마천루

Skyscraper

마천루는 여러 층으로 이루어진 높고 계속 거주할 수 있는 건물입니다.현대의 자료들은 현재 마천루를 높이가 최소 100미터(330피트)[1] 또는 150미터(490피트)[2]로 정의하고 있지만, 매우 높은 고층 건물이라는 것 외에는 일반적으로 받아들여지는 정의는 없습니다.역사적으로, 이 용어는 1880년대에 이런 종류의 건물들이 지어지기 시작했을 때 처음으로 10층에서 20층 사이의 건물들을 가리켰습니다.[3]고층 건물에는 사무실, 호텔, 주거 공간 및 소매 공간이 있을 수 있습니다.

마천루의 공통적인 특징 중 하나는 커튼월을 지지하는 강철 프레임을 가지고 있다는 것입니다.이 아이디어는 Violletle Duc가 건축에 관한 그의 담론에서 발명한 것입니다.[4]이러한 커튼월은 일반적인 건축물의 하중을 받는 벽에 놓이지 않고 아래의 틀에 놓이거나 위의 틀에 매달려 있습니다.일부 초기 고층 건물에는 철근 콘크리트로 만든 건물보다 높은 하중을 받는 벽을 만들 수 있는 철골이 있습니다.

현대 고층건물 벽은 하중을 견디지 않으며, 대부분의 고층건물은 철골과 커튼월로 가능한 넓은 창 표면적을 가진 것이 특징입니다.그러나 고층 건물은 창문의 작은 표면적을 가진 전통적인 벽을 모방한 커튼월을 가질 수 있습니다.현대의 고층 건물들은 종종 관형 구조를 가지고 있으며, 바람, 지진 및 기타 측면 하중에 저항하기 위해 중공 실린더와 같이 설계되었습니다.더 날씬하게 보이고, 바람에 덜 노출되도록 하며, 햇빛을 더 많이 지면에 전달하기 위해, 많은 고층 건물들은 후퇴가 있는 디자인을 가지고 있으며, 어떤 경우에는 구조적으로도 필요합니다.

2023년 9월 현재 세계 14개 도시에 150m(492ft) 이상의 초고층 건물이 100개 이상 있습니다.552개의 마천루를 보유한 홍콩; 373개의 마천루를 보유한 중국 선전; 314개의 마천루보유한 미국 뉴욕시; 252개의 마천루를 보유한 UAE 두바이; 188개의 마천루를 보유한 중국 광저우; 183개의 마천루를 보유한 중국 상하이;168개의 초고층 빌딩을 보유한 일본 도쿄, 156개의 말레이시아 쿠알라룸푸르, 149개의 초고층 빌딩을 보유한 중국 우한, 144개의 초고층 빌딩을 보유한 중국 충칭,[5] 137개의 초고층 빌딩을 보유한 미국 시카고, 117개의 초고층 빌딩을 보유한 중국 청두, 112개의 인도네시아 자카르타, 111개의 초고층 빌딩을 보유한 태국 방콕.

정의.

"천루"라고 알려진 것은 1885년 세계 최초의 대규모 철골 구조물인 홈 인슈어런스 빌딩완공과 함께 시카고에 처음 등장했습니다.1931년에 철거되었습니다.

"마천루"라는 용어는 뉴욕, 필라델피아, 보스턴, 시카고, 디트로이트, 그리고 세인트루이스와 같은 미국의 주요 도시들에 지어지고 있는 고층 건물들에 대한 대중의 놀라움의 결과로, 19세기 후반에 적어도 10층 이상의 철골로 지어진 건물들에 처음으로 적용되었습니다. 루이스.[3][6]

최초의 철골 고층 건물은 1885년 시카고에 있는인슈어런스 빌딩(Home Insurance Building)[7]으로, 원래 42 m 또는 138 ft 높이의 10층이었습니다.필라델피아의 10층짜리 제인 빌딩(1849-50)을 원초적인 고층 건물로,[8] 또는 1870년에 지어진 뉴욕의 7층짜리 에퀴터블 라이프 빌딩을 가리키기도 합니다.철골 구조는 오늘날 전세계적으로 건설되고 있는 초고층 고층 건물들을 가능하게 했습니다.[9]하나의 구조물 대 다른 구조물의 지명은 어떤 요소들이 스트레스를 받는지에 따라, 그리고 그 이유는 무엇인가에 달려 있습니다.[10]

마천루라는 단어의 구조적인 정의는 나중에 건축 역사학자들에 의해 다듬어졌는데, 이는 높은 다층 건물의 건설을 가능하게 한 1880년대의 공학적 발전에 기초한 것입니다.이 정의는 1891년 시카고의 모나드녹 빌딩과 함께 실용적인 한계를 넘긴 하중을 받는 석조 건축물과 달리 강철 골격에 기초했습니다.

높은 오피스 빌딩의 주요 특징은 무엇입니까?그것은 고상합니다.키가 크겠네요.고도의 힘과 힘이 그 안에 있어야 하고, 높이의 영광과 긍지가 그 안에 있어야 합니다.아래에서 위로 올라가는 것은 한 줄의 반대선도 없는 단위라는 엄청난 극찬을 받으며 자랑스럽고 치솟는 것임에 틀림없습니다.

Louis Sullivan의 The Tall Office Building을 예술적으로 고찰(1896)

일부 구조 엔지니어들은 고층 건물을 지진이나 무게보다 바람이 더 중요한 하중 요소인 수직 구조물로 정의합니다.이 기준은 고층 건물뿐만 아니라 타워와 같은 다른 높은 구조물에도 적합합니다.

미국과 유럽의 다른 기관들은 마천루를 높이가 최소 150 m (490 ft) 이상인 건물로 정의하고,[11][6][12] 300 m (984 ft) 이상인 건물은 "초고층" 마천루, 600 m (1,969 ft) 이상인 건물은 "메가톨" 마천루로 정의합니다.[13]

고대에 가장 높은 구조물은 기원전 26세기에 지어진 고대 이집트 기자의 146미터 (479피트) 대 피라미드입니다.그것은 수천 년 동안 높이에서 능가하지 못했는데, 중앙 첨탑이 무너지기 전인 1311년에서 1549년 사이에 160 m (520 피트) 링컨 대성당이 그것을 능가했습니다.[14]후자는 1884년 555피트 (169미터)의 워싱턴 기념비가 있기 전까지는 능가되지 않았습니다.하지만 사람이 살지 않는 이 구조물들은 고층 건물의 현대적인 정의에 부합하지 않습니다.[citation needed]

고층 아파트는 고전 시대에 번성했습니다.제국 도시의 고대 로마 인술래는 10층 이상에 이르렀습니다.[15]아우구스투스 (기원전 30년-기원후 14년)를 시작으로, 몇몇 황제들은 다층 건물을 위해 20-25 m의 제한을 설정하려고 시도했지만, 제한된 성공만을 거두었습니다.[16][17]아래층은 대개 상점이나 부유한 가정이 차지하고, 위층은 하층민에게 임대했습니다.[15]살아남은 옥시린쿠스 파피리는 로마 이집트의 3세기 헤르모폴리스와 같은 지방 도시에 7층짜리 건물이 존재했음을 나타냅니다.[18]

중세의 중요한 도시들의 스카이라인에는 부유한 사람들에 의해 방어와 지위를 위해 지어진 많은 수의 고층 도시 탑들이 있었습니다.12세기 볼로냐의 주거용 타워는 한번에 80에서 100 사이의 숫자를 가졌고, 그 중 가장 높은 것은 97.2 미터 (319 피트) 높이의 아시넬리 타워입니다.1251년 피렌체의 법은 모든 도시 건물들이 즉시 26미터 이하로 줄어들도록 규정했습니다.[19]그 시대의 중간 규모의 마을들도 San Gimignano에 있는 51 m 높이의 72 개의 탑과 같은 탑의 증식이 있는 것으로 알려져 있습니다.[19]

