일반적으로 이러한 구조물은 횡력에 효율적으로 저항하기 위하여 외주튜브(Perimeter Tube), 외주모멘트골조(Perimeter MomentFrame), 아웃리거(Outrigger), 아웃리거+메가컬럼(Outrigger+Megacolumn), 메가골조(Megaframe)와 같은 구조시스템이 사용된다. 이러한 구조시스템은 구조적 여유도를 갖고 있어 예를 들어 중요한 수직부재가 소실되었을 때, 중력하중과 횡력이 재분배시킬 수 있는 안정적이며 새로운 하중전달 매카니즘이 형성된다. 따라서 고층건물의 건전성을 평가하기 위하여 중요한 수직부재요소가 소실되었을 경우를 구조적으로 검토하여야 한다.
2IFC의 구조시스템은 중앙코어, 합성골조 그리고 아웃리거 트러스로 구성된다. 합성메가기둥은 갑작스런충돌에도 안전하게 거동하며 동시에 큰 저항력을 제공하며, 중앙부에 위치한 콘크리트 코어는 피난 시 안전한 대피로를 제공한다. 또한 코어벽체는 특히 집중 파괴(손상) 상황에서 안전과 하중의 재분배 역할을 한다.
건물의 구조적 일체성을 확보하기 위한 기본은 힘의 전달에서 중요한 부재 자체의 일체성을 확보하고 중요한 부재가 제거된 상황에서 발생하는 하중을 적절하게 저항할 수 있는 기존 하중전달경로를 대체할 새로운 경로가 존재하여야 한다. 2FC에서는 아웃리거가 이러한 역할을 수행하며, 저층부의 외부 메가기둥이 2개가 없어지는 경우를 가정했을 때, 하부 기둥이 없어진 상부층의 메가기둥은 중력하중을 상부 아웃리거에 매달림으로써 전달하고, 아웃리거는 캔틸러버와 같이 작용한다. 그리고 이 때 발생한 하중은 아웃리거를 통하여 전단벽으로 전달되며, 기존의 하중전달과 다른 새로운 하중전달경로가 확보된다. 조사결과 2IFC 타워의 기존 구조형식과 계획은 잠재적인 건물 붕괴에 대해 안전성을 가짐을 알 수 있었다. 따라서 2IFC 타워는 별도의 설계 변경 없이 시공이 계속되었다.
메가기둥제거에 따른 대체하중경로
바닥시스템의 연성과 초과강도 확보를 위한 상세
구조시스템 이외에도 바닥의 철골보 제거시 슬래브의 초과강도 및 연성을 확보하기 위한 그림 6과 같이 슬래브 상부주근이 콘크리트 코어 안에 정착되는 상세가 적용되었다.
6.2.2 FreedomTower
9·11 테러가 발생한 지 6년이 지난 지금 세계무역센터가 무너진 자리에 2011년 완공을 목표로 프리덤 타워(Freedom Tower, 84층, 541m)라는 새로운 초고층 오피스 빌딩이 세워지고 있다. 프리덤 타워의 테러에 대한 위험도를 분석한 결과 서쪽 도로에 인접한 타워가 폭탄차량에 취약한 것으로 제기되었다. 따라서 이를 대비하기 위하여 프리덤 타워를 도로에서 27m 떨어져 배치시키고, 폭발에 저항 가능한 스테인레스 강과 티타늄을 적용하였다. 15m의 로비와 3개 층의 기계실을 포함한 건물 바닥에서57m까지는 폭발하중에 대한 대비책으로 철근콘크리트로 보강되었고 2,000장 이상의 프리즘 유리로 이 부분을 장식하였다.
7. 과제를 마치면서
한국을 비롯한 전 세계 도처에서 수많은 초고층 건축물이 건설되고 있다. 초고층 건축물은 한 국가의 상징일 뿐만 아니라 모든 문화의 상징이다. 이러한 초고층 건축물이 폭발과 같은 이상하중에 의한 연속붕괴가 일어난다면 국가적인 위상의 저하는 물론 국민의 생명 및 재산에 크나큰 영향을 미치게 된다. 현재 WTC붕괴 이후 이루어진 연구결과를 토대로 미국을 중심으로 건물설계에 적용 가능한 기술을 설계기준에 반영하고 있는 중이다. 초고층 건축물의 연속붕괴를 방지하기 위한 구조적 측면의 고려사항은 2IFC와 같이 주요 부재 소실 시 대체 하중전달경로를 확보하는 시스템을 도입하고 이를 검토하는 것이 바람직하다고 생각된다. WTC붕괴는 그간 초고층 건축물에 발생 가능한 이상하중에 대한 경각심을 일깨웠으며, WTC붕괴 이후 초고층 건축물 설계는 재산과 인명을 보호하기 위하여 합리적인 범위 내에서 연속붕괴에 대한 설계 및 검토가 이루어지고 있다.
마지막으로 이번 과제를 수행하면서 느낀점은 지금까지 기계공학을 전공해서인지 특정대상이 있으면 항상 기계적인 측면을 고려하면서 제품을 관찰해왔지만 열에 의해서 한 구조물이 파괴된다고는 생각해본 적이 없었던 것 같다. 세계무역기구 빌딩이 붕괴사실을 알고 있었지만 그것이 왜 무너졌는지 의문점은 있었지만 붕괴원인에 대해서 자료를 찾아 분석하지는 못했다. 그리고 이번 과제를 수행하는 계기로 특정대상이 있으면 그 제품의 구조적인 측면을 많이 생각하게 된 것 같다.
▣ 참고문헌
http://blog.naver.com/ng2evaa?Redirect=Log&logNo=10030879316
http://www.pbs.org/wgbh/nova/wtc/index.html

키워드

세계무역센터,   쌍둥이,   빌딩,   WTC,   붕괴,   항공기,   테러,   고온