건축, 공학, 구조시스템, 구조물 건설에 사용되는 구조시스템의 발전 단계와 이를 설계에 적절하게 선정하는 방법

목차

□ 건축물과 구법
□ 구조의 형태
□ 건축물의 지지요소
□ 구조방식의 종류
1. 수평면과 연직면에 의한 구성
2. 입체적구성
3. 시공법과 구조방식
4. 복합방식
□ 건축구조물

본문내용

리트조의 경우는 현장에서 콘크리트를 타설하고 전체를 일체화하는 방식에 의한 것이 많다. 이것을 일체식구조(monolithic construction)라 한다.
4. 복합방식
건축물의 구조방식을 보면, 실제로는 여러 방식이 혼재되어 있는 경우가 많다. 예를 들면 공동주택 등에서 도리방향은 라멘구조이고 보 방향으로는 내진벽을 설치하는 예도 있고 체육관 등 큰 간사이의 건축에서는 라멘구조 위에 입체트러스를 설치하는 예가 있다. 또 초고측건축에서는 고층부를 철골조, 저층부를 철골철근콘크리트조, 지하부를 철큰콘크리트조로 하는 것이 많다.
한편 구조시스템 뿐만 아니라 단일 건물 내에서 구조재료의 특성을 이용해서 부위별로 서로 다른 재료의 구조부재를 혼합해서 사용하는 경우도 있어 이를 복합화구법이라고 부른다. 예를들어 기둥은 철골, 슬래브는 철근콘크리트, 계단은 프리캐스트 콘크리트 등 구조성능뿐만 아니라, 시공성능이나 경제성 등을 종합적으로 검토해서 선택하며 현장의 특수성에 따라서도 다양한 조합이 있을 수 있다.
이와 아울러 동일 부위내에서도 2종 이상의 구조재로를 합성해서 사용하는 경우가 있는데, 이를 합성구조라한다. 철근콘크리트도 일종의 합성재료이기는 하지만 구조적으로는 단일재료로 취합하며 현재 합성화의 대상부위로는 합성보와 합성기둥, 합성슬래브가 일반적이다.
□ 건축구조물
구조물은 많은 의미를 지닌다. 사전적인 의미로 일정한 설계에 따라 만든 건축기계토목 등의 시설물이라고 구조물을 정의하고 있으며, 이 구조물들은 모든 곳에서 찾아 볼 수 있다. 한 건물의 구조는 형상과 안정을 목적으로 모든 부속물들의 조립으로 정의할 수 있다. 구조의 주요목적은 건물에 작용하는 하중을 저항하고 그 하중들을 지반으로 전달하는 것이다. 건물에서 구조시스템의 기능은 건축물이 정해진 순서를 따라 짜 맞춰지는 것이다. 건물이 붕괴한다면 이것은 예상되는 하중 이상으로 작용하거나 구조물이 적절하게 설계가 이루어지지 않았거나, 혹은 부실시공이 되었다고 볼 수 있다.
구조시스템의 보다 광범위한 기능은 매우 복잡하며, 수세기에 걸쳐서 많은 건축가와 이론가, 그리고 공학자들의 주요 관심사였다. 구조시스템은 건축물의 기본형태의 일부이며 공간과 용도와 관련된다. 건축물의 기능과 미와 관련짓지 않고 구조시스템만을 별개로 생각하는 것은 무의미하다.
구조는 건축물의 형태와 깊은 관련이 있다. 구조는 건축적인 공간과 평면속에서 배열과 균형있게 형성된다. 구조는 조화와 부조화로 나타날 수 있다.
구조시스템은 건축적인 형태를 유지시키는 기능을 한다. 구조는 과학의 기본원리를 따르는 것이 이상적이다. 예술가는 외관적으로 자연력을 무시하며 형태를 창출하지만 건축가는 이를 무시할 수 없다. 물리와 수학적인 원리는 합리적이고 불합리적인 시공을 차별화 시키는 기본이 된다. 구조에는 안정(stability), 강도(strength)와 강성(stiffness), 그리고 경제성(economy)의 세가지 특성들이 고려되어 한다.
