뮌헨 올림픽 경기장 — 기둥에 매단 케이블 그물과 4mm 아크릴로 7만㎡를 덮은 인장 지붕의 구조
CABLE NET ROOF
뮌헨 올림픽 경기장 지붕은 어떻게 떠 있나
기둥에 매단 케이블 그물과 4mm 아크릴
누르는 힘 대신 당기는 힘만으로 7만㎡가 넘는 지붕을 띄운
1972년의 구조를 재료·시공의 시선으로 읽습니다.
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| 하늘에서 본 뮌헨 올림픽공원. 위쪽이 올림픽 경기장이고, 아래쪽 체육관과 수영장까지 같은 방식의 지붕이 물결처럼 이어진다. 출처: Wikimedia Commons · Sandro Halank · CC BY-SA 4.0 |
독일 뮌헨 올림픽공원의 올림픽 경기장 지붕(Olympiadach)은 멀리서 보면 커다란 천막처럼 보입니다. 그런데 가까이 가 보면 천이 아니라 강철 케이블을 75cm 간격으로 엮은 그물에 투명한 아크릴판을 붙인 것입니다. 경기장과 체육관, 수영장을 이어 덮은 이 지붕의 면적은 자료에 따라 약 7만 4천~7만 8천㎡입니다.
엔지니어의 눈으로 보면 이 지붕의 핵심은 모양보다 힘의 종류에 있습니다. 대부분의 지붕은 보와 기둥이 무게를 아래로 누르는 힘(압축)으로 버팁니다. 이 지붕은 거의 모든 부재가 당기는 힘(인장)만 받습니다. 이 글은 그 원리를 그물, 케이블, 기둥, 땅의 앵커 순서로 따라가며 읽습니다.
※ 이 지붕의 공식 구조도면은 공개된 것을 찾지 못했습니다. 본문의 그림 3개는 공개 자료에 나온 사실을 바탕으로 필자가 그린 개념도이며, 실제 치수나 형상을 나타내는 공식 도면이 아닙니다. 사진은 모두 위키미디어 커먼즈의 실제 현장 사진입니다.
① 나무 막대와 스타킹으로 시작한 지붕
뮌헨은 1966년에 1972년 하계 올림픽 개최지로 정해졌습니다. 1967년 열린 올림픽공원 설계 공모에는 100점이 넘는 안이 들어왔고, 그해 10월 슈투트가르트의 베니쉬 사무소(Behnisch & Partner) 안이 뽑혔습니다. 위키백과와 독일 기술 매체 ingenieur.de에 따르면 이 안의 공모 모형은 나무 막대로 기둥을 세우고 여성용 스타킹을 씌워 지붕을 표현한 것이었습니다.
스타킹은 당기면 저절로 팽팽한 곡면이 됩니다. 문제는 이것을 실제 크기로 짓는 일이었습니다. 베니쉬는 1967년 몬트리올 엑스포 독일관에서 케이블 천막 지붕을 만든 프라이 오토(Frei Otto)를 불렀습니다. 구조 설계는 레온하르트·안드레 사무소(Leonhardt und Andrä)가 맡았고, 요르크 슐라이히(Jörg Schlaich)가 실무를 이끌었습니다.