중세 이집트의 도시 푸스타트는 10세기 알 무카다시가 미나렛을 닮았다고 묘사한 많은 고층 주거용 건물들을 보유하고 있었습니다.11세기 초 Nasir Khusraw는 그들 중 일부가 14층까지 올라갔다고 묘사했는데, 꼭대기 층에 있는 지붕 정원은 관개를 위한 소가 끄는 물레방아가 완비되어 있었습니다.[20]16세기 카이로에는 고층 아파트 건물이 있었는데, 저층 2개는 상업용과 보관용으로 지어졌고, 그 위의 여러 층은 세입자들에게 임대되었습니다.[21]고층 주택으로 이루어진 도시의 초기 예로는 16세기 예멘시밤이 있습니다.시밤은 각각 5층에서 11층 높이의 500개가 넘는 탑집들로 구성되어 있었고,[22][23] 각 층은 한 가족이 사는 아파트였습니다.도시는 베두인의 공격으로부터 도시를 보호하기 위해 이런 방식으로 지어졌습니다.[22]Shibam은 여전히 세계에서 가장 높은 진흙 벽돌 건물들을 가지고 있고, 그 건물들 중 많은 건물들은 높이가 30미터가 넘습니다.[24]

고층 주택의 초기 현대적인 예는 방어적인 도시 벽이 도시의 경계를 정의했던 17세기 스코틀랜드 에든버러에서였습니다.개발 가능한 토지 면적의 제한 때문에, 대신 주택들은 높이가 높아졌습니다.11층짜리 건물이 흔했고, 14층짜리 건물도 기록돼 있습니다.오늘날 에든버러의 구시가지에서는 아직도 많은 석조 건축물들을 볼 수 있습니다.부분적으로는 철골조로 되어 있지만, 세계에서 가장 오래된 철골조 건물은 영국 슈루즈베리에 있는 아마 공장입니다.1797년 지어진 이곳은 주철 기둥과 주철 보의 내화 조합이 현대식 고층건물을 가능하게 한 현대식 철골로 발전해 '마천루의 할아버지'로 평가받고 있습니다.2013년에 버려진 건물을 사무실로 바꾸는 자금 지원이 확정되었습니다.[25]

초기 마천루

1864년에 지어진 리버풀의 Oriel Chambers는 세계 최초의 금속 액자형 유리 커튼월 건물입니다.그 돌 멀리언들은 장식적입니다.
세인트루이스에 있는 10층짜리 붉은 벽돌 사무실 건물인 웨인라이트 빌딩. 미주리주 루이스는 1891년에 지어졌습니다.

1857년, 엘리샤 오티스(Elisha Otis)는 뉴욕시의 E.V. 하우아웃 빌딩(E. V. Houghout Building)에 안전 엘리베이터를 도입하여 건물의 위층까지 편리하고 안전하게 이동할 수 있게 했습니다.오티스는 나중에 1870년에 최초의 상업용 승객 엘리베이터를 에퀴터블 라이프 빌딩에 도입했습니다.또 다른 중요한 발전은 돌이나 벽돌 대신 철골을 사용한 것인데, 그렇지 않으면 높은 건물의 저층 벽이 너무 두꺼워서 실용적이지 못할 것입니다.이 지역의 초기 발전은 영국 리버풀Oriel Chambers였습니다.그것은 단지 5층 높이 였습니다.[26][27]영국 왕립예술원은 "그 당시 비평가들은 "돌출된 판유리 기포들의 거대한 응집"에 경악했습니다.사실, 이 건물은 모더니즘 건축의 선구자였으며, 가볍고 통풍이 잘 되는 인테리어를 만드는 디자인 요소인 금속 프레임의 유리 커튼월을 특징으로 하는 세계 최초의 건물이었습니다. 그 이후로 전 세계적으로 초고층 건물의 정의적인 특징으로 사용되었습니다."[28]

추가적인 발전은 많은 사람들과 단체들이 세계 최초의 고층 건물인 시카고의 10층짜리 홈 인슈어런스 빌딩이 1884년에서 1885년 사이에 지어졌다고 여기는 것으로 이어졌습니다.[29]원래 높이인 42.1m(138피트)는 오늘날 초고층 건물로 인정받지 못하지만 기록적인 기록을 세웠습니다.1880년대에 높은 건물들의 건축은 이 고층건물에 상업적 스타일이라고 불리는 것을 발전시킨 시카고 학교라고 널리 불리는 첫 번째 건축 운동을 주었습니다.[30]

건축가 윌리엄 바론 제니 소령은 하중을 받는 구조적인 뼈대를 만들었습니다.이 건물에서는 건물의 무게를 지탱하는 하중을 받는 벽 대신 철골로 벽 전체의 무게를 지탱했습니다.이 개발은 "시카고 골격"의 건설 형태로 이어졌습니다.홈 인슈어런스 빌딩은 철골 외에도 오늘날 대부분의 마천루에서 주요 요소인 방화, 엘리베이터, 전기 배선 등을 사용했습니다.[31]

1889년 시카고에 있는 번햄 루트의 45 m (148 피트) 랜드 맥널리 빌딩이 최초의 철골조 고층 건물이었고,[32] 세인트루이스 설리번의 41 m (135 피트) 웨인라이트 빌딩이 있었습니다.1891년 미주리 주의 루이스는 수직 밴드가 건물의 높이를 강조하는 최초의 강철 프레임 건물이었고 따라서 최초의 초기 고층 건물로 여겨집니다.1889년, 이탈리아두더지 안토넬리아나는 167 m (549 피트) 높이였습니다.

대부분의 초기 고층 건물들은 19세기 말 무렵에 뉴욕과 시카고의 육지에 둘러싸인 지역에서 나타났습니다.1888년에서 1891년 사이에 오스트레일리아 멜버른에서 일어난 토지 붐으로 인해 초기 고층 건물들이 상당히 많이 생겨났지만, 그 중 어느 것도 강철로 보강되지 않았고 현재 남아있는 것은 거의 없습니다.높이 제한과 화재 제한은 나중에 도입되었습니다.1800년대 후반, 런던의 건축업자들은 기존 건물들의 문제로 인해 건물 높이가 제한되어 있다는 것을 알게 되었습니다.런던의 고층 건물 개발은 세인트 대성당과 다른 역사적 건물들의 보호된 전망을 방해할 경우 특정 장소에서 제한됩니다.[33]이 정책인 '세인트 폴 하이츠'는 1937년부터 공식적으로 운영되고 있습니다.[34]

20세기 전반 유럽 대륙 전역의 마천루는 미관과 화재 안전에 대한 우려로 인해 개발이 지연되었습니다.일부 주목할 만한 예외는 로테르담에 있는 43 m (141 ft) 높이의 1898 Witte Huis (백악관); 바르샤바에 있는 51.5 m (169 ft) 높이의 PAST Building (1906-1908), 리버풀에 있는 Royal Liver Building (1906-1908), 1911년에 완공된 그리고 90 m (300 ft) 높이의 57 m (187 ft)[35] 높이의 1924 Marx House, 독일 뒤셀도르프에 있는 61 m (200 ft) Kungstornen (Kings' Towers) i1924년에서 25년 사이에 지어진 스웨덴 스톡홀름,[36] 1929년에 지어진 스페인 마드리드의 89미터 (292피트) 에디피시오 텔레포니카, 1932년에 지어진 벨기에 앤트워프의 87.5미터 (287피트) 보렌토렌, 1934년에 지어진 폴란드 바르샤바의 66미터 (217피트) 푸르덴셜 빌딩, 1940년에 지어진 이탈리아 제노바의 108미터 (354피트) 토레 피아센티니.

세계 최고층 빌딩을 놓고 뉴욕시와 시카고 사이의 초기 경쟁 끝에, 뉴욕은 103 m (338 피트) 높이의 아메리칸 슈티 빌딩의 완공으로 1895년까지 선두를 차지했고, 수년 동안 뉴욕을 세계 최고층 빌딩이라는 타이틀로 남겨두었습니다.

근대 마천루

현대 고층 건물은 강철 또는 철근 콘크리트 구조물과 유리 또는 연마돌의 커튼월로 지어집니다.그들은 양수기엘리베이터 같은 기계 장비를 사용합니다.CTBUH에 따르면, 1960년대부터 이 고층 건물은 북미 기업 권력의 상징에서 벗어나 대신 세계에서 도시나 국가의 위치를 소통하기 위해 방향을 바꾸었습니다.[37]

제2차 세계 대전 사이의 마천루
Empire State Building (1931), 뉴욕시, 다른 초대형 구조물의 높이와 길이에 대한 세계적인 기준
보렌토렌 (1932), 앤트워프에서

마천루 건설은 1930년 대공황제2차 세계대전으로 인해 30년 동안 침체의 시대에 접어들었습니다.전쟁이 끝난 직후, 러시아는 모스크바에 일련의 고층 건물들을 건설하기 시작했습니다."세븐 시스터즈"라고 불리는 세븐은 1947년에서 1953년 사이에 지어졌습니다. 그리고 하나는 모스크바 주립 대학교의 본관으로 유럽에서 거의 40년 동안 가장 높은 건물이었습니다.사회주의 고전주의 스타일의 다른 마천루들은 동독 (프랑크푸르터 토르), 폴란드 (PKiN), 우크라이나 (호텔 모스크바), 라트비아 (과학 아카데미) 그리고 다른 동구권 국가들에 세워졌습니다.서유럽 국가들도 제2차 세계대전 직후 몇 년 동안 더 높은 마천루를 허용하기 시작했습니다.초기의 예로는 스페인의 에디피시오 에스파냐와 이탈리아의 토레 브레다가 있습니다.

