일반인을 위한 건축구조의 이해-2

[놀이터]

건축구조방식의 이해 (일반인을 위한) 2007/07/29 22:06   일반인을 위한 건축구조시스템의 이해 건축물의 구조는 간단하게 말하면 건물의 뼈대를 말한다. 신체를 비유하면, 인간의 뼈에 빗대어 생각할 수 있다. 머리를 지탱하는 목뼈와 신체 모든 부분의 형태를 지탱하고, 큰 움직임을 만들어 내는 가장기본의 허리등뼈, 그리고 최종적으로 우리가 서서 걸어갈 때 이 모든 무게를 땅으로 전달하는 다리와, 서 있을때 안정적으로 몸무게를 땅에 전달하는 발 이런 신체구조의 원리와 동일하게 건축구조에서도 적용된다는 것이다. 어린아이라도, 물이 금방빠져나간 갯벌에서 빠지기 마련이다. 갯벌에서도 빠지지 않고 서있는 방법은 몸무게의 분포를 분산시킬 수 있는 발의 넓이에 있다. 아마도 발이 무지하게 크거나, 몸무게가 아주아주 가벼운 사람은 갯벌에서도 빠지지 않고 서 있을 수가 있는 것이다. 주어진 땅의 상태에서 건물이 내려앉지 않는 구조체계를 만드는 것이다.   하중과 슬라브 위의 그림에서 지반면(땅)에 서있는 책상형태의 구조물상 차량의 무게를 하중이라고 한다. 차가 위치한 바닥의 위치를 2층바닥이라고 보자, 최종적으로 차량의 무게는 지반면으로 전달이 된다는 것은 누구나 쉽게 이해 할 것이다. 이런 뼈대(구조)가 부서지거나, 안정적으로, 심지어 지진이 왔을 경우에도 끄떡없이 서있을 수 있게 만드는 것이 건축구조의 목표인 것이다. 2층에 올려진 차량의 무게를 땅바닥까지 전달하는 경로가 건축구조의 시스템인 것이다. 차량의 무게는 일차적으로 바닥이 받아야 한다. 그때 바닥(슬라브 SLAB)은 주저앉거나, 처지지 않는 상태를 유지해야만 한다. 슬라브의 두께는 일반적으로 12cm,15cm,18cm,20cm 정도이다. 물론 하중의 크기에 따라서 더 두꺼워지는 경우도 있다. 주어진 하중에 대해서 견고하게 버틸 수 있어야 하는 것이 슬라브의 조건이다. 큰보와 작은보 바닥에 전달된 차량의 하중을 최종적으로 지반으로 보내기 위해 첫번째로 기둥으로 하중을 보내는 것이 목표일 것이다. 위의 그림에서 당연히 4군데의 모서리에 서있는 기둥이 서로 차량의 무게를 분담할 것이고, 차가 주차된 위치에 따라서 기둥이 분담해야 하는 차의 무게는 틀려질 수 있을 것이다. 슬라브의 하중을 기둥으로 전달하기 위한 구조의 시스템이 큰보(GIRDER)와 작은보(BEAM)이다. 전체바닥의 면적이 120m2이고 작용하는 하중이 120톤이라면, 1m2당 1톤의 무게를 지지해야 한다. 하지만 면적을 3개로 나누어 보면 40m2의 면적으로 40톤을 부담하는 조건이 만들어 지는데, 이 과정이 작은보(BEAM)의 역할이다. 큰보는 기둥과 기둥을 질러가는 보를 말하고, 작은 보는 큰보와 큰보, 큰보와 작은보상에 걸쳐서, 슬라브를 구획하고 힘을 분산시켜 큰보로 보내는 역할을 하는 보이다. 슬라브의 밑부분에서는 특수한 경우를 제외하면, 네변의 둘레에 보가 둘러싸이게 된다. 슬라브 평면의 형태에 따라, 정사각형은 4방향의 보가 균등하게 하중을 전달받고, 직사각형의 슬라브형태에서는 2변의 긴변으로 슬라브의 하중이 많이 분담된다. 첫 번째를 양방향스라브, 두 번째를 일방향슬라브라 한다. 기둥과 기초 슬라브와 보의 시스템을 통해, 각 기둥으로 전달된 하중은 기둥에 압축되는 힘으로 작용하고, 기둥을 따라 기초의 중심부에 놓여지게된다. 기초는 전달된 기둥들의 분산된 하중을 받게 되고, 고르게 분산시켜 지면으로 최종적으로 전달한다. 이러한 과정이 하중의 전달체계로서의 건축구조의 정의 인 것이다. 지반면이 하중을 받더라도 침하되거나 변형되지 않고 견디는 정도를 지내력 이라하고 하중(TON)/면적(M2)로 나타낸다. 지반이 단단한 경암지반에서는 기초가 필요없을 수도 있고, 땅이 무른 지역에서는 힘을 보다 더 넓게 분산시켜서 지반의 단위면적당 분담하중이 덜어지게끔 기초를 충분히 넓게 만들어야 한다. 기초의 두께는 작은 단면의 기둥이 전달해 오는 압축력에 의해 뚫리거나(Punchiing) 변형되지 않을 정도로 강성을 가져야 하중을 기초면적으로 분산시킬 수 있게 되는 것이다. 주어진 하중에 대하여, 건물을 서 있게 하고, 땅에서도 그 하중을 충분히 견뎌내서, 가라앉지 않게 하는 것이 건축구조의 확립과정인 것이다. <정리> 이러한 건축구조의 힘의 전달체계를 어떤 재료와 어떤 경로를 통해 만드는냐하는 것이 바로 건축구조의 방식인 것이다. 하중의 수직전달 체계로서 기둥을 사용하지 않고 벽체를 사용하는 것이 아파트와 같은 벽식구조이고, 벽돌집인 것이고, 이때 필요한 기초방식이 줄기초(연속기초) 방식인 것이다. 건축구조의 방식을 목조로 하느냐, 콘크리트로 하느냐, 철골로 하느냐, ALC블럭으로 하느냐, 통나무주택으로 하느냐 하는 것이 건축구조의 분류인 것이다. 하우건축