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| 관중석 위를 덮은 지붕. 굵은 보 하나 없이 가는 케이블 그물과 투명판이 넓은 곡면을 이룬다. 출처: Wikimedia Commons · Jorge Royan · CC BY-SA 3.0 |
| 위치 | 독일 뮌헨, 올림픽공원 |
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| 설계 | 베니쉬 사무소 · 프라이 오토 · 구조 레온하르트·안드레 사무소(요르크 슐라이히) |
| 시기 | 1967년 공모 당선 · 1969년 공사 시작 · 1972년 4월 지붕 완공 |
| 지붕 면적 | 약 7만 4천~7만 8천㎡ (자료마다 다름) · 경기장 부분 약 3만 4,550㎡ |
| 구조 | 기둥과 케이블로 매단 강철 케이블 그물 (그물 간격 75cm) |
| 기둥 | 강철 기둥 58개 · 가장 높은 것 약 80m |
| 덮개 | 두께 4mm 아크릴판 (한 장 약 3×3m) |
| 지붕 공사비 | 예상 4,000만~4,500만 마르크 → 실제 1억 7,060만 마르크 |
② 누르지 않고 당긴다 — 인장 구조의 원리
구조 부재가 받는 힘은 크게 두 가지입니다. 기둥이나 아치처럼 눌리는 부재는 너무 가늘면 옆으로 휘어 꺾입니다. 이것을 좌굴(buckling, 눌린 막대가 갑자기 휘는 현상)이라고 하는데, 이를 막으려면 부재를 굵게 만들어야 합니다. 반대로 케이블처럼 당겨지는 부재는 좌굴이 없어서 재료의 강도를 거의 그대로 쓸 수 있습니다. 같은 힘을 훨씬 가는 단면으로 받을 수 있다는 뜻입니다.
출처: 필자 작성 개념도 · 공식 도면 아님 · 선의 굵기는 필요한 단면 크기의 차이를 개념적으로 나타낸 것이며 실제 비율이 아님
대신 케이블에는 약점이 있습니다. 혼자서는 모양을 지키지 못하고, 힘이 바뀌면 출렁이며 모양이 바뀝니다. 그래서 케이블 지붕을 설계하는 일은 결국 어떤 모양으로 당겨야 출렁이지 않는가를 찾는 일이 됩니다. 이 지붕에서는 높은 기둥이 그물을 위로 들어 올리고, 그물의 다른 쪽 끝은 땅에 붙잡혀 아래로 당겨집니다.
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| 강철 기둥 하나가 그물을 위로 들어 올리고, 그물의 가장자리는 아래로 당겨져 뾰족한 천막 모양이 된다. 출처: Wikimedia Commons · Tiia Monto · CC BY-SA 4.0 |
③ 그물은 어떻게 팽팽함을 유지하나 — 안장 곡면
지붕 표면을 자세히 보면 말안장처럼 생긴 곡면이 반복됩니다. 한 방향으로는 위로 볼록하고, 그와 엇갈린 방향으로는 아래로 오목한 모양입니다. 이것이 케이블 그물이 출렁이지 않는 비결입니다. 서로 반대로 휜 두 방향의 케이블이 맞당기면서, 어느 쪽에서 힘이 와도 한쪽 케이블이 붙잡아 줍니다.
출처: 필자 작성 개념도 · 공식 도면 아님 · 실제로 두 곡선은 서로 직각에 가깝게 엇갈리며, 위아래로 겹쳐 그린 것은 휜 방향을 비교하기 위함
여기에 더해 케이블은 처음부터 미리 팽팽하게 당겨 둡니다. 이것을 프리스트레스(prestress, 미리 넣어 둔 긴장력)라고 합니다. 미리 당겨 두면 바람이나 눈이 와도 케이블이 느슨해지지 않습니다. 정확한 긴장력 수치는 이번에 확인한 자료에 나오지 않습니다.
문제는 이 곡면의 정확한 모양과 케이블 길이를 계산하는 일이었습니다. 프라이 오토는 모형을 만들어 형태를 찾는 방식으로 유명했지만, 7만㎡가 넘는 그물의 케이블 길이를 모형만으로 정하기는 어려웠습니다. 구조 설계를 맡은 슐라이히 쪽 사무소(sbp)는 이 지붕을 위해 이런 문제에 처음으로 반복 계산 방식의 컴퓨터 프로그램을 썼다고 밝히고 있습니다.