1930년대부터, 라틴 아메리카 뿐만 아니라 동아시아와 동남아시아의 여러 도시에 고층 건물들이 나타나기 시작했습니다.마침내, 그것들은 1950년대 후반부터 아프리카, 중동, 남아시아, 오세아니아의 도시들에도 지어지기 시작했습니다.

제2차 세계 대전 이후의 초고층 건물 프로젝트는 전형적으로 초기 초고층 건물의 고전적인 디자인을 거부하고 통일된 국제적 스타일을 채택했습니다. 많은 오래된 고층 건물들은 현대적인 취향에 맞게 다시 설계되거나 심지어 철거되었습니다. 뉴욕의 싱어 빌딩(New York's Singer Building)은 한때 세계에서 가장 높은 고층 건물이었습니다.

독일계 미국인 건축가 루트비히 미스 반 데어 로(Ludwig Mies van der Rohe)는 20세기 후반 세계에서 가장 유명한 건축가 중 한 명이 되었습니다.그는 유리 정면의 고층 건물을[38] 구상했고, 노르웨이인 프레드 세베루드와 함께 1958년에 종종 모더니즘 고층 건축의 정점으로 여겨지는 고층 건물인 씨그램 빌딩을 디자인했습니다.[39][40]

전후 모더니즘 마천루
[연구보고] UN 사무국 빌딩 (1952), 뉴욕시
뉴욕의 씨그램 빌딩 (1958)
바르샤바차우비 ń스키에고 8 (1978)

마천루 건설은 1960년대 내내 급증했습니다.이러한 상승의 원동력은 사람들이 "하늘의 도시"에서 살고 일할 수 있게 만든 일련의 혁신적인 혁신이었습니다[41].[42]

시카고 윌리스 타워에 있는 파즐루르 라만 칸을 기리는 조형물.칸은 초고층 빌딩 공학에서 중요한 발전을 이루었습니다.[43]

1960년대 초 고층 건물의 "관형 설계의 아버지"로 여겨지는 방글라데시계 미국인 구조 엔지니어 파즐루르 라만 칸[44]지배적인 견고한 철골 구조가 고층 건물에 적합한 유일한 시스템이 아니라는 것을 발견하여 다중 구조 시스템 측면에서 초고층 건물 건설의 새로운 시대를 열었습니다.[45]마천루 설계와 건설에 있어서 그의 중심적인 혁신은 "프레임 튜브", "트러스 튜브", 그리고 "묶음 튜브"를 포함하는 "튜브" 구조 시스템의 개념이었습니다.[46]그의 "튜브 컨셉"은 건물의 모든 외벽 둘레 구조를 사용하여 얇은 벽의 튜브를 시뮬레이션하여 고층 건물 디자인을 혁신적으로 변화시켰습니다.[47]이러한 시스템을 통해 경제적 효율성을 높일 수 있으며,[48] 고층 건물이 더 이상 직사각형과 상자 모양일 필요 없이 다양한 모양을 취할 수 있습니다.[49]튜브 구조를 사용한 최초의 건물은 현대 건축의 주요한 발전으로 여겨지는 [41]체스트넛 드윗 아파트였습니다.[41]이 새로운 디자인들은 최소한의 부지에 방대한 부동산 공간을 제공하면서, 계약자, 기술자, 건축가, 그리고 투자자들에게 경제적인 문을 열었습니다.[42]이후 15년 동안 파즐루르 라흐만 칸과 "세컨드 시카고 스쿨"에 의해 100층짜리행콕 센터와 442m(1,450피트)의 거대한 윌리스 타워를 [50]포함한 많은 타워가 지어졌습니다.[51] 분야의 다른 선구자들로는 할 아이옌가, 윌리엄메수리에, 그리고 세계 무역 센터의 건축가인 미노루 야마사키 등이 있습니다.

70년대에 설계된 많은 건물들은 특정한 양식이 부족했고 50년대 이전에 설계된 초기 건물들의 장식을 떠올렸습니다.이러한 디자인 계획은 환경을 무시하고 장식적인 요소와 화려한 마감으로 구조물을 가득 채웠습니다.[52]디자인에 대한 이러한 접근법은 Fazlur Khan에 의해 반대되었고 그는 디자인이 이성적이라기 보다는 기발하다고 생각했습니다.게다가, 그는 그 일을 귀중한 천연 자원의 낭비라고 생각했습니다.[53]칸의 작업은 건축과 통합된 구조물을 촉진하고 재료의 사용을 최소화하여 환경에 미치는 영향을 최소화했습니다.[54]마천루의 다음 시대는 구조물의 성능, 재료의 종류, 건설 관행, 재료/천연 자원의 절대적 최소 사용, 구조물 내 구현된 에너지, 그리고 더 중요하게는 전체적으로 통합된 빌딩 시스템 접근법을 포함한 환경에 초점을 맞출 것입니다.[52]

초고층 구조물에 대한 현대적인 건축 관행은 "허공 높이"에 대한 연구로 이어졌습니다.[55][56]CTBUH에 따르면 배니티 높이는 가장 높은 층과 건축 상부 사이의 거리입니다(안테나, 깃대 또는 기타 기능적 확장물 제외).배니티 높이는 일찍이 1920년대와 1930년대에 뉴욕시 초고층 빌딩에 처음 등장했지만, 초고층 빌딩은 높이의 평균 30%를 사람이 살 수 없는 확장에 의존해 왔으며, 이로 인해 잠재적인 정의 및 지속 가능성 문제가 제기되었습니다.[57][58][59]마천루의 현 시대는 구조물의 성능, 재료의 종류, 건설 관행, 재료와 천연 자원의 절대적 최소 사용, 구조물 내 에너지, 그리고 전체적으로 통합된 빌딩 시스템 접근법을 포함한 지속 가능성, 그것의 건설 및 자연 환경에 초점을 맞추고 있습니다.LEED는 현재 녹색 건축 표준입니다.[60]

건축학적으로 1980년대 이후 확립된 포스트모더니즘, 뉴어바니즘, 뉴클래식 건축의 움직임으로 오늘날에도 여전히 대중적인 세계적인 마천루 디자인에 더 고전적인 접근법이 돌아왔습니다.[61]웰스 파고 센터, NBC 타워, 파크뷰 스퀘어, 30 파크 플레이스, 메세텀, 상징적인 페트로나스 타워, 진 마오 타워 등이 그 예입니다.

현대 마천루
상하이 타워 (2014), 상하이

마천루 디자인의 다른 현대 스타일과 움직임에는 유기적, 지속 가능, 신미래주의, 구조주의, 하이테크, 해체주의, 블롭, 디지털, 유선형, 참신성, 비판적 지역주의, 통속적, 네오 아트 데코부흥주의자로도 알려진 네오히스토리스트가 포함됩니다.

9월 3일은 마천루의 날이라고 불리는 세계적인 마천루 기념일입니다.[62]

뉴욕시 개발자들은 경쟁을 벌였는데, 1920년대와 1930년대 초에 "세계 최고층"이라는 칭호를 얻으며, 1930년에 318.9 미터 (1,046 피트) 크라이슬러 빌딩과 40년 동안 세계 최고층 빌딩이었던 1931년에 443.2 미터 (1,454 피트) 엠파이어 스테이트 빌딩의 완공으로 끝이 났습니다.처음으로 완성된 417 m (1,368 피트) 높이의 세계 무역 센터 타워는 1972년에 세계 최고층 빌딩이 되었습니다.하지만, 그것은 시카고의 시어스 타워 (현재 윌리스 타워)에 2년 만에 추월 당했습니다.442 m (1,450 피트) 높이의 시어스 타워는 1974년부터 1998년까지 24년 동안 세계에서 가장 높은 건물로 서있었지만, 6년 동안 타이틀을 보유했던 쿠알라룸푸르의 페트로나스 트윈 타워보다 452 m (1,483 피트) 약간 앞섰습니다.

