Nord-Lock 와셔는 경이로운 건축물을 안전하게 보호합니다.
함부르크의 엘베 강 바로 옆에 HafenCity 도시 개발 프로젝트의 일부로 웨스트필드 함부르크 우버세쿼티에(Westfield Hamburg-Überseequartier)이 건설되었습니다. 지속 가능성에 중점을 두고 웨스트필드사가 개발한 이 지역에는 사무실, 레스토랑, 그리고 현대적이고 활기찬 도심에 필수적인 거의 모든 시설이 갖추어져 있습니다.
함부르크 우버세쿼티에을 방문하는 사람들은 그 특유의 건축 양식에 강한 인상을 받습니다. 그중에서도 특히 시선을 사로잡는 것은 독일의 유명 건축가 베르너 소벡(Werner Sobek)이 설계한 내부의 유리 지붕입니다. 수천 개의 유니크한 패널로 구성된 이 지붕은 공상과학 영화를 연상케 하는 모습으로, 함부르크 우버세쿼티에의 미래 지향적이고 도시적인 정체성을 정확하게 표현하고 있습니다.
2024 Roschmann. All rights reserved
철골 구조물용 유리 외장 전문 업체인 로스만 그룹(Roschmann Group)은 로잔에 있는 국제올림픽위원회 본부와 에펠탑의 방문자 센터를 비롯한 다양한 프로젝트를 수행한 바 있으며, 이 프로젝트에서 베르너 소벡의 비전을 현실로 구현하는 과제를 맡았습니다.
지붕의 웅장함이 한눈에 들어오는 것과는 달리, 지붕을 구현하는 데 필요한 볼트 체결 작업은 결코 쉽지 않았습니다.
볼트 체결부의 다양한 장점
유니크한 디자인의 패널 외에도, 지붕 구조는 강도, 안정성, 저중량, 심미성이 가장 중요시되는 넓게 뻗은 구조물에 이상적인 중공 섹션으로 구성되어 있습니다.
초기에는 접합부 용접을 결합 솔루션으로 고려했지만, 로스만은 이 방법이 해결하기 어려운 문제들을 수반한다는 것을 깨닫고 볼트 체결부를 결합 솔루션으로 추가하기로 결정했습니다.
“용접된 접합부만을 고집했다면, 매우 복잡하고 많은 시간이 소요되었을 것이고, 건설 현장에서 많은 조립 작업과 추가적인 연결부가 필요했을 것입니다”라고 로스만사의 연구개발 책임자인 마이클 스콥(Michael Skopp)과 프로젝트 매니저인 르네 헤셀바르트(René Hesselbarth)가 말했습니다.
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볼트 체결부가 불러온 장점은 여러 가지가 있었습니다. 첫째, 볼트 체결부로 인한 시간 효율성은 Roschmann이 프로젝트를 수주하는 데 핵심적인 요소였습니다. 둘째, 모든 체결부를 현장에서 조립할 필요가 없어 지붕의 개별 섹션을 외부에서 사전 제작할 수 있었기 때문에 물류와 계획 수립이 보다 수월해졌습니다. 그중에서도 볼트 체결부의 가장 큰 장점은 유연성이었습니다.
“지붕의 각 조각은 수 톤의 무게가 나가기 때문에 건설용 크레인을 이용해 위치를 잡아야 했습니다. 접합부가 용접된 상태에서는 일단 조립이 완료된 후에는 각 조각의 위치를 확인하고 수정하는 것이 불가능합니다. 그러나 볼트로 체결된 상태에서는 위치를 다시 수정하고 미세하게 조정할 수 있기 때문에 상당한 유연성을 확보할 수 있었습니다."라고 마이클 스콥과 르네 헤셀바르트는 말합니다.
움직이는 지붕
지붕이 미세하게 움직일 수 있도록 하기 위해서는 재정렬 능력과 및 정확한 사전 체결력 값에 맞도록 토크를 가할 수 있는 능력도 필요했습니다. 이를 위해 로스만사는 중공 섹션 애플리케이션을 전문으로 하는 엔지니어링 회사인 튜브 및 중공 섹션 역량 센터(The Center of Competence for Tubes and Hollow Sections, CCTH)에 문의하여 이를 가능하게 하는 사전 체결력을 산출했습니다.
“전체 구조는 매우 구체적인 사전 설정된 체결력 범위에 크게 의존합니다"라고 CCTH의 전무이사인 슈테판 헤리온(Stefan Herion) 박사는 말합니다. ”그래서 시공 과정에서 약간의 움직임이 있을 수 있다는 점을 고려하여 볼트에 적절한 수준의 체결력을 가해 두어야 했습니다.”
