건축 관련분야 - 시공 -일반구조1

구조란 쉽게 말해 건물을 지탱하는 뼈대를 말합니다. 기둥, 보, 바닥, 벽 같은 것들이 여기에 포함되고, 이런 구조물들이 어떻게 배치되고, 어떤 방향으로 연결되는지를 잘 계획해야 튼튼한 건물이 됩니다. 건축에서는 건물의 용도, 크기, 주변 환경, 예산 등을 고려해서 어떤 재료를 쓸지, 어떤 방식으로 지을지를 정해야합니다. 그러므로 건물을 지을 때는 단순히 보기 좋게 짓는 게 아니라, 목적에 맞게 안전하고 실용적으로 구조를 잘 선택하는 게 정말 중요하답니다.

 

건축 일반구조 - 기초 구조
기초는 건물의 하중을 안전하게 지상으로 전달하기 위해 지하에 설치되는 지하 구조 구성 요소입니다. 기초는 눈에 보이지 않으며 미관과 관련이 없으며, 한 번 완공되면 보수하거나 보강하기도 어렵습니다. 일반적으로 기초에는 두 가지 유형이 있습니다: 지면에 직접 고정되는 얕은 기초와 얕은 유형에 비해 지반이 너무 약할 때 사용되는 말뚝 기초와 같은 깊은 기초입니다. 기초 유형에는 단독으로 존재하는 기초, 복합형 기초(두 개 이상의 기초를 연결), 연속형 기초, 건물 밑바닥 전부를 기초로하는 온통기초가 포함됩니다. 

건물에는 자체 무게(고정하중), 사람이나 가구 등으로 인한 무게(적재하중), 바람이나 지진과 같은 외부의 힘이 작용합니다. 이러한 다양한 힘들은 기둥, 바닥(슬래브), 벽과 같은 구조를 따라 아래로 전달됩니다. 결국 이 힘들은 건물을 지탱하는 기초까지 흘러가 지반(땅)으로 전달되게 됩니다. 하지만 지반이 약하거나 하중을 잘 견디지 못하는 경우에는 기초를 더 넓게 시공하시거나, 또는 땅속 깊숙이 말뚝을 박아 지지하는 ‘말뚝기초’ 방식으로 건물을 짓는 것이 필요합니다. 그리고 지반 상태가 양호한지 여부는 ‘지질조사’를 통해 확인하실 수 있습니다.

건축 일반구조 -  석조 구조물
석조 건축은 천연 원료(1차 가공 후)로 만든 균일한 패턴 기반 단위를 결합재를 사용하여 적층하여 구조적, 미적, 기능적 역할을 수행하는 방식을 말합니다. 이는 고도의 숙련된 노동력 없이 접근성과 구현 용이성으로 인해 역사적으로 선호되는 가장 오래된 알려진 건축 방법의 하나입니다. 또한 최소 가공된 소재를 통해 자연스러운 분위기를 자아냅니다.
석조는 불에 강하고 내구성이 뛰어나며 열과 추위에 대한 단열력이 뛰어납니다. 그러나 바람이나 지진 활동과 같은 측면 힘에 취약합니다. 고층 건물에는 적합하지 않으며 두꺼운 벽으로 인해 사용할 수 있는 내부 공간이 줄어듭니다. 또한 석조 벽은 습기가 축적되기 쉽습니다. 이러한 한계로 인해 석조는 이제 주요 구조 시스템보다는 표면 마감재, 즉 장식 재료로 더 일반적으로 사용되고 있습니다.

조적조는 벽돌 구조, 블록 구조, 돌 구조로 크게 나눌 수 있습니다.
벽돌은 우리가 흔히 보는 붉은 벽돌 외에도 검정 벽돌, 내화 벽돌, 시멘트 벽돌 등 다양한 종류가 있습니다.

블록은 벽돌과 함께 가장 많이 사용되는 재료로, 콘크리트로 만들어지며 내부에 빈 공간이 있어 단열과 방음에 뛰어난 효과를 냅니다.
또한 필요에 따라 철근을 넣어 보강할 수 있는 구조재이기도 합니다.

