건축 관련분야 - 시공 -일반구조2

건축 일반구조 - 공업화 건축구조

공업화 건축이란,공장에서 미리 만들어진 부품과 부재를 현장으로 옮겨서복잡한 작업 없이 간단한 기계나 도구로 조립하고 건설하는 방식을 말합니다.이 방식은 생산부터 계획, 설계, 건설, 유지관리, 자재 구매까지한 번에 체계적으로 관리되기 때문에 품질이 높아지고,공장에서 미리 만들어서 현장 작업 시간이 크게 줄어듭니다.또한 노동력이 적게 들고, 날씨 영향을 거의 받지 않는 장점도 있습니다.하지만 반대로,공장에서 미리 만들기 때문에 건물 형태가 비슷비슷해져 다양성이 떨어질 수 있고,운반 거리가 제한되어 멀리 공급하기 어려운 점도 있습니다.그리고 현장에서 부품을 연결하는 부분을 처리하기가 쉽지 않고,시장 수요가 많지 않아 수요 확보에 어려움이 있을 수 있습니다.공장에서 어느 정도까지 부품을 만드는지에 따라 공업화 건축구조는 크게 세 가지로 나뉩니다.골조공업화 건축구조는기둥과 보 같은 건물의 뼈대 골조를 공장에서 만들어 조립하는 방식입니다.패널식 공업화 건축구조는벽체 같은 구조물을 공장에서 제작해 조립하는 방식이고, 사람이 살 수 있는 모듈 단위의 공간을 공장에서 제작해 조립하는 방식은상자식 공업화 건축구조입니다.

 

건축 일반구조 -철골구조

철골구조, 또는 강구조는 철로 만든 부재들을 조립하여 만든 구조를 말합니다. 이때 사용되는 철재는 H형강, I형강 같은 형강이나 강판, 봉강, 강관 등 다양하며, 이 부재들은 리벳, 볼트, 용접 등으로 연결해서 하나의 구조로 만들어집니다.

과거에는 기술의 한계로 주로 벽돌을 쌓아서 짓는 조적조 건축물이 많았고, 이후에는 콘크리트라는 재료가 개발되어 널리 사용되었습니다. 하지만 현대에 들어서 건물은 점점 더 높고, 더 넓은 공간을 요구하게 되었고, 콘크리트만으로는 이러한 요구를 만족시키는 데 어려움이 있었습니다.

이러한 상황에서 공업화가 진행되며 철강재를 대량 생산할 수 있게 되었고, 그 결과 철로 된 자재를 건축 구조에 활용할 수 있는 가능성이 넓어졌습니다. 이를 통해 철골을 이용한 다양한 형태의 건축물이 등장하게 된 것입니다.

철골구조의 장점은 아주 많습니다. 철은 재질이 균일하고 품질 관리가 쉬우며, 강도에 비해 무게가 가볍기 때문에 고층 건물이나 넓은 공간을 덮는 대형 건축물에 적합합니다. 또, 철은 늘어나는 힘(인성)과 버티는 힘(내력)이 모두 크기 때문에 구조적으로도 매우 유리합니다.

하지만 단점도 있습니다. 철골 부재는 단면에 비해 길고 얇은 경우가 많아 휘어지기 쉽고, 불에 약한 성질이 있습니다. 철은 약 538도 이상에서 강도가 급격히 떨어지기 때문에, 철골로 지은 건물은 반드시 기둥, 보, 바닥, 천장 같은 주요 구조 부위에 불에 견디는 내화 피복 처리를 해야 합니다.

이러한 단점을 보완하기 위해 철골을 뼈대로 하고, 그 주위에 철근을 배근한 뒤 콘크리트를 타설하는 구조가 있습니다. 이를 철골철근콘크리트구조라고 부르며, 이 구조는 불에도 강하고, 구조적으로 튼튼하며, 단면이 슬림하고 시공성도 좋아 고층 건물에 자주 사용됩니다. 다만, 직접 공사비는 다소 많이 드는 편입니다.

철골구조는 시공 방법도 다양합니다. 예전에는 주로 리벳을 사용해 부재를 연결했지만, 지금은 고강도 볼트나 용접을 이용해 더 빠르고 정확하게 시공합니다.