안정은 형태를 유지하는 데에 필요하다. 불안정한 구조는 불균형한 힘이나 불만족한 평형상태의 구조를 의미한다. 강도는 가중에 의해 발생하는 응력을 저항가기 위해 선정된 재료가 충분한가를 판단하는 지표를 의미한다. 예상되는 하중 하에서 선정된 재료가 파괴점에 매우 근접한 응력을 받지 않도록 안전율이 선정되어야 한다. 강성은 하중이 작용 하에서 구조물이 얼마나 많은 변형을 일으키는 지를 평가하는 기준이 되므로 강도와는 분명히 구별된다. 강도는 크지만 강성이 떨어지는 재료는 변형이 크게 되어 작용하는 힘을 저항할 수 없게 된다.
경제성은 재료비, 조립비, 가공비, 그리고 유지비 등을 포함한다. 그리고 설계와 시공 노무비, 각종 에너지 소비 등을 포함하여 시공속도와 이자 등도 또한 주요 요소가 된다. 설계과정에서 한 개 이상의 구조재료들이 고려되어야 하며 경쟁 대안 재료들이 선정되어야 한다.
이들 세 가지 요소 이외에 구조는 건물의 용도와 관계된다. 예를 들어, 선형적인 기능은 선형의 구조물을 필요로 한다. 그러므로 볼링장의 지붕을 돔으로 하는 것은 부적절할 것이다. 이와 유사하게 극장은 대형으로 장애물이 없는 공산을 필요로 하는 반면에 전문음식점에는 이를 고려할 필요가 없다. 기능적인 목적과 예술적 요구, 그리고 강도의 요구들은 초기의 설계개념 단계에서부터 통합적으로 고려되어 거주기능에 적절해야 한다.
구조는 또한 내화구조이어야 한다. 구조시스템은 거주자들이 대피할 때가지 붕괴되지 않아야 하며, 일부 설계기분들은 열에 저항하는데 필요한 시간을 정하고 있다. 구조용 재료들은 내화재료를 사용하여 충분하게 보호되어야 한다. 내화의 정도는 공간의 점유하중, 건물의 크기와 위치 등에 의해 결정된다.
구조는 건물의 설비와 통신시스템의 설치공간을 고려해야 한다. 물과 쓰레기의 파이프시스템, 덕트시스템, 사람의 이동 등을 감안한 구조이어야 한다. 이들 건물시스템 들은 설계가 진행됨에 따라 배열되나 연속적인 직렬형태로 설계가 이루어지는 것이 아니라 병렬형태로 행해진다.
구조는 물리적인 안정뿐만 아니라 심리적인 안정을 필요로 한다. 풍하중의 영향으로 흔들이는 고층건물은 실제로 위험한 것이 아니라 심리적으로 거주하기에 적합하지 않다는 것이 문제이다. 경량의 바닥판 또한 거주들에게 불안감을 줄 수 있다.
건축가는 계획을 할 수 있어야 하며 구조적인 설계대안을 기술자에게 제안할 수 있어야 한다. 불운하게 대부분의 기술자들은 창의적인 분야에 충분한 교육을 받지 못했다. 그들은 최소의 변수들을 포함하는 가장 효율적이며 직접적인 방법을 모색하거나 문제를 해결하는 것을 배웠다. 반면에 건축가는 창의적인 기술과 사고, 그리고 많은 변수들을 배치하는 방법을 익혔다. 기본적인 구조개념에 친밀히지 않다면 건축가는 기술자들을 도울 수 없으며 창의적인 역할을 수행하지 못할 것이다. 또한 구조적인 사고가 없다면 설계의 일부를 다른 사람에게 양보해야 하는 경우도 나타날 것이다.
-참고문헌-
김곤외, 건축속의 공학, 기문당, 2006
정상진, 건축일반구조학, 기문당, 2000
주석중외, 새로운 건축구조, 기문당, 2006
전봉수, 건강하고 잘생긴 건축의 구조 기문당

키워드

건축,   공학,   구조시스템,   구조물,   구조설계