지붕 구조의 접합부가 안정적으로 힘을 지지하면서도 일정 수준의 움직임이 허용되도록 하는 데 필요한 체결력을 파악한 이후, 다음 단계는 그 체결력이 정확하게 적용되도록 하는 것이었습니다. 이를 위해 뮌헨 응용과학대학에서 체결력 테스트를 실시했습니다.
이 외에도 볼트 제조업체인 어거스트 프리드베르크(August Friedberg GmbH)는 로스만과 CCTH와 협력하여 볼트 체결부의 토크와 체결력 특성을 유지할 수 있는 솔루션을 찾아냈습니다. 이 독일 회사는 다양한 산업 분야에 볼트 체결 솔루션을 제공하고 있으며, 이 프로젝트에서는 매우 정교한 윤활 솔루션을 제공했습니다.
“우리의 임무는 볼트 체결 솔루션에 일정한 체결력을 부여할 수 있고, 시간이 지나도 안정적으로 유지되며, 편차가 최소화되는 윤활제를 찾는 것이었습니다"라고 프리드베르크의 연구개발 책임자인 셀쿠크 구레스(Selcuk Güres) 박사는 말합니다.
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프리드버그는 신개발한 AF Pro 윤활제를 적용했는데, 이 윤활제는 토크와 체결력 관련 요구사항을 충족하는 것 외에도 함부르크의 습하고 비가 많은 해양성 기후와 관련된 환경적 문제에도 견딜 수 있습니다. 또한, 볼트 헤드와 나사산의 표면에 부분적으로 윤활유를 도포하는 일반적인 방법은 5,000개가 넘는 다양한 크기의 볼트를 윤활하는 데 너무 많은 시간이 소요될 것임이 분명했습니다. 따라서 프리드버그는 볼트 전체에 윤활유를 도포하는 특별한 자동화 솔루션을 고안해 냈습니다.
특별한 볼트 체결
지붕 시공에서 볼트 체결 문제는 여러 가지 이유로 독특하고 까다로운 문제였습니다. 앞서 언급했듯이, 지붕에 유연성을 부여하여 약간의 움직임을 감당할 수 있도록 하기 위해 필요한 계산된 체결력은 규정 수준에 미치지 못했습니다. 이는 비체결 상태도, 체결 상태도 아니었기 때문이었습니다.
볼트를 체결하는 것을 더욱 어렵게 하고, 규제되고 표준화된 프로토콜을 적용할 수 없게 만든 또 다른 요인은 볼트와 와셔가 결합된 부품이 중공 섹션 내부에 들어간다는 점입니다. 이를 “블라인드 홀 체결(Blind hole connection)”이라고도 하는데, 볼트 체결부가 육안으로 보이지 않는다는 의미입니다. 이 지붕 구조에서는 체결부가 클립 플레이트로 덮여 있었습니다.
“블라인드 홀 체결부는 지붕의 건축미에 결정적인 역할을 했습니다. 그 아래에 서 있으면 용접 흔적이나 볼트, 너트가 보이지 않기 때문에 전체 구조가 어떻게 결합되어 있는지 알아볼 수 없습니다."라고 스테판 헤리온(Stefan Herion)은 말합니다.
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체결력이 완벽하게 부여되지 않은 볼트 체결부와 종 방향의 단일 볼트를 사용한 블라인드 홀 체결부의 조합은 스테판 헤리온과 그의 동료들에게 유례없이 도전적인 시공 과제였습니다.
또한, 프리드버그에게는 몇 가지 측면에서 이번 지붕 건설 프로젝트 작업이 매우 이례적이었습니다.
"일반적으로 독일의 철골 건축 표준은 특정 볼트와 함께 사용할 수 있는 너트 및 체결부 유형을 규정하고 있습니다. 이 경우, 전체 윤활 처리된 HV 볼트와 쐐기 잠금 와셔의 조합을 볼트 헤드에 토크를 가하여 블라인드 탭홀에 설치하는 것은 표준에서 벗어난 것일 수 있습니다.”라고 셀쿠크 구레스 박사는 설명합니다.
지붕 구조에 있는 블라인드 홀 연결부를 자세히 살펴보세요. 중공 섹션의 반대쪽에는 볼트 체결부가 다른 중공 섹션이 아닌 견고한 소재의 구조물에 고정되어 있습니다.
프리드버그에게 토크와 체결력 사이의 관계와 윤활 사용을 최적화하는 방법을 이해한다는 것은 지붕의 최종 애플리케이션에 사용될 모든 구성 요소에 대한 광범위한 테스트 수행을 의미했습니다.
이로 인해 “볼트로 체결된 체결부가 거대한 유리 패널 아래의 밀폐된 블라인드 홀에 설치되어 있기 때문에 유지 보수는 어떻게 이루어지는가?”라는 중요한 질문이 제기됩니다. 그리고 그 질문에 대한 답은 “불가능하다"였습니다.