설계 및 시공

상하이의 마천루

초고층 빌딩의 설계와 건설은 매우 높은 빌딩에 안전하고 거주할 수 있는 공간을 만드는 것을 포함합니다.건물들은 무게를 지탱해야 하고, 바람과 지진을 견뎌야 하며, 화재로부터 거주자들을 보호해야 합니다.그러나 고층에서도 편리하게 접근할 수 있어야 하며, 사용자에게 유틸리티와 쾌적한 환경을 제공해야 합니다.초고층 건물 설계에서 제기되는 문제점은 경제성, 공학성, 건설 관리 의 균형을 고려할 때 가장 복잡한 문제로 간주됩니다.

마천루의 공통적인 특징 중 하나는 기존 건축물의 하중을 견디는 벽이 아닌 커튼월이 매달린 강철 구조물입니다.대부분의 마천루는 철근 콘크리트의 전형적인 하중을 받는 벽보다 더 높게 지을 수 있도록 철골을 가지고 있습니다.마천루는 일반적으로 벽으로 간주되는 표면적이 특히 작습니다.대부분의 마천루는 벽이 하중을 견디지 않기 때문에 철골과 커튼월의 개념으로 가능한 창문의 표면적을 특징으로 합니다.그러나 고층 건물은 또한 전통적인 벽을 모방한 커튼월을 가질 수 있고 창문의 작은 표면적을 가질 수 있습니다.

마천루의 개념은 값싼 화석 연료에서 파생된 에너지와 철강, 콘크리트와 같은 산업적으로 정제된 원료에 의해 가능해진 산업화 시대의 산물입니다.고층건물 건설은 19세기 말부터 벽돌과 모르타르 공사를 능가하는 철골공사로 가능했고, 철골가격이 하락하고 인건비가 증가하면서 철근콘크리트 공사와 함께 20세기에 마침내 이를 능가하게 되었습니다.

철골은 점차적으로 더 큰 지지 기둥을 위해 사용 가능한 바닥 공간이 줄어들면서 고층 건물에 비효율적이고 경제적이지 않게 됩니다.[63]1960년경부터 관 모양의 디자인이 고층 건물에 사용되었습니다.이를 통해 자재 사용을 줄일 수 있으며(경제적인 측면에서 더 효율적임 – Willis Tower는 Empire State Building보다 강철을 3분의 1 적게 사용함), 높이는 더 높일 수 있습니다.이를 통해 내부 열을 줄일 수 있으므로 사용 가능한 바닥 공간을 더 많이 확보할 수 있습니다.그것은 또한 건물들이 다양한 모양을 띠게 해줍니다.

엘리베이터는 고층건물의 특징입니다.1852년 엘리샤 오티스(Elisha Otis)는 안전 엘리베이터를 도입하여 고층까지 편리하고 안전한 승객 이동을 가능하게 했습니다.또 다른 중요한 발전은 돌이나 벽돌 대신 철골을 사용한 것인데, 그렇지 않으면 높은 건물의 저층 벽이 너무 두꺼워서 실용적이지 못할 것입니다.오늘날 엘리베이터의 주요 제조업체로는 오티스, 티센크루프, 쉰들러, 코네 등이 있습니다.

건축 기술의 발전으로 고층 건물의 폭은 좁아지는 반면 높이는 증가하고 있습니다.이러한 새로운 기술 중 일부는 진동과 흔들림을 줄이기 위한 질량 댐퍼, 그리고 공기가 통과할 수 있도록 하는 틈을 포함하여 윈드 시어(wind shear)를 감소시킵니다.[64]

기본설계시 고려사항

대부분의 건물 설계에서 우수한 구조 설계는 중요하지만, 특히 초고층 건물의 경우, 그러한 실패가 초래할 수 있는 엄청난 피해를 고려할 때 재앙적인 실패의 작은 가능성조차 용납할 수 없기 때문입니다.이것은 토목 공학자들에게 역설을 제공합니다. 실패의 부족을 보장하는 유일한 방법은 실험실과 실제 세계 모두에서 모든 실패 모드를 테스트하는 것입니다.그러나 모든 실패 모드를 알 수 있는 유일한 방법은 이전의 실패로부터 배우는 것입니다.따라서 어떤 엔지니어도 주어진 구조물이 고장을 유발할 수 있는 모든 하중에 저항할 것이라고 확신할 수 없습니다. 대신에 고장이 발생할 가능성이 없는 정도의 충분한 안전 여유만 가질 수 있습니다.건물이 고장났을 때 엔지니어들은 그 고장이 예지력 부족 때문인지 아니면 알 수 없는 요인 때문인지 의문을 제기합니다.

재하 및 진동

마천루가 경험하는 하중은 주로 건축 자재 자체의 힘에 기인합니다.대부분의 건물 설계에서 구조물의 중량은 자체 중량을 초과하여 지지할 재료의 중량보다 훨씬 큽니다.기술적인 측면에서는 구조물의 하중인 사하중이 구조물 내 물건들(사람, 가구, 차량 등)의 중량인 활하중보다 큽니다.따라서 고층 건물의 하부 층 내에서 요구되는 구조적 재료의 양은 더 높은 층 내에서 요구되는 재료보다 훨씬 더 많을 것입니다.이것이 항상 시각적으로 명백한 것은 아닙니다.엠파이어 스테이트 빌딩차질은 사실 당시 건축법(1916년 Zoning Resolution)의 결과이며, 구조적으로 필요하지 않았습니다.한편, 존 핸콕 센터의 형태는 독특하게 하중을 지지하는 방식의 결과입니다.수직 지지대는 다양한 종류가 있으며, 이 중 초고층 건물에 가장 일반적인 것은 철골조, 콘크리트 코어, 튜브 내 설계, 전단벽 등으로 분류할 수 있습니다.

고층 건물에 가해진 풍하중 또한 상당합니다.사실, 초고장 구조물에 부과되는 횡풍하중은 일반적으로 구조설계의 지배적인 요소입니다.풍압은 높이에 따라 증가하므로, 매우 높은 건물의 경우 바람과 관련된 하중이 사망 하중이나 활하중보다 큽니다.

다른 수직 및 수평 하중 요인은 지진과 같이 예측할 수 없는 다양한 요인에서 비롯됩니다.

철골조

1895년까지 주철을 고층 건물의 구조적 재료로 대체했습니다.신축성 덕분에 다양한 모양으로 형성할 수 있었고 리벳으로 고정할 수 있어 강력한 연결을 보장할 수 있었습니다.[65]철골구조의 단순화로 인해 수평 및 수직 지지부 모두를 가능하게 함으로써 전단벽, 중앙부 및 일체형 지지부재의 비효율적인 부분을 훨씬 더 강력하게 제거할 수 있었습니다.그러나, 강재는 높이가 증가함에 따라 더 많은 재료를 지지해야 하기 때문에 지지부재 사이의 간격이 좁아져 지지해야 하는 재료의 양이 증가하는 단점이 있습니다.이는 기둥을 지지하기 위한 사용 가능한 바닥 공간이 줄어들고 강철이 더 많이 사용됨에 따라 40층 이상의 건물에서는 비효율적이고 비경제적이 됩니다.[63]

튜브 구조 시스템

시카고에 있는 윌리스 타워는 묶음된 튜브 프레임을 눈에 띄게 표현합니다.튜브 프레임의 변형은 현대 고층 빌딩에서 일반적으로 사용됩니다.