마지막으로 돌은 외관이 중후하고 아름다우며, 불에도 강하고 마모나 풍화에도 걱정이 적은 재료입니다.
가공 방법이나 쌓는 방식에 따라 다양한 디자인과 멋스러운 외관을 만들 수 있다는 장점도 있습니다.

 

건축 일반구조 -  철근 콘크리트 구조물
콘크리트는 눌리는 힘(압축력)에는 강하지만, 잡아당기는 힘(인장력)에는 약하다는 단점이 있습니다. 그래서 철근콘크리트 구조체는 인장력이 작용하는 부분에 철근을 넣어, 콘크리트와 철근이 함께 힘을 나눠 가지도록 설계합니다. 이렇게 철근과 콘크리트가 서로 보완하며 함께 작용하는 구조를 ‘철근콘크리트’라고 부릅니다.
보강에 사용되는 강철은 일반적으로 인장 강도가 높은 연강입니다. 철근은 주조 시 콘크리트 내부에 매립되기 때문에 좌굴을 피할 수 있는 충분한 압축 강도도 가져야 합니다. 콘크리트는 강철에 비해 강도가 상대적으로 낮습니다. 따라서 소량의 강철은 상당한 인장 응력을 처리할 수 있지만, 콘크리트가 단면적이 넓어 압축력을 처리하기 때문에 조합이 효율적이고 합리적입니다.

철근은 콘크리트 구조물에서 ‘잡아당기는 힘(인장력)’을 담당합니다. 이때 철근으로는 인장강도가 크고 잘 휘지 않는 ‘연강’이 주로 사용됩니다. 또한, 철근은 콘크리트에 함께 묻혀 시공되기 때문에 눌리는 힘(압축력)에도 잘 견뎌야 하며, 안정적으로 자리 잡아 좌굴(휘어짐)이 생기지 않아야 합니다. 콘크리트와 철근의 강도를 비교해 보면, 철근이 훨씬 더 강합니다. 그래서 소량의 철근이 큰 인장력을 담당하고, 넓은 면적의 콘크리트가 압축력을 나눠 가지게 되어 서로의 단점을 보완하는 구조가 됩니다. 이렇게 해서 합리적인 철근콘크리트 구조가 완성됩니다. 특히 철근과 콘크리트는 서로 잘 어울리는 재료인데요, 온도 변화에 따라 움직이는 정도(신축계수)가 비슷하고, 서로 단단히 붙는 힘(부착력)도 커서 일체처럼 움직이며 튼튼한 구조를 만들어 줍니다. 게다가 철근은 콘크리트 안에 묻혀 있기 때문에 녹이 잘 슬지 않아 오랫동안 견디는 내구성 좋은 재료로 평가됩니다.
철근 콘크리트로 지어진 건물은 내구성, 내화성, 내진성, 내풍성 측면에서 뛰어난 성능을 제공합니다. 철근 콘크리트는 상당한 거푸집과 비계와 같은 임시 지지대가 필요하지만 다양한 형태와 치수로 주조할 수 있습니다. 또한 비교적 비용 효율적이고 유지 보수가 용이합니다.

철근콘크리트로 지은 건축물은 오래 버티는 힘(내구성), 불에 잘 견디는 성능(내화성), 지진이나 바람에도 강한 구조(내진·내풍성) 등에서 아주 우수한 성능을 발휘합니다. 비록 동바리(임시 지지대)나 거푸집(콘크리트를 부어 모양을 만드는 틀)을 설치하는 데 손이 많이 가지만, 다양한 크기와 형태의 구조물을 만들 수 있고, 공사비도 비교적 저렴하며, 완공 후 유지관리도 쉬운 편입니다.

하지만 단점도 있습니다. 건물 자체 무게가 무겁고, 균열이 생기기 쉬우며, 정확한 시공과 일정 관리가 중요합니다. 또한 철거하거나 구조를 바꾸기가 어렵고, 공사 과정에서 물을 사용하는 ‘습식 공법’이라 현장이 복잡할 수 있으며, 구조 계산이 까다롭다는 점도 있습니다. 그럼에도 불구하고, 철근콘크리트 구조는 장점이 훨씬 많아 다른 구조 방식으로는 따라갈 수 없는 뛰어난 장점을 가지고 있습니다.

