건축구조 3

건축물의 주요 구조부재

기 초(footing)

1. 기초의 역할

• 기둥, 벽체의 고정하중이나 적재하중 등의 외력을 지반으로 전달하는 역할

• 하중의 정도에 따라 형태와 크기가 다양함

• 하중으로 인한 침하가 일어나지 않도록 기초의 하중을 안전하게 받을 수 있는 견고한 지반에 설치해야 함

• 부동침하에 유의

• 현장의 지반을 조사하고 흙의 성질을 파악하여 적합한 기초를 선정해야 함

출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 37

2. 기초의 종류

(1) 기초의 분류 • 독립기초 : 단일 기둥을 독립적으로 지지

• 연속기초(줄기초) : 조적벽, 벽체를 지지

• 말뚝기초 : 말뚝에 의해 지지

• 복합기초 : 2개 이상의 기둥을 지지하는 장방형의 기초

• 온통기초 : 지하층 전체를 두꺼운 슬래브 형의 기초로 만든 것

구 분 종 류

기초판 형식 독립기초, 줄기초, 복합기초, 온통기초

지정형식

직접기초 모래지정, 잡석지정, 콘크리트지정

말뚝기초 기능상 지지말뚝, 마찰말뚝, 다짐말뚝

재료상 나무, 기성콘크리트, 현장타설, 강재

깊은기초 웰공법, 케이스공법

독립기초

줄기초

복합기초

온통기초

말뚝기초

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId

3. 지정의 종류

(1) 직접지정

• 잡석지정

• 모래지정

• 자갈지정

• 밑창콘크리트지정(버림 콘크리트지정)

(2) 말뚝지정

• 나무말뚝

• 기성콘크리트말뚝 : RC, PC, PHC말뚝

• 강재말뚝 : H 형강, 원형강관

• 현장 타설 콘크리트말뚝

• 지지방식에 따른 말뚝의 분류

- 지지말뚝

- 마찰말뚝

출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 39

4. 기초의 부동침하

• 지반에 연약층이 존재하거나 이질지반, 경사지반 등이 있을 경우 부동침하가 발생

• 연약층, 경사지반, 이질지정, 증축 등으로 인해 건물이 부분적으로 서로 다르게 침하하는 현상

• 부동침하의 원인

- 연약지반, 연약층의 두께차이 - 이질지반

- 암거 등의 지하 매설물 - 경사지반

- 다른 기초 혼용 - 인근 터파기

- 기초 제원의 현저한 차이 - 지하수위변동

- 증축 등

출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 40

• 부동침하 방지 대책 ① 기초구조

- 경질지반에 기초시공

- 말뚝지정 등으로 보강

- 지중보 등 사용

- 언더피닝(under pinning) : 구조물의 기초부분을 신설, 개축, 증축하여 기초를 보강하는 공법

② 상부구조

- 건물의 경량화

- 구조물의 강성강화

- 건물의 길이를 짧게

- 건물의 입면 및 무게의 균등화

- 지하실 설치

기 둥(Column)

1. 기둥의 역할

• 하중의 전달 메카니즘 : 지붕이나 슬래브의 하중 보로 전달 기둥으로 전달 하층의 기둥으로 전달 기초로 하중을 전달

• 기둥은 하중을 전달하는 수직부재

• 수직하중 이외에 휨 모멘트를 받음.