1963년 파즐루르 라흐만 칸에 의해 틀에 박힌 튜브의 새로운 구조 시스템이 개발되었습니다.틀에 박힌 튜브 구조는 "3개, 4개 또는 그 이상의 프레임, 가새 프레임 또는 전단벽으로 구성된 3차원 공간 구조로, 그 가장자리 또는 근처에서 결합되어 기초로부터 캔틸레버(cantilever)에 의해 어떤 방향으로든 측면 힘에 저항할 수 있는 수직 튜브와 같은 구조 시스템을 형성합니다."[66][67]라고 정의됩니다.밀접하게 상호 연결된 외부 기둥이 튜브를 형성합니다.수평 하중(주로 바람)은 구조물 전체에 의해 지지됩니다.틀에 박힌 튜브는 내부 기둥을 줄일 수 있기 때문에 사용 가능한 바닥 공간을 더 많이 만들 수 있으며 외부 표면의 약 절반을 창문에 사용할 수 있습니다.차고 문과 같은 더 큰 개구가 필요한 경우 구조적 무결성을 유지하기 위해 이송 거더를 사용하여 튜브 프레임을 중단해야 합니다.튜브 구조는 비용을 절감하는 동시에 건물이 더 높은 높이에 도달할 수 있도록 합니다.콘크리트 튜브 프레임 공사는[46] 1963년 시카고에서 완공된 드윗 체스트넛 아파트 빌딩에서 처음 사용되었으며 곧이어행콕 센터세계 무역 센터에서 사용되었습니다.[68]

관형 시스템은 고층 건물 설계의 기본입니다.1960년대 이후 건설된 40층 이상의 대부분의 건물들은 현재 Khan의 구조 공학 원리에서 파생된 튜브 디자인을 사용합니다.[63][69] 예를 들어, 세계 무역 센터, Aon 센터, Petronas Towers, Jin Mao Building 및 1960년대 이후의 대부분의 다른 초고층 빌딩의 건설을 포함합니다.[46]튜브 구조 설계의 강력한 영향은 현재 가장 높은 고층 건물인 버즈 칼리파의 건설에서도 분명히 드러납니다.[49]

트러스 튜브 및 X-브레이싱:

높이에 따른 구조의 변화; 관형 시스템은 초고층 건물에 기본적인 요소입니다.

Khan은 튜브 구조 디자인의 다른 여러 변형을 개척했습니다. 중 하나가 존 행콕 센터에 처음 사용된 X-브레이싱, 즉 트러스 튜브의 개념이었습니다.이 개념은 외부 기둥에 하중을 전달함으로써 건물의 측면 하중을 감소시켰습니다.이를 통해 내부 기둥에 대한 필요성을 줄일 수 있으므로 더 많은 바닥 공간이 생성됩니다.이 개념은 1965년에 설계되어 1969년에 완성된 존 행콕 센터에서 볼 수 있습니다.구조적 표현주의 스타일의 가장 유명한 건물 중 하나인 이 고층건물의 독특한 X-브레이싱 외관은 사실 이 구조물의 피부가 실제로 '관형 시스템'의 일부라는 암시입니다.이 아이디어는 건물이 기록적인 높이로 올라가기 위해 사용된 건축 기술 중 하나입니다(관형 시스템은 본질적으로 바람과 지진 하중 동안 건물이 똑바로 서 있도록 도와주는 척추입니다).이 X-브레이싱은 높은 구조물에서 더 높은 성능과 건축가가 원하는 경우 내부 평면도(사용 가능한 바닥 공간)를 열 수 있는 기능을 모두 제공합니다.

John Hancock Center는 이전의 철골 구조물보다 훨씬 효율적이었습니다.Empire State Building(1931)이 제곱미터당 약 206kg의 강철과 28 Liberty Street(1961)이 275개의 강철을 필요로 했던 반면, John Hancock Center는 145개의 강철만 필요로 했습니다.[48]트러스 튜브 개념은 Onterie Center, Citigroup Center, Bank of China Tower 등 후대의 많은 마천루에 적용되었습니다.[70]

홍콩에 있는 중국은행 타워는 트러스 튜브 디자인을 사용합니다.

번들 튜브:튜브 프레임의 중요한 변형은 여러 개의 상호 연결된 튜브 프레임을 사용하는 번들 튜브입니다.시카고의 윌리스 타워는 이 디자인을 사용했고, 뚜렷한 외관을 달성하기 위해 9개의 다양한 높이의 튜브를 사용했습니다.묶음된 튜브 구조는 "건물들은 더 이상 겉모습처럼 상자처럼 될 필요가 없다: 그것들은 조각이 될 수 있다"[49]는 것을 의미했습니다.

튜브 내 튜브:튜브-인-튜브 시스템은 외부 튜브와 더불어 코어 전단벽 튜브를 활용합니다.내측 튜브와 외측 튜브는 중력 하중과 측방향 하중에 저항하고 상부에서 큰 편향을 방지하기 위해 구조물에 추가적인 강성을 제공하기 위해 함께 작동합니다.이 디자인은 원쉘 플라자에서 처음 사용되었습니다.[71]이 구조 시스템을 사용한 이후의 건물로는 페트로나스 타워가 있습니다.[72]

아웃리거 및 벨트 트러스:아웃리거 및 벨트 트러스 시스템은 튜브 구조물이 하나 이상의 레벨에서 매우 견고한 아웃리거 및 벨트 트러스로 중앙 코어 벽에 연결되는 횡방향 하중 저항 시스템입니다.[73]BHP House는 이 구조 시스템을 사용한 최초의 건물이며, 이후 U.S. Bank Center로 이름이 변경된 First Wisconsin Center가 밀워키에 있습니다.건물의 바닥, 중간, 꼭대기에 세 개의 벨트 트러스가 있는 중앙부는 601피트입니다.노출된 벨트 트러스는 심미적, 구조적 용도로 사용됩니다.[74]이것을 사용할 나중의 건물로는 상하이 세계 금융 센터가 있습니다.[73]

콘크리트 튜브 구조물:칸이 설계한 마지막 주요 건물은 시카고의 원 매그니피센트 마일(One Magnificent Mile)과 온터리 센터(Onterie Center)로, 각각 그의 번들 튜브와 트러스 튜브 시스템 디자인을 사용했습니다.주로 강철이었던 그의 초기 건물들과는 대조적으로, 그의 마지막 두 건물들은 콘크리트였습니다.1963년 시카고에 지어진 그의 초기 드윗 체스트넛 아파트 건물도 튜브 구조의 콘크리트 건물이었습니다.[46]뉴욕에 있는 트럼프 타워도 이 시스템을 개조한 또 다른 예입니다.[75]

전단벽틀 상호작용 시스템:칸은 중층 고층 건물을 위한 전단벽틀 상호작용 시스템을 개발했습니다.이 구조 시스템은 횡력에 저항하도록 설계된 전단벽과 프레임의 조합을 사용합니다.[76]이 구조 시스템을 사용한 최초의 건물은 브런즈윅 35층 건물이었습니다.[74]브런즈윅 빌딩은 1965년에 완공되어 그 시대의 가장 높은 철근 콘크리트 구조물이 되었습니다.브런즈윅 빌딩의 구조 시스템은 기둥과 스패들의 외부 콘크리트 프레임으로 둘러싸인 콘크리트 전단벽 코어로 구성됩니다.[77]최고 70층 높이의 아파트들이 이 개념을 성공적으로 사용했습니다.[78]

엘리베이터의 수수께끼.

엘리베이터의 발명은 대부분의 사람들이 한 번에 몇 개 이상의 계단을 올라가지 않을 것이라는 점을 감안할 때 초고층 빌딩 발명의 전제조건이었습니다.고층 건물의 엘리베이터는 단순히 수돗물과 전기와 같은 필수적인 유틸리티가 아니라, 사실 전체 구조의 디자인과 밀접한 관련이 있습니다: 더 높은 건물은 추가 층을 서비스하기 위해 더 많은 엘리베이터를 필요로 하지만, 엘리베이터 샤프트는 귀중한 바닥 공간을 소비합니다.엘리베이터 샤프트를 포함하는 서비스 코어가 너무 커지면 건물의 수익성을 떨어뜨릴 수 있습니다.따라서 설계자는 확장되는 서비스 코어에 손실되는 가치와 높이를 추가하여 얻는 가치의 균형을 맞춰야 합니다.[79]

많은 고층 건물들은 설치 공간을 줄이기 위해 비표준 구성으로 엘리베이터를 사용합니다.구 세계 무역 센터 타워와 시카고의 존 행콕 센터와 같은 건물들은 스카이 로비를 사용하는데, 그곳에서는 급행 엘리베이터가 승객들을 지역 엘리베이터의 기본이 되는 위층으로 데려다 줍니다.이것은 건축가들과 엔지니어들이 공간을 절약하면서 엘리베이터 통로를 서로 위에 놓을 수 있게 해줍니다.하지만 스카이 로비나 급행 엘리베이터는 공간을 많이 차지하고, 층간 출퇴근 시간을 늘립니다.

페트로나스 타워와 같은 다른 건물들은 2층 엘리베이터를 사용하는데, 이것은 더 많은 사람들이 하나의 엘리베이터에 들어갈 수 있도록 하고, 모든 정류장에서 2층에 이릅니다.엘리베이터에서 2층 이상을 사용하는 것은 가능하지만, 한 번도 해본 적이 없습니다.2층 엘리베이터의 가장 큰 문제는 특정 층에서 한 층에 있는 사람만 내려야 할 때 엘리베이터에 있는 모든 사람들을 멈추게 한다는 것입니다.