 

건축 일반구조 -  특수 건축 구조물

·  프리스트레스트 콘크리트 구조(PC)란 콘크리트 부재에 하중이 가해지기 전에 미리 인공적으로 힘을 줘서 하중에 의한 응력을 줄이도록 만든 구조 방식을 말합니다. 즉, 건물의 기둥이나 보, 벽처럼 하중을 견디는 중요한 부위에 프리스트레스트(미리 주는 힘)를 적용한 콘크리트 구조입니다. 이런 구조의 장점은 내구성이 뛰어나고, 강도와 안전성이 높으며, 공장에서 미리 제작해 현장에 옮기는 방식(프리패브 방식)이 가능해 건축 과정이 빠르고 효율적이라는 점입니다.

프리스트레스트 콘크리트는 힘을 주는 방식에 따라 두 가지 공법으로 나뉩니다. 프리텐션 공법은 공장에서 강선을 미리 당긴 상태에서 콘크리트를 부어 굳히고, 만든 부재를 현장으로 옮기는 방식입니다. 그리고 포스트텐션 공법은 콘크리트를 먼저 굳힌 뒤, 현장에서 강선을 당겨 힘을 주는 방식입니다.

·쉘 구조란 ‘조개껍데기(Shell)’에서 유래된 이름으로, 얇지만 튼튼하고 잘 휘지 않는 곡면 구조판을 말합니다. 주로 넓은 지붕을 덮을 때 많이 사용됩니다. 쉘 구조는 얇지만 강해서, 무게를 줄이면서도 큰 공간을 가볍게 덮을 수 있는 장점이 있습니다. 쉘의 모양은 정해진 틀이 있는 것이 아니라 설계자의 상상력에 따라 자유롭게 디자인할 수 있는 구조입니다. 하지만 실제로 시공할 수 있는 기술적 조건이나 구조 계산의 복잡성 때문에, 보통은 원통형 쉘, 구형 쉘, 쌍곡 포물면 쉘, 타원 포물선 쉘 등과 같은 검증된 형태들이 자주 사용됩니다. 이 외에도 위 형태를 응용하거나 변형한 디자인이 많이 활용됩니다.

·절판구조 : 보통 종이 한 장은 무게를 거의 버티지 못하지만, 종이를 접어서 접힌 모양을 만들면 생각보다 튼튼하게 무게를 버티게 됩니다. 절판구조는 이런 원리를 응용한 것으로, 평평한 판을 접어서 만든 구조입니다. 이렇게 접은 판은 무게나 힘을 넓게 분산해서 받아들이기 때문에 기둥 없이도 넓은 공간을 덮는 건축물에 적합합니다.

· 입체트러스 : 넓은 지붕이나 넓은 공간을 덮는 구조물을 만들 때 '트러스'라는 삼각형 또는 사각형 형태의 골조를 종횡으로 짜서
넓고 튼튼한 구조판처럼 만드는 방식입니다. 이 구조는 특히 체육관이나 전시장처럼 기둥 없이 넓게 펼쳐진 공간에 자주 쓰입니다. 삼각형 모양으로 짠 트러스는 삼각형 스페이스 프레임, 사각형 모양으로 짠 트러스는 사각형 스페이스 프레임이라고 부릅니다.

· 현수구조 : 현수구조는 ‘매다는 구조’라는 뜻으로, 강철 케이블이나 봉(봉강)을 이용해 건물의 지붕이나 바닥을 공중에 매달아서 지지하는 방식입니다.

대표적인 예로는 샌프란시스코의 금문교(Golden Gate Bridge)나 우리나라의 서해대교 등이 있습니다. 이 구조는 긴 거리를 기둥 없이 연결할 수 있어
교량이나 대형 구조물에서 많이 활용됩니다.