바닥 구조에는데크 플레이트라는 철판을 먼저 깔고 그 위에 콘크리트를 부어 마감하는 방식이 많이 사용됩니다. 이 방법은 바닥 틀을 따로 만들지 않아도 되기 때문에 공사 기간을 줄일 수 있고, 바닥 자체의 강도도 높아지는 장점이 있습니다.

외벽은 철근콘크리트 건물처럼 벽돌을 쌓거나 몰탈을 바르는 방식도 가능하지만, 고층 건물에서는조립식 외벽을 많이 사용합니다. 이렇게 하면 건물 무게를 줄이고 공사 기간도 단축할 수 있어 효율적입니다. 요즘에는 금속 재질의 커튼월이나, 공장에서 미리 만든 프리캐스트 커튼월이 대표적으로 사용됩니다.

 

건축 일반구조 -  나무구조

인간이 인공 구조물을 만들기 시작한 이래로 가장 손쉽게 구할 수 있고, 다루기도 쉬워 오랫동안 널리 사용되어 온 재료는 바로 목재입니다. 목재는 오랜 역사 동안 건축에 없어서는 안 될 재료로 사용되어 왔으며, 지금도 여전히 다양한 방식으로 활용되고 있습니다. 건축물의 주요 구조 요소인 기둥, 보, 도리, 지붕, 벽체, 마룻바닥 등은 예로부터 목재로 이루어져 왔으며, 이렇게 목재를 활용해 뼈대를 짜 맞추는 방식을 ‘나무구조’ 혹은 ‘목구조’라고 부릅니다.

목재는 무게에 비해 허용 강도가 높은 편으로 평가되며, 특히 휨에 대한 저항력이 뛰어난 장점이 있습니다. 또한 열전도율이 낮아 단열 성능이 좋고, 재료 자체가 잘 가공되기 때문에 다양한 형태로 만들기가 수월합니다. 그뿐만 아니라 목재는 천연재료 특유의 따뜻한 질감과 아름다운 무늬 덕분에 미관적인 면에서도 높은 가치를 지니고 있습니다.

하지만 목재는 내화성(불에 견디는 능력)과 내구성(시간이 지나도 형태와 기능을 유지하는 능력) 측면에서는 다른 건축 재료들에 비해 상대적으로 약하다는 단점을 가지고 있습니다. 불이 나면 빠르게 연소되기 쉽고, 시간이 지나면서 부식이나 해충의 피해를 입을 가능성도 큽니다. 모르타르를 바르거나, 불연성 마감재로 덮는 등의 방식으로 어느 정도의 내화 성능을 확보할 수는 있지만, 완전하지는 않기 때문에 주거 밀집 지역이나 방화가 중요한 지역에서는 목조 건축이 많은 위험을 동반할 수 있습니다.

또한 목재는 무게에 비해 강도는 좋은 편이지만, 고층 건물이나 넓은 공간을 덮는 대형 건축물의 구조체로 사용하기에는 다소 한계가 있습니다. 그래서 주로 저층 주택이나 소규모 건축물에 많이 사용되며, 현대에는 철근콘크리트나 철골구조와 병행해 사용되는 경우도 많습니다.

건축물의 규모, 용도, 위치에 따라 사용되는 목재의 종류도 구분해서 선택해야 합니다. 예를 들어, 건물의 하중을 직접 받아들이는 기둥이나 보 같은 구조재는 강도가 뛰어난 목재가 사용되어야 하며, 벽면이나 천장 같은 실내 마감에 쓰이는 수장재는 외관이 미려하고 뒤틀림이 적은 재질이 적합합니다. 구조재로는 단단하고 휘어짐이 적은 나무가, 수장재로는 나뭇결이 고우면서도 질기고 내구성이 뛰어난 나무가 선호됩니다.

목재는 크게 침엽수와 활엽수로 나뉘는데, 침엽수는 조직이 단순하고 곧게 자라서 긴 재료를 얻기 쉬우며 가공이 편리한 특징이 있어 주요한 구조재로 자주 사용됩니다. 반면에 활엽수는 나무결이 단단하고 비중이 크기 때문에 강도는 높지만 가공하기가 까다롭습니다. 그래서 활엽수는 마모에 강해야 하거나, 미적인 요소가 중요한 공간, 해충에 잘 견뎌야 하는 부분 등에 주로 사용됩니다.

