[비즈월드] 건설업계에서 모듈러 건축이 대세로 떠오르고 있다. 모듈러 건축은 주요 구조물을 공장에서 미리 제작하고 현장으로 운송해 조립하는 방식으로 지어지기 때문에 공사 기간을 획기적으로 단축할 수 있다. 건설사들은 기존 건설 패러다임을 깰 모듈러 건축을 신성장동력으로 삼기 위해 기술개발에 열중하고 있다. 비즈월드가 업계의 건설모듈 특허를 소개한다. [편집자 주]

모듈러 건물은 모듈러 유닛 여러 개를 조립해 완성된다. 모듈러 유닛을 레고 블록의 한 조각으로, 모듈러 건물을 완성된 레고 작품으로 생각하면 편하다.

고층 모듈러 건물을 짓기 위해 모듈러 유닛을 수직으로 쌓으면 아래쪽으로 부담되는 하중은 으레 증가한다. 증가하는 하중을 수용하기 위해서는 모듈러 유닛의 기둥 단면 크기가 커져야 한다.

또 평면의 내측·외측에 위치하는 기둥의 강성 차이 때문에 발생하는 횡하중에 저항하기 위해선 외측에 위치한 기둥 단면의 크기가 내측보다 커야 한다.

문제는 기존 모듈러 유닛은 제작 편의를 위해 모두 같은 형상을 가진다는 점이다. 고층 모듈러 건물을 지으려고 각각 다른 단면을 형성하려면 두 번 작업해야 해 빠른 시공이라는 모듈러 건축의 장점이 사라진다. 여기에 기둥 단면을 늘리면 내부 공간이 부족해지고 다른 모듈러 유닛과 맞아들지 않는다는 문제가 있다.

초고층 모듈러 건물 시공을 위한 획기적인 기술이 필요한 상황에서 현대엔지니어링(대표 홍현성)이 하중의 크기에 따라 기둥을 확장할 수 있는 ‘확장형 기둥 구조를 갖는 모듈러 유닛’을 개발하고 특허까지 보유하고 있는 것으로 확인됐다.

23일 비즈월드가 특허정보검색서비스 키프리스를 통해 확인한 결과, 현대엔지니어링의 ‘확장형 기둥 구조를 갖는 초고층형 모듈러 유닛 및 이를 이용한 구조물’은 지난 2016년 8월 출원(출원번호 제1020160111488호)돼 2018년 10월 특허(등록번호 제101907746호)로 등록됐다.

확장형 기둥 구조를 갖는 모듈러 유닛은 기둥과 보의 접합부에 확장형 브라켓을 구성하며 하중이 증가하는 저층부로 갈수록 기둥 단면을 확장할 수 있도록 했다. 확장형 브라켓에 기둥이 결합하는 구조다. 이를 통해 모듈러 유닛의 과대 설계나 별도의 보강재 없이도 초고층 모듈러 건물을 시공할 수 있다.

또 천정재와 바닥판을 모듈러 유닛의 천정보와 바닥보에 미리 제작하고 현장에서는 확장형 브라켓에 기둥만 조립하면 되기 때문에 운반·시공이 쉽고 공사 기간도 대폭 단축된다.

내부 공간도 줄어들지 않는다. 확장한 기둥은 천장보·바닥보 사이에 위치해 구조물 시공 이후 벽체에 매립된다. 즉 확장한 기둥의 개수와는 상관없는 내부 공간이 확보된다.

확장형 기둥 구조를 갖는 모듈러 유닛은 일반적인 모듈러 유닛과 같은 육면체 형상이다. 장방형(직사각형)의 천정보·바닥보·기둥으로 이뤄지고 보와 기둥의 결합부에는 확장형 브라켓이 구성된다. 확장형 브라켓을 통해 전체 구조물이 수용할 하중의 크기에 따라 기둥 단면을 확장할 수 있어 초고층 모듈러 건물을 시공할 수 있다.

확장형 브라켓은 상부 확장형 브라켓과 하부 확장형 브라켓으로 나뉜다. 각 브라켓은 같은 형태다. 브라켓은 한쪽 면이 열린 ‘ㄷ형’ 단면을 가져 모듈러 유닛끼리 결합할 때 볼트 체결이 쉽다. 결합·해체가 쉬우니 시공성이 향상된다.

각 브라켓에는 확장부가 있다. 확장부에 스티프너(강도·강성을 늘리는 보강재)를 추가할 수 있다. 열린 단면으로 구성되는 확장부에 스티프너를 형성해 보강하는 식이다. 스티프너로 보강하더라고 상·하층 모듈러 유닛을 연결할 수 있다. 스티프너를 일부 절개해 개구부를 형성하면 된다.

모듈러 유닛의 기둥 중 모듈러 유닛 구조물의 외주 면에 위치하는 기둥을 외측 기둥으로 구성하고 모듈러 유닛 구조물의 내측에 위치하는 기둥을 내측 기둥으로 구성한다. 전체 구조물에서 수용할 하중의 크기에 따라 기둥 단면을 확장한다.

확장형 기둥 구조를 갖는 모듈러 유닛을 이용해 초고층 모듈러 건물을 시공하는 법은 다음과 같다. 모듈러 유닛의 외측 기둥이 외측으로 배치되고 내측 기둥이 내측으로 배치되도록 하며 수평·수직으로 적층한다. 여기에 확장형 기둥을 결합해 상층에서 하층으로 갈수록 외측 기둥 단면이 확장되도록 한다.

저층부만 기둥 보강 작업을 하고 고층부에는 따로 작업하지 않아도 돼 부재도 절감되고 시공성까지 확보된다. 각 모듈러 유닛은 강접합으로 철골 특수모멘트골조 수준의 내진 성능을 확보할 수 있도록 했다.

현대엔지니어링 관계자는 “모듈러 유닛의 기둥·보의 접합부에 확장형 브라켓을 구성해 하중이 늘어나는 저층부로 갈수록 기둥 단면을 확장할 수 있어 초고층 모듈러 건물을 시공할 수 있다”며 “앞으로도 혁신적 기술개발을 통해 모듈러 건축시장을 선점하겠다”고 말했다.

[비즈월드=나영찬 기자 / na@bizwnews.com]