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| 여러 갈래의 케이블이 모이는 주물 이음쇠. 굵은 케이블의 힘을 나눠 받아 아래쪽 그물로 넘겨준다. 출처: Wikimedia Commons · Jorge Royan · CC BY-SA 3.0 |
케이블이 여러 방향에서 모이는 자리에는 위 사진처럼 주물로 만든 강철 이음쇠가 들어갑니다. sbp 자료에 따르면 그물의 가장자리 케이블은 꼬아 만든 밀폐형 강선(locked coil rope)이고, 이음쇠는 주강(녹인 강철을 틀에 부어 만든 부품)입니다. 힘이 여러 방향으로 갈라지는 자리를 한 덩어리 부품으로 받게 한 것입니다.
그물이 끝나는 곳에는 그물을 붙잡는 굵은 가장자리 케이블이 지나갑니다. ingenieur.de에 따르면 본관 관중석 위로 길이 440m의 케이블이 지붕의 힘을 바깥으로 넘겨줍니다. 아래 사진에서 그물 끝을 따라 곡선으로 휘어 있는 굵은 선이 가장자리 케이블입니다.
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| 아래에서 올려다본 지붕 끝. 그물 가장자리를 따라 굵은 케이블이 곡선으로 휘어 지나가며 그물을 붙잡는다. 출처: Wikimedia Commons · Martin Falbisoner · CC BY-SA 4.0 |
④ 75cm 그물과 4mm 아크릴 — 움직이는 지붕의 피부
그물은 75cm 간격으로 강철 케이블을 엮은 것으로, ingenieur.de는 이음점이 13만 7천 개가 넘는다고 적고 있습니다. 그물은 땅 위에서 엮은 뒤 크레인으로 한 부분씩 들어 올려 설치했습니다. 공중에서 케이블을 하나씩 잇는 것보다 땅에서 정확하게 엮는 편이 훨씬 빠르고 정밀했을 것으로 판단됩니다.
그물 위에는 두께 4mm, 한 장이 약 3×3m인 아크릴판이 덮여 있습니다. 여기서 엔지니어가 주목하는 부분은 판을 붙이는 방법입니다. 케이블 그물은 바람과 온도에 따라 계속 조금씩 움직이고, 그물 칸의 각도도 바뀝니다. 그런데 아크릴판은 딱딱합니다. 판을 그물에 단단히 고정하면 그물이 움직일 때 판이 깨질 수 있습니다.
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| 지붕 위에서 본 아크릴판. 판마다 둥근 고정 부품이 그물의 이음점에 맞춰 박혀 있고, 판과 판 사이로 이음 띠가 지나간다. 출처: Wikimedia Commons · VillageHero from Ulm, Germany · CC BY-SA 2.0 |
ingenieur.de에 따르면 판은 그물의 이음점에 고정 부품으로 붙어 있습니다. 위 사진을 보면 판마다 둥근 고정 부품이 일정한 간격으로 박혀 있고, 판과 판 사이에는 틈을 두고 이음 띠가 지나갑니다. 이 틈이 그물의 움직임을 받아 주는 여유로 보입니다. 다만 아크릴은 햇빛에 오래 노출되면 성질이 변합니다. 판은 시간이 지나며 뿌옇게 변했고, 2002년에 교체되었습니다.
⑤ 지붕을 땅에 붙잡아 두는 법 — 당김 케이블과 앵커
인장 구조에서 가장 중요한 질문은 "당긴 힘은 결국 어디로 가는가"입니다. 그물을 당기는 힘은 사라지지 않고, 가장자리 케이블과 기둥을 거쳐 마지막에는 땅이 받아야 합니다. 이 지붕에는 강철 기둥 58개가 서 있고, 이 가운데 높은 것은 약 80m에 이릅니다. 기둥 꼭대기는 그물을 들어 올리는 동시에, 반대쪽으로 비스듬히 내려가는 굵은 케이블로 땅에 붙잡혀 있습니다.
