튜브구조 (tube structure)
쉽게 풀면
튜브구조는 건물의 바깥 껍데기 자체를 하나의 굵은 기둥처럼 만드는 생각입니다. 외곽에 기둥을 촘촘히 세우고 층마다 깊은 보로 단단히 묶으면, 건물 전체가 땅에 꽂힌 속 빈 사각 기둥처럼 바람과 지진에 버팁니다. 저항하는 단면이 건물 평면만큼 커지기 때문에 매우 효율적입니다. 규모가 더 커지면 여러 개의 튜브를 다발로 묶는 방식도 씁니다.
왜 중요한가
초고층에서 구조 효율은 곧 재료비와 층고, 임대면적을 좌우합니다. 튜브구조는 수평력 저항을 외곽에 몰아 주어 내부에 큰 무주 공간을 확보할 수 있게 해 준 개념으로, 20세기 후반 초고층 건축의 전형을 만들었습니다. 오늘날에도 다이아그리드나 아웃리거 등 파생 형식의 출발점으로 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
튜브구조의 약점인 전단지연을 평면 분할로 보완한 사례를 설명합니다.
기둥 간격과 보 강성이 튜브 효과를 좌우한다는 설계 원리를 보여 줍니다.
조금 더 깊게 보면
이상적인 튜브라면 바람 방향과 나란한 면의 기둥에 축력이 선형으로 분포해야 하지만, 실제로는 스팬드럴 보의 변형 때문에 모서리 기둥에 힘이 몰리고 중앙 기둥은 덜 받는 전단지연이 나타납니다. 이를 줄이려고 기둥 간격을 좁히거나 보를 깊게 하고, 외곽에 대각 가새를 두른 가새튜브, 평면을 여러 통으로 나눈 묶음튜브 같은 변형이 개발되었습니다. 외곽에 부재가 많아지면 조망과 채광이 제약되므로 계획적 절충이 뒤따릅니다.
주의할 점
튜브구조는 수평력을 건물 외곽이 주로 담당하는 방식이라는 점에서, 중앙 코어월이 주로 담당하는 코어 중심 방식과 구분됩니다. 커튼월처럼 하중을 받지 않는 외피와도 다른 개념으로, 튜브의 외곽 부재는 명백한 구조부재입니다.