한층에서 바닥의 단차를 두려면 - 스킵플로어
경사지에 건축하려는 지하1층 지상 3층의 가상의 건축물이라 합니다. 공간의 구성이나 지형을 이용하기 위해 어쩔 수 없이 스킵플로어를 만들어야 할 경우 규모에 상관없이 어떤 구조적 사항들을 검토해야 할까요?
1. 경사지 스킵 플로어의 주요 보강 계획
경사지에 스킵 플로어를 배치할 때는 단순히 내부 단차를 처리하는 것을 넘어, 지반과 맞닿는 하부 구조의 강성이 핵심입니다. 특히 경사지는 한쪽은 지반에 묻히고 한쪽은 노출되는 '편토압' 문제와 지반의 높이 차이로 인한 '부등침하' 위험이 공존하겠지요.
토압 저항 전단벽 배치: 경사면을 따라 발생하는 토압(Earth Pressure)을 견디기 위해 지반과 접한 부위에는 강력한 RC 전단벽을 배치해야 합니다. 스킵 플로어의 단차 지점이 이 전단벽과 만날 경우, 단차 부위를 별도의 지지점으로 활용하여 토압을 분산시키는 설계가 필요합니다.
다이어프램 콜렉터(Collector) 강화: 바닥판이 끊기는 지점(1층과 1.5층 사이 등)에서 수평 하중이 끊기지 않도록, 단차 구간의 보(Beam)나 벽체를 드래그 수집재나 스트럿(Drag Strut)으로 설계하여 하중을 반대편의 전단벽까지 확실히 전달해야 합니다.
기초의 일체화: 경사지는 기초의 높이가 달라지기 쉽습니다. 이때 기초가 따로 놀지 않도록 지중보를 배치하여 건물의 하부가 하나의 거대한 상자(Box)처럼 거동하도록 일체화해야 합니다.
2. 하이브리드 구조(RC + 목조/철골)의 활용
경사지 스킵 플로어에서 가장 권장되는 방식은 지반과 접하는 하부는 철근콘크리트(RC)조로, 상부 공간은 목조나 철골조로 구성하는 하이브리드 시스템입니다.
① RC + 목조 하이브리드 (가장 일반적인 형태)
기능 분담: 지반의 습기와 토압에 직접 노출되는 지하~1층 단차 구간은 RC조가 담당하고, 그 위로 가벼운 목조 구조를 올립니다.
역학적 이점: 건물의 무게 중심이 아래로 쏠리게 되어 경사지에서의 전도(Overturning) 위험을 낮추고, 목조의 유연성이 지진 에너지를 흡수하는 상호 보완적 효과를 냅니다.
주의사항: RC와 목조가 만나는 접합부(Sill Plate)의 앵커 볼트 정착과 전단력 전달 설계가 매우 정밀해야 합니다.
② 철골조 + 목조/RC 하이브리드
장스팬 구현: 스킵 플로어의 개방감을 극대화하기 위해 기둥 없는 넓은 거실이 필요하다면 철골 보를 활용합니다.
비정형 거동 제어: 철골 프레임은 목조보다 강성이 높으므로, 스킵 플로어의 비정형성으로 인한 뒤틀림(Torsion)을 효과적으로 억제할 수 있습니다.
단점 보완: 철골의 열교(Heat Bridge) 문제를 목조의 단열 성능으로 보완하는 설계가 가능합니다.
3. 내진 설계 시 고려해야 할 '비정형성' 보강
경사지 스킵 플로어는 강성 비정형과 중량 비정형이 동시에 발생하기 쉽습니다.
비틀림(Torsion) 제어: 지반에 고정된 쪽은 단단하고 노출된 쪽은 유연하기 때문에 지진 시 건물이 한쪽으로 회전하려는 성질이 강해집니다. 이를 막기 위해 노출된 쪽(유연한 쪽)에 브레이싱(철골)이나 고강성 전단벽을 추가 배치하여 강성 균형을 맞춰야 합니다.
접합부 상세: 단차가 발생하는 수직 요소들(기둥-보 접합부)은 일반 구조보다 충분한 안전율을 갖도록 설계하는 것이 안전합니다.
★★★ 현장에서 느낀점
하자진단시 어떤 건축물은 규모가 작다고 하여 이런 스킵플로어를 소규모건축기준을 적용하여 단순 설계하는 경향들이 있습니다. 물론 정적인 수직하중에 대해서는 안전하다고 할 수 있겠지만 문제는 지진이나 우수를 동반한 태풍등을 받을때를 대비하려면 토압과 비정형성 검토를 포함한 일반구조설계를 하여야 합니다. 간편하고 쉽게 일을 하는 것은 좋지만 그렇다고 무분별하게 시공하는 현장들이 있어 주의가 요구 됩니다.