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| 기둥 꼭대기에서 비스듬히 내려온 굵은 당김 케이블들이 땅의 한 점으로 모인다. 뒤편으로 기둥과 그물 지붕이 보인다. 출처: Wikimedia Commons · GraphyArchy · CC BY-SA 4.0 |
케이블이 땅에 닿는 자리에는 콘크리트 앵커(anchor, 케이블 끝을 땅에 붙잡아 두는 덩어리)가 있습니다. ingenieur.de에 따르면 이 앵커는 무게가 최대 4,000톤에 이르는 콘크리트 덩어리이고, 일부는 땅속 30m 깊이까지 들어가 있습니다. 앵커는 자기 무게로 케이블이 위로 끌어올리는 힘을 버팁니다. 땅 위로 드러난 부분은 아래 사진처럼 작은 쐐기 모양이지만, 대부분은 땅속에 묻혀 있는 것으로 보입니다.
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| 비스듬히 내려온 케이블이 쐐기 모양의 콘크리트 앵커 속으로 들어간다. 땅 위로는 일부만 드러나 있다. 출처: Wikimedia Commons · Andrybak · CC BY 4.0 |
출처: 필자 작성 개념도 · 공식 도면 아님 · 단순화한 흐름이며 실제로는 여러 경로로 힘이 나뉨 · 앵커 무게는 ingenieur.de 기사에 따름
이 흐름에서 눌리는 부재는 사실상 기둥뿐입니다. 나머지는 모두 당겨지는 부재입니다. 기둥만 굵은 강관으로 만들고 나머지를 가는 케이블로 처리할 수 있었기 때문에, 7만㎡가 넘는 지붕이 보 하나 없이 공중에 떠 있는 것처럼 보이게 된 것입니다.
⑥ 구조 평가와 역사적 평가
구조 평가로 보면, 이 지붕은 케이블 그물 구조를 이 정도 규모로 실제 지은 이른 사례로 꼽힙니다. 당기는 힘만 받는 부재로 넓은 면을 덮었고, 그 모양과 케이블 길이를 컴퓨터로 계산하는 길을 열었습니다. 대가도 컸습니다. 지붕 공사비는 처음 예상한 4,000만~4,500만 마르크의 약 4배인 1억 7,060만 마르크까지 늘었습니다. 처음 해 보는 구조를 정밀하게 만들고 검증하는 데 그만큼 비용이 들었다고 판단됩니다.
역사적 평가는 따로 볼 필요가 있습니다. 이 경기장은 1972년 하계 올림픽의 주경기장이었고, 그해 대회는 선수촌에서 일어난 이스라엘 선수단 인질 사건으로도 기억됩니다. 지붕은 1997년 경기장과 함께 문화재로 지정되었고, 2023년에는 독일 연방엔지니어협회가 정하는 '독일 공학 건축의 역사적 이정표'에 올랐습니다.
설계 공모 당선
공사 시작
지붕 완공
문화재 지정
아크릴판 교체
공학 건축 이정표 선정
자주 묻는 질문
아닙니다. 강철 케이블을 75cm 간격으로 엮은 그물 위에 두께 4mm의 투명한 아크릴판을 붙인 것입니다. 모양이 천막과 비슷한 것은 둘 다 당기는 힘으로 모양을 잡기 때문입니다.
아닙니다. 경기장 위의 지붕은 본관 쪽 관중석을 중심으로 덮고, 반대편 관중석과 경기장 가운데는 하늘로 열려 있습니다. 같은 방식의 지붕이 체육관과 수영장까지 이어져 공원 전체를 하나로 묶습니다.
위키백과와 ingenieur.de 모두 공모 당시 모형이 나무 막대와 스타킹으로 만들어졌다고 전합니다. 이후 실제 설계에서는 정밀한 모형과 컴퓨터 계산으로 그물의 모양과 케이블 길이를 정했습니다.
· schlaich bergermann partner(구조 설계사) 'Roof for Munich Olympic Stadium 1972'
· ingenieur.de 'Olympiastadion München: So entstand das legendäre Zeltdach' (2025)
· Structurae 'Roof over the buildings of the Olympic Park'
· Wikipedia 'Olympiastadion (Munich)'
자료 확인일: 2026년 11월 13일
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