런던 펜처치 거리 20번지에 있는 하늘정원

스카이 로비가 있는 건물로는 세계 무역 센터, 페트로나스 트윈 타워, 윌리스 타워, 타이페이 101 등이 있습니다.존 행콕 센터의 44층 스카이 로비에는 미국에서 가장 높은 곳에 남아 있는 최초의 고층 실내 수영장도 있었습니다.[80]

경제학적 이론

홍콩의 높은 땅값과 지리적 한계는 초고층[81] 빌딩 건설을 정당화합니다.

고층 건물은 대개 땅값이 비싼 도심에 자리잡고 있습니다.고층건물을 짓는 것은 토지의 가격이 너무 비싸서 건축물의 연면적당 토지비용을 최소화하기 위하여 위로 건축하는 것이 경제적으로 합리적이라면 정당한 것이 됩니다.따라서 초고층 건물의 건설은 경제성에 의해 좌우되며 건축법이 건물의 높이를 제한하지 않는 한 대도시의 특정 지역에서 초고층 건물이 됩니다.

마천루는 작은 도시에서는 거의 볼 수 없고, 마천루 건설을 위해서는 높은 땅값이 매우 중요하기 때문에 대도시의 특징입니다.일반적으로 사무실, 상업용 및 호텔 이용자들만 도심의 임대료를 감당할 수 있으며 따라서 고층 건물의 대부분의 임차인들이 이 계층에 속합니다.

오늘날 고층건물은 대도시 중심부처럼 토지가 비싼 곳에서 볼 수 있는데, 이는 토지 단위 면적당 임대 가능한 층수의 비율이 높기 때문입니다.

매우 높은 고층 건물의 또 다른 단점은 수직 이동을 가능하게 하기 위해 많은 엘리베이터 샤프트가 필요하기 때문에 사용 가능한 바닥 공간이 손실된다는 것입니다.이것은 더 느린 분배 리프트로 갈아탈 수 있는 급행 리프트와 스카이 로비의 도입으로 이어졌습니다.

환경영향

런던의 30 St Mary Axe는 현대적인 환경친화적인 고층건물의 예입니다.

하나의 고층건물을 건설하기 위해서는 철재, 콘크리트, 유리와 같은 많은 양의 재료가 필요하며, 이 재료들은 상당한 구체화된 에너지를 나타냅니다.따라서 초고층 건물은 자재 및 에너지 집약적인 건물입니다.

마천루는 상당한 질량을 가지고 있어서 더 짧고 가벼운 건물보다 더 강한 기초를 요구합니다.건축에서, 건축 자재는 건축 중에 고층 건물의 꼭대기로 들어올려져야 하며, 더 낮은 높이에서 필요한 것보다 더 많은 에너지를 필요로 합니다.또한, 고층건물은 사용되는 가장 높은 층까지 음용수와 음용수가 펌핑되어야 하기 때문에 많은 전기를 소비하고, 고층건물은 보통 기계적으로 환기되도록 설계되고, 엘리베이터는 일반적으로 계단 대신 사용되며, 창문에서 멀리 떨어진 방 및 엘리베이터와 같은 창문이 없는 공간에는 전등이 필요합니다.토터, 욕실, 계단.

마천루는 인공 조명을 사용할 수 있으며 에너지 요구량은 온실가스 배출량이 적은 재생 에너지 또는 기타 발전으로 충당할 수 있습니다.고층 건물의 난방과 냉방은 중앙 집중식 HVAC 시스템, 열복사 차단 및 건물의 작은 표면적 때문에 효율적일 수 있습니다.초고층 건물에 대한 LEED(Leadership in Energy and Environmental Design) 인증이 있습니다.예를 들어, Empire State Building은 2011년 9월에 에너지 및 환경 디자인 부문에서 골드 리더십(Leadership in Energy and Environmental Design) 등급을 받았으며,[82] Empire State Building은 미국에서 가장 높은 LEED 인증을 받은 건물로 초고층 건물이 환경 친화적일 수 있음을 증명했습니다.영국 런던에 있는 30 세인트 메리 액스는 환경 친화적인 고층 건물의 또 다른 예입니다.

고층 건물의 저층부에서는 저층 건물에 필요한 것보다 건물 바닥 면적의 더 많은 비율을 건물 구조와 서비스에 할애해야 합니다.

  • 더 많은 구조 – 더 많은 층을 지지하기 위해서는 더 강력해야 하기 때문입니다.
  • 엘리베이터의 복잡함으로 인해 더 많은 리프트 샤프트가 필요하게 됩니다. 모든 사람들은 맨 아래로 들어오고 모든 사람들은 위층으로 올라가기 위해 건물의 아래 부분을 통과해야 합니다.
  • 건물 서비스 – 아래에서 전력과 물이 건물로 유입되어 위층으로 올라가기 위해서는 아래 층을 통과해야 합니다.

저층 구조의 경우 지지실(냉장고, 변압기, 보일러, 펌프공기 취급 장치)을 임대 가치가 낮은 지하실이나 지붕 공간에 설치할 수 있습니다.그러나 이 식물이 제공하는 지역에서 얼마나 멀리 위치할 수 있는지에는 한계가 있습니다.멀리 떨어져 있을수록 이 공장의 덕트 및 파이프용 라이저는 더 커지며, 이 라이저는 바닥 면적이 더 넓어집니다.실제로 이는 고층 건물의 경우 이 공장이 건물 상부의 간격을 두고 '플랜트 레벨'에 위치한다는 것을 의미합니다.

작전에너지

건물부문은 온실가스 배출량의 약 50%를 차지하고 있으며, 운영에너지는 건물관련 에너지 사용량의 80~90%를 차지하고 있습니다.[83]작동 에너지 사용은 내부와 외부 사이의 전도 크기, 침투 공기로부터의 대류, 그리고 글레이징을 통한 방사선에 의해 영향을 받습니다.이러한 요인들이 작동 에너지에 영향을 미치는 정도는 초고층 건물의 미세 기후에 따라 달라지는데, 초고층 건물의 높이가 증가함에 따라 풍속이 증가하고, 고도가 증가함에 따라 드라이 벌브 온도가 감소합니다.[83]예를 들어 1.5미터에서 284미터로 이동할 때 드라이 벌브 온도는 1.85Co 감소한 반면 풍속은 초속 2.46미터에서 초속 7.75미터로 증가했고, 이로 인해 뉴욕의 프리덤 타워를 참조하면 여름철 냉방은 2.4% 감소했습니다.그러나 동일한 건물의 경우 높은 고도에서 차양이 부족하여 남은 기간 동안 냉방 부하가 증가했기 때문에 연간 에너지 사용 강도가 9.26% 더 높은 것으로 나타났습니다. 반면 온도, 바람, 차양 및 반사의 영향으로 인해 총 13개가 발생했습니다.연간 에너지 사용 강도가 13% 증가합니다.[84]2013년 Leung and Ray에 의해 수행된 연구에서 0층에서 9층 사이의 구조물의 평균 에너지 사용 강도는 약 80 kBtu/ft/yr인 반면 50층 이상의 구조물의 에너지 사용 강도는 약 117 kBtu/ft/yr인 것으로 나타났습니다.그림 1을 참조하여 중간 높이가 에너지 사용 강도에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.30-39층 이상에서 에너지 사용 강도가 다소 감소한 것은 40-49층 사이의 지점에서 냉난방 및 급수 분배 시스템 내 압력이 증가하고 고층의 미세 기후로 인한 에너지 절감 효과를 볼 수 있기 때문으로 볼 수 있습니다.[85]같은 정보이지만 고층 건물에 대해서는 다른 연구가 필요하다는 데이터의 공백이 있습니다.