나무구조물의 결구 방식에도 여러 종류가 있는데, 숙련된 목수가 각재나 원목을 정밀하게 절단하고 이음과 맞춤을 통해 짜 맞추는 방식은 ‘조인트 시스템’이라고 부릅니다. 이는 전통 건축에서 많이 볼 수 있는 방식이며, 시간이 오래 걸리고 기술이 필요하지만 외관이 아름답고 견고합니다. 또 다른 방식으로는 비교적 가늘고 균일한 목재를 못이나 금속 부속품 등으로 결합하는 ‘네일링 시스템’이 있습니다. 이 방식은 공정이 빠르고 구조적으로도 충분히 강도 확보가 가능하여 현대 목조건축에서 많이 사용됩니다.

건축 일반구조 -  지붕구조

지붕의 모양이나 사용되는 재료는 건축물의 종류와 규모, 해당 지역의 기후 조건, 풍토, 그리고 거주자의 기호 등에 따라 매우 다양하게 결정될 수 있습니다. 이러한 요소들의 조합에 따라 지붕은 단순한 덮개 기능을 넘어서, 건축물의 외관과 개성을 표현하는 중요한 요소가 되기도 합니다.

일반적으로 사용되는 지붕의 형태에는 외쪽지붕, 박공지붕, 모임지붕, 망사르드지붕, 합각지붕, 꺾임지붕, 평지붕 등이 있습니다. 이러한 지붕들은 단일 형태로 한 건물에 사용되기도 하지만, 서로 다른 지붕 형태들이 조합되어 한 건물에 혼용되는 경우도 많습니다. 과거에는 지역적인 전통이나 문화적 흐름에 따라 지붕의 형태가 특정한 건축 양식의 상징처럼 표현되었으나, 근대 건축 이후에는 평지붕의 사용이 보편화되면서 지붕이 갖는 건축적 의미나 상징성이 상대적으로 줄어들었습니다.

지붕 형태 중 하나인 평지붕을 포함해, 지붕틀의 기울기, 즉 물매는 해당 지역의 연간 강우량, 적설량 같은 기후 조건과 함께 지붕재료의 성질이나 설치 방식에 따라 결정됩니다. 물매란 수평 거리 10cm에 대한 수직 높이로서, 기울기의 정도를 말하는 것으로, 이 물매를 적절하게 설정해야 지붕에 빗물이 고이지 않고 잘 흘러내리게 할 수 있습니다. 적절한 물매 없이 수평 지붕골이 생기면 빗물이 고여 누수의 원인이 될 수 있으므로 주의해야 합니다.

지붕틀이란 지붕을 지탱하는 뼈대 구조를 의미하며, 지붕 자체의 하중은 물론, 강우나 적설로 인해 발생하는 수직 하중, 바람이나 지진 같은 수평 하중까지도 안정적으로 견딜 수 있는 구조여야 합니다. 따라서 지붕틀은 충분한 강도와 강성을 갖추는 것이 매우 중요합니다. 또한 지붕을 구성하는 각 부재들은 서로 견고하게 연결되어야 하며, 이를 통해 수평 방향의 힘에도 잘 버티고, 최종적으로 모든 하중을 건물의 내력벽으로 안전하게 전달할 수 있도록 설계되어야 합니다.

지붕틀의 종류는 사용하는 자재나 구조 방식에 따라 한식 지붕틀, 절충식 지붕틀, 양식 지붕틀 등으로 나눌 수 있습니다. 한식 지붕틀은 전통 건축에서 많이 볼 수 있으며, 목재를 사용해 정교하게 짜맞춘 구조가 특징입니다. 절충식은 한식과 서양식의 장점을 절충한 구조로, 비교적 현대적 방식과 전통 방식을 함께 적용합니다. 양식 지붕틀은 서양식 구조 방식으로, 철골이나 경량 철재 등을 이용해 시공성과 경제성을 높이는 방식입니다.

이처럼 지붕은 단순히 건축물의 상부를 덮는 기능적인 요소를 넘어, 건물의 기능, 안정성, 미관까지 모두 고려한 설계와 시공이 필요합니다.