수많은 볼트 체결법 사이에서 빛을 발하다
로스만은 볼트 체결부에 접근할 수 없는 상황에서도 체결력이 계산된 간격 내에서 유지되도록 조치를 취해야 했습니다. 따라서, CCTH와 로스만은 그들이 자체 규정하여 표준화되지 않고, 완전한 체결력이 적용되지 않은 지붕의 연결부를 고정할 수 있으면서도 유지 보수가 필요 없는 볼트 체결 솔루션이 필요했습니다. 이러한 까다로운 전제 조건을 고려할 때, CCTH의 스테판 헤리온은 본능적으로 Nord-Lock을 떠올렸습니다.
“제가 Nord-Lock 와셔를 처음 접한 것은 정커 테스트 영상을 통해서였는데, 영상 속에서 이 와셔는 극한의 진동에서도 체결력을 유지하는 능력을 명확하게 보여 주었습니다.”라고 스테판 헤리온은 말합니다.
그 이후로 스테판 헤리온은 수많은 건설 프로젝트에서 Nord-Lock과 협력해 왔으며, 그때마다 정교하고 핵심적인 구조물의 무결성을 보장하는 Nord-Lock 와셔의 성능에 대해 더 큰 확신을 갖게 되었습니다. 표준 프로토콜을 따르지 않고 매우 구체적인 체결력이 요구됐던 이 프로젝트에서 볼트 체결 방식은 설치 후에도 안정적으로 유지되는지를 확실하게 보장해야 했습니다.
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스테판과 그의 동료인 올리버 플라이셔 박사는 로스만의 책임 엔지니어와 함께 볼트 체결에 대한 대안을 논의했습니다. 체결력을 유지하기 위해 접착제를 사용하는 또 다른 옵션은 건설 업계에서 허용되는 방법이 아니며 조립 중에 재조정이 불가능했습니다. 이처럼 다른 볼트 체결 방식들의 단점을 고려했을 때 Nord-Lock 와셔야말로 최적의 솔루션이었습니다.
"논의는 비교적 빠르게 진행되었습니다. 우리에게 필요한 것은 표면을 눌러 고정할 수 있을 만큼 높은 체결력을 유지시켜주는 솔루션이었습니다. 약간의 체결력 손실만으로도 균열이 발생하고 치명적인 결과를 초래할 수 있었기 때문입니다. 또한 체결력을 정확하게 맞추고 지붕을 완벽하게 조립하는 데 필수적인 토크 해제가 가능한 솔루션은 Nord-Lock 와셔가 유일했습니다.”라고 마이클 스콥와 르네 헤셀바르트는 말합니다.
CCTH와 마찬가지로 로스만은 이전에도 글라스 파사드(Glass façade) 프로젝트에 Nord-Lock 와셔를 채택한 적이 있습니다. 함부르크 우버세쿼티에(Hamburg Überseequartier)의 지붕은 그 목록을 확장시킨 프로젝트였습니다.
이론을 현실로 구현하는 볼팅 파트너
체결력 강도, 윤활, 고정 방법 등 적합한 볼트 체결 솔루션을 파악하는 것은 웨버 소벡의 비전을 수십 년간 안전하고 견고하게 유지될 수 있는 실제 건축물로 구현하는 데 핵심적인 역할을 했습니다.
이 스토리의 모든 과정에서 알 수 있듯이 지붕 아래에서 느낄 수 있는 경외감의 이면에는 이를 실현하기 위한 수많은 계산과 테스트 과정이 숨어 있었습니다. 고도의 엔지니어링, 수학적 이론, 그리고 이를 통해 구현된 실제 건축 사이의 관계는 마이클 스콥와 르네 헤셀바르트가 이 프로젝트에서 가장 가치 있는 부분으로 꼽는 요소입니다.
"프로젝트가 막바지에 이르렀을 때 저는 지붕 위로 올라갔었습니다. 그때 공사 인부 중 한 명이 합류했고 그가 걸을 때마다 지붕의 움직임을 느낄 수 있었습니다. 그 모든 계산과 가정이 이 모든 것을 가능하게 했다는 사실을 아는 것만으로도 정말 멋진 일이었습니다."
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하지만 엔지니어링 이외에도 이 정도 규모의 프로젝트가 촉박한 일정 속에서도 계획대로 순조롭게 진행되기 위해서는 단시간에 업무를 조율하는 능력이 무엇보다 중요하다고 로스만은 강조합니다.
"시간이 많지 않았기 때문에 효율성이 가장 중요했습니다. 이것이 바로 Nord-Lock을 선택한 결정적인 이유이기도 합니다. Nord-Lock 와셔가 지붕의 모든 특수한 요구 조건을 충족할 수 있다는 것을 알고 있었을 뿐만 아니라, 그들은 협력적이고 신속하게 대응해 주는 파트너라는 것을 확인할 수 있었습니다."