엘리베이터

고층 건물의 운영 에너지 증가의 일부는 엘리베이터의 사용과 관련이 있는데, 엘리베이터의 사용은 건물의 높이가 증가함에 따라 이동 거리와 이동 속도가 증가하기 때문입니다.고층 건물에서 소비되는 총 에너지의 5-25%는 엘리베이터 사용에서 발생합니다.건물의 높이가 높아질수록 더 높은 항력 및 마찰 손실이 발생하기 때문에 비효율적입니다.[86]

체화에너지

초고층 빌딩 건설과 관련된 구체적인 에너지는 사용되는 재료에 따라 달라집니다.구체화된 에너지는 물질 단위당 정량화됩니다.마천루는 원래 층이 많아질수록 사용 재료가 늘어나기 때문에 저층 건물보다 체화 에너지가 높습니다.그림 2와 그림 3은 20층에서 70층 사이의 건물을 대상으로 층 유형별 총 체화에너지와 층 유형별 단위 체화에너지를 비교한 것입니다.철골-콘크리트 바닥을 제외한 모든 층 유형에서 60층 이후에는 단위 체화에너지의 감소가 있었지만 모든 층을 고려했을 때는 높이에 대한 이중 의존으로 기하급수적인 증가가 있는 것으로 나타났습니다.첫째는 높이의 증가가 재료 사용량의 증가로 이어지는 관계이고, 둘째는 높이의 증가가 건물의 구조적 용량을 증가시키기 위한 요소의 크기의 증가로 이어지는 관계입니다.건축 자재를 신중하게 선택하면 제시된 범위 내에서 시공되는 층 수를 줄이지 않고도 구현된 에너지를 줄일 수 있습니다.[87]

체화탄소

구현된 에너지와 유사하게, 건물의 구현된 탄소는 건축을 위해 선택된 재료에 따라 달라집니다.그림 4와 그림 5는[where?] 층수 증가를 위한 다양한 구조 유형의 총 구현 탄소와 층수 증가에 따른 동일한 구조 유형의 연면적 제곱미터당 구현 탄소를 보여줍니다.두 가지 체화 탄소 측정 방법 모두 높이가 증가함에 따라 다시 증가하기 전에 체화 탄소가 가장 낮은 지점이 있음을 보여줍니다.전체 구현 탄소의 경우 구조 유형에 따라 다르지만 약 40층 또는 약 60층입니다.연면적 제곱미터의 경우, 가장 낮은 체화 탄소는 40층 또는 약 70층에서 발견되었습니다.[88]

대기오염

도시 지역에서는 건물의 구성이 바람 패턴을 악화시키고 오염 물질의 불균등한 분산을 초래할 수 있습니다.대기오염원 주변 건물 높이를 높이면 오염물질이 거의 없는 지역과 고농도 지역에서 각각 '데드존'과 '핫스팟'의 크기와 발생이 모두 증가했습니다.도 6은 건물 F의 높이가 케이스 1의 0.0315 단위에서 케이스 2의 0.2 단위로, 케이스 3의 0.6 단위로 증가하는 추이를 나타낸 것입니다.이러한 진행은 건물 F의 높이가 증가함에 따라 오염물질의 분산은 감소하지만 건물 클러스터 내의 농도는 증가하는 것을 보여줍니다.속도장의 변화는 그림에 표시된 것처럼 높이가 증가하는 것만이 아니라 새로운 건물의 건설에 의해서도 영향을 받을 수 있습니다.[89]도심이 계속해서 위쪽과 바깥쪽으로 확장됨에 따라, 현재의 속도장들은 도시 안의 높은 건물들 가까이에 오염된 공기를 계속 가두게 될 것입니다.특히 주요 도시 내에서, 대기 오염의 대부분은 자동차, 기차, 비행기 또는 보트 등 교통수단에서 발생합니다.도시의 무질서한 확산이 계속되고 오염물질이 계속 배출됨에 따라, 대기 오염물질은 이러한 도심 내에 계속 갇혀있을 것입니다.[90]다른 오염물질들은 다른 방법으로 인간의 건강에 해로울 수 있습니다.예를 들어, 차량 배기가스와 발전에서 발생하는 입자상 물질은 천식, 기관지염, 암을 유발할 수 있고, 모터 엔진 연소 과정에서 발생하는 이산화질소는 신경 기능 장애와 질식을 유발할 수 있습니다.[91]

LEED/녹색건축물등급

2015년 이후 세계에서 가장 높고 큰 LEED Platinum 인증 건물인 Shanghai Tower

다른 모든 건물과 마찬가지로, 설계 과정 초기에 지속 가능한 설계 방법을 도입하기 위한 특별한 조치를 취할 경우, LEED(Leadership in Energy and Environmental Design) 인증과 같은 녹색 건축물 등급을 획득할 수 있습니다.통합 설계 방식은 건물 전체에 긍정적인 영향을 미치는 설계 결정이 프로세스 초기에 이루어지도록 하는 데 중요합니다.초고층 건물의 규모가 크기 때문에 설계팀의 결정은 주변 지역사회에 미치는 건물의 영향, 공기와 물이 이동하는 방향에 미치는 건물의 영향, 공사과정의 영향 등 모든 요소를 고려해야 합니다.건물의 높이를 활용할 수 있는 초고층 건물의 건설에 사용될 수 있는 몇 가지 설계 방법이 있습니다.[92]건물의 높이가 증가함에 따라 존재하는 미세기후는 자연환기를 증가시키고 냉방부하를 감소시키며 일광을 증가시키는 이점을 이용할 수 있습니다.따뜻한 공기가 위로 이동하여 건물 내 공기의 이동을 증가시키는 스택 효과를 활용하여 자연 환기를 증가시킬 수 있습니다.스택 효과를 활용할 경우 건물은 화재의 심각성을 악화시킬 수도 있기 때문에 화재 분리 기술 설계에 각별히 주의해야 합니다.[93]마천루는 크기뿐만 아니라 대다수가 냉방 부하가 높은 일종의 사무용 건물로 사용된다는 사실 때문에 내부적으로 지배적인 건물로 여겨집니다.풍속이 증가하고 드라이 벌브 온도가 감소하면서 상층부에 생성된 미세 기후로 인해 열 외피를 통한 침투로 인해 냉방 부하는 자연스럽게 감소할 것입니다.고층 건물은 더 높은 고도에서 자연적으로 더 차가운 온도를 활용함으로써 냉각 부하를 수동적으로 줄일 수 있습니다.이 주장의 반대 측면은 다른 건물들이 더 높은 고도에서 차양이 없기 때문에 태양열 이득은 건물의 아래쪽 끝에 있는 층보다 더 높은 층에서 더 클 것입니다.냉방 부하를 증가시키지 않고 열 쾌적성을 보장하기 위해 과열 기간 동안 상부 층을 햇빛으로부터 가려주는 특별 조치를 취해야 합니다.[85]

마천루의 역사

20세기 초, 뉴욕은 보-아츠 건축 운동의 중심지였고, 스탠포드 화이트카레, 헤이스팅스와 같은 위대한 건축가들의 재능을 끌어 모았습니다.세기가 진행됨에 따라 더 나은 건설과 엔지니어링 기술을 이용할 수 있게 되면서, 뉴욕과 시카고는 세계에서 가장 높은 빌딩 경쟁의 중심지가 되었습니다.각 도시의 눈에 띄는 스카이라인은 20세기 건축의 아이콘인 수많은 다양한 마천루로 구성되어 있습니다.

  • 맨하탄에 있는 E. V. 하우아웃 빌딩은 1857년 3월 23일에 승객용 엘리베이터를 성공적으로 설치한 최초의 빌딩이었습니다.[94]
  • 맨하탄에 있는 Equitable Life Building은 승객용 엘리베이터가 설치된 최초의 사무용 건물이었습니다.[95][96]
  • 1884년에 지어진 시카고의 홈 인슈어런스 빌딩은 강철 골격을 가진 최초의 높은 건물이었습니다.[97]
  • 로어 맨하탄의 기존 구조물로 확장된 싱어 빌딩은 1908년 완공 당시 세계 최고층 빌딩이었습니다.어니스트 플래그(Ernest Flagg)가 디자인한 [98]높이는 612 피트(187 미터)였습니다.[99]
  • 플랫아이언 빌딩에서 매디슨 스퀘어 파크 건너편에 있는 메트로폴리탄 생명보험 회사 타워는 1909년에 완공되었을 때 세계에서 가장 높은 건물이었습니다.그것은 Napoleon LeBrun & Sons의 건축 회사에 의해 설계되었고 700피트 (210미터) 높이였습니다.[100]
  • 뉴욕 시청이 내려다보이는 신고딕 양식의 "상업의 대성당"인 울워스 빌딩카스 길버트가 설계했습니다.높이가 241m인 이 건물은 1913년 완공과 동시에 세계 최고층 건물이 되었으며, 1930년까지 이 건물의 명예를 유지했습니다.[101]
  • H. 크레이그 세브란스(H. Craig Servance)가 설계한 71층, 927피트(283미터) 높이의 네오 고딕 타워인 40스트리트(40 Wall Street)는 1930년 5월 한 달 동안 세계에서 가장 높은 건물이었습니다.[102][103]
  • 뉴욕의 크라이슬러 빌딩은 1930년 5월 말에 1,046피트(319미터)에 달하는 세계에서 가장 높은 빌딩으로 선두를 차지했습니다.[104]벽돌로 만들어진 외관을 가진 아르데코 스타일의 걸작인 윌리엄알렌이 디자인한 크라이슬러 빌딩은 오늘날까지 뉴욕 사람들이 가장 좋아하는 건물입니다.[105][106]
  • 맨해튼 크라이슬러에서 남쪽으로 9번가 떨어진 엠파이어 스테이트 빌딩은 1931년 1,250피트(381m), 102층 높이에서 정상에 올랐습니다.100층이 넘는 최초의 건물로 현대 아트 데코 스타일의 슈리브, 램, 하몬이 디자인했으며 뉴욕주라는 별명에서 이름을 따왔습니다.1951년에 추가된 안테나 마스트는 피너클 높이를 1,472 피트 (449 미터)로 높였고, 1984년에는 1,454 피트 (443 미터)로 낮췄습니다.[107]
  • 세계 무역 센터는 1970년 공식적으로 엠파이어 스테이트 빌딩을 넘어섰고, 1973년에 완공되었으며, 두 개의 높은 타워와 여러 개의 작은 빌딩으로 구성되었습니다.1972년에 완공된 세계 무역 센터의 노스 타워는 1973년에 시어스 타워에 추월당하기 전까지 잠시 동안 세계 최고층 빌딩이었습니다.완공 후, 2001년 9월 11일 테러 공격으로 건물들이 파괴되기 전까지 이 탑들은 28년 동안 서 있었습니다.
  • 윌리스 타워(이전의 시어스 타워)는 1974년에 완공되었습니다.파즐루르 칸이 설계한 "묶음 관" 구조 시스템을 사용한 최초의 건물이었습니다.그것은 1998년 페트로나스 타워스에 의해 높이에서 앞섰지만, 2010년 부르즈 칼리파가 모든 부문에서 앞설 때까지 일부 부문에서 가장 높았습니다.현재 원 월드 트레이드 센터(9/11 이후 지어진)와 뉴욕의 센트럴 파크 타워에 이어 미국에서 세 번째로 높은 건물입니다.

1998년 말레이시아 쿠알라룸푸르에 페트로나스 트윈 타워가 개장하면서 기록 수립의 모멘텀은 미국에서 다른 나라로 넘어갔습니다.세계 최고층 빌딩의 기록은 2004년 대만 타이페이에 타이페이 101이 개장한 이후 아시아에 남아있습니다.아랍 에미리트 연합국 두바이에 부르즈 할리파가 문을 열면서 세계 최고층 빌딩과 자립형 건축물을 포함한 많은 건축 기록들이 중동으로 옮겨왔습니다.

이러한 지리적 전환은 초고층 건물 설계에 대한 접근 방식의 변화를 수반합니다.20세기 대부분의 기간 동안 큰 건물들은 단순한 기하학적 형태를 취했습니다.이것은 세기 초 바우하우스 건축가들에 의해 형성된 "국제 양식" 또는 모더니즘 철학을 반영했습니다.1970년대에 세워진 윌리스 타워와 뉴욕의 세계 무역 센터 타워는 이 철학을 반영한 것입니다.이후 10년 동안 취향은 바뀌었고, 새로운 고층 건물들은 포스트모더니즘의 영향을 보이기 시작했습니다.설계에 대한 이러한 접근 방식은 기술적으로 현대적인 구조물을 만드는 데 종종 적응되고 재해석되는 역사적 요소 자체를 활용합니다.페트로나스 트윈 타워는 아시아의 건축과 이슬람 기하학적 원리를 떠올립니다.타이베이 101 또한 루이와 같은 고대의 문양을 포함하고 있기 때문에 탑의 전통을 반영하고 있습니다.부르즈 칼리파는 전통적인 이슬람 예술에서 영감을 끌어냅니다.최근 몇 년 동안 건축가들은 세계 어느 지역에 세워지면 집에서 똑같이 나타나지 않지만, 그들이 서 있는 곳에서 번성하는 문화를 반영하는 구조물을 만들기 위해 노력했습니다.[citation needed]

다음 목록은 피너클이 아닌 지붕의 높이를 측정합니다.[108][failed verification]더 일반적인 게이지는 "가장 높은 건축 세부 사항"입니다. 그러한 순위에는 1996년에 지어진 페트로나스 타워가 포함되었을 것입니다.

지었다. 건물 도시 나라 오피셜 플로어 피너클 현황
1870 에퀴터블 라이프 빌딩 뉴욕 미국 43m 142피트 8 1912년 화재로 소실됨
1889 오디토리움 빌딩 시카고 82m 269피트 17 106m 349피트 서 있는
1890 뉴욕 월드 빌딩 뉴욕 94m 309피트 20 106m 349피트 1955년 철거
1894 필라델피아 시청 필라델피아 155.8m 511피트 9 167m 548피트 서 있는
1908 싱어 빌딩 뉴욕 187미터 612피트 47 1968년 철거
1909 메트라이프 타워 213m 700피트 50 서 있는
1913 울워스 빌딩 241m 792피트 57 서 있는
1930 월스트리트 40번지 282m 925피트 70 283m 927피트 서 있는
1930 크라이슬러 빌딩 319m 1046피트 77 319m 1,046피트 서 있는
1931 엠파이어 스테이트 빌딩 381m 1,250 피트 102 443m 1,454피트 서 있는
1972 세계무역센터 (North Tower) 417m 1,368피트 110 526.8m 1,728피트 2001년 9·11 테러로 파괴
1974 윌리스 타워 (구 시어스 타워) 시카고 442m 1,450 피트 110 527.3m 1,729피트 서 있는
1996 페트로나스 타워스 쿠알라룸푸르 말레이시아 451.9m 1,483피트 88 451.9m 1,483피트 서 있는
2004 타이베이 101 타이페이 타이완 508.3m 1,667피트 101 509.2m 1,668피트 서 있는
2010 부르즈 칼리파 두바이 아랍에미리트 828m 2,717피트 163 829.8m 2,722피트 서 있는

갤러리

앞으로의 전개

쿠웨이트의 부르즈 무바라크 알 카비르와 바쿠아제르바이잔 타워를 포함한 그러한 구조물에 대한 제안들이 제시되었습니다.킬로미터가 넘는 구조물은 결국 새로운 건축 범주에 들어갈 수 있는 건축적 과제를 제시합니다.[109]1킬로미터 이상 높이로 건설 중인 첫 번째 건물은 제다 타워입니다.

목조 마천루

몇몇 목조 고층 건물 디자인들이 설계되고 지어졌습니다.노르웨이 베르겐의 '트리' 또는 '더 트리'로 알려진 14층짜리 주택 프로젝트가 2015년 말 완공되었을 때 세계에서 가장 높은 목재 아파트 블록이 되었습니다.[110]트리의 기록은 2016년 9월 완공되었을 때 캐나다 브리티시 콜롬비아 대학의 18층짜리 목조 기숙사인 브록 커먼즈에 의해 가려졌습니다.[111]

스웨덴 스톡홀름에 건축가 안데르스 베렌손이 제안한 40층짜리 주거용 건물 '트래토펜'.[112]트래토펜은 스톡홀름에서 가장 높은 건물이 될 것이지만, 당장 공사를 시작할 계획은 없습니다.[113]현재 계획 중인 가장 높은 목재 고층 건물은 도쿄에 있는 70층짜리 W350 프로젝트로, 일본의 목재 제품 회사인 스미토모 임업 주식회사가 2041년에 350주년을 기념하기 위해 지을 예정입니다.[114]80층짜리 목재 고층 건물인 리버 비치 타워는 건축가 Perkins + Will캠브리지 대학을 포함한 팀에 의해 제안되었습니다.일리노이주 시카고시카고 강둑에 있는 리버 비치 타워는 10층이 더 있음에도 불구하고 W350 프로젝트보다 348피트 더 짧을 것입니다.[115][114]

목조 고층 건물은 등가 철근 콘크리트 구조물 무게의 약 1/4에 해당하며 건물 탄소 발자국을 60-75% 감소시키는 것으로 추정됩니다.건축물은 목조 구조물에 더 높은 강성과 강도를 부여하는 교차 적층 목재(CLT)를 사용하여 설계되었습니다.[116]CLT 패널은 조립식이므로 건축 시간을 절약할 수 있습니다.[117]

참고 항목

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