2. 기둥의 응력과 배치

1) 기둥의 응력

• 기둥은 수직하중 이외에 휨 모멘트를 받으므로 조합된 응력이 작용

• 기둥은 일반적으로 보와 접합 접합부에 따라 응력이 다름

2) 기둥의 배치

• 배치 시 고려사항

- 지진, 바람의 영향에 대한 검토

- 가새와 내진벽과의 연관성 검토

- 좌굴 방지에 대한 검토 : 세장한 기둥, 두께와 길이의 비

- 사용 공간의 용도에 알맞은 간격으로 배치 재료, 크기 결정

벽 체(wall)

1. 벽체의 역할 • 외부와 내부공간을 구별하는 역할

• 수직하중, 바람이나 지진 등에 저항하거나 내부공간을 나누는 칸막이 역할

2. 벽체의 구분 • 내력벽 : 수직하중을 부담하는 벽체

- 철근콘크리트 벽체로 시공

- 아파트 벽체, 계단실, 엘리베이터 등에 사용

• 비내력벽 : 하중을 부담하지 않고 공간을 구분하는 칸막이 역할

- 사무실 내부공간 구획하는 벽체

• 옹벽 : 흙의 토압, 경사면 붕괴에 대비한 외부의 벽체나 지하층의 벽체

내력벽과 비내력벽

출처 : http://cafe.naver.com/daon1/364

보 (beam)

1. 보의 역할 • 바닥판과 연결되어 하부에 일정한 간격으로 설치되는 구

조부재

• 바닥판이 받은 하중을 지지하며 이 하중을 수직부재인 기둥이나 벽체에 전달함

• 건물의 층고에 많은 영향을 미치는 부재

• 휨을 받는 구조부재

2. 보의 구분

• 큰 보(girder) : 기둥과 기둥 사이를 연결하는 보

• 작은 보(beam) : 기둥에 지지되지 않고 큰 보 사이를 연결하는 보

• 보의 철근 : 주근(인장력에 저항) + 늑근(전단력에 저항)

출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 43

3. 보의 종류

(1) 캔틸레버 보

• 한쪽만 고정되고 다른 끝은 돌출시켜 그 위에 하중을 지지하도록 한 보

• 공중에 떠있는 구조물, 차양, 출입구 지붕, 발코니 등

(2) 단순지지 보

• 양단부가 자유롭게 지지된 보

• 보 단부의 회전이 자유롭고, 축방향의 신축

• 벽돌 위 철근콘크리트 보

(3) 고정보 • 보의 양단을 고정시킨 보

• 처짐이 적고 하중을 많이 받음

• 기둥과 기둥 사이의 보

(4) 연속보 • 연속된 부재를 3개 이상의 지점으로 받친 보

• 연속된 2개 이상의 기둥을 연결하는 보

• 일반적 건물의 보

3. 보의 철근배근 • 단근보 : 인장측만 철근 배근한 보

• 복근보 : 인장, 압축 양측에 철근을 배근한 보

• T형보 : 슬래브의 일부분이 보로 작용

출처 : 건축공학의 이해; 정순오 외; 기문당; p 44~45

슬래브(slab)

• 바닥판

• 바닥을 구성하여 사람이 활동하거나 가구나 물건을 쌓여지는 부분

• 바닥판의 두께 : 150 ~ 200mm

• 바닥은 강성, 차음성, 내구성, 내화성이 요구됨

출처 : 건축공학의 이해; 정순오 외; 기문당; p 46

계 단(stair)

• 상층부와 하층부를 연결하는 통로

• 디딤판 : 계단의 수평바닥

챌 판 : 계단의 수직면

계단참 : 계단의 중간층

• 건물의 안전을 위해 적절한 경사, 폭, 설치개수 등을 법규로 규정하고 있다.

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1714718&cid=49050&categoryId=49050

지 붕(roof)

• 외부의 바람, 눈, 비를 막아주고 외부하중에 대하여 안전하게 지탱하는 역할

• 지붕재는 물을 차단하고 바람과 태양을 차단하는 적절한 재료를 선정해야 함.

출처 : http://cafe.naver.com/dongminhousing/802

건축물의 구조시스템

건축의 구조(Structure)

• 계획된 건축물을 실현시키기 위한 가장 중요한 요소 중의 하나

• 건축과 구조의 관계 : 복합적이면서도 다양한 측면을 내포

• 구조물 자체가 건축디자인의 형태를 결정짓는 중요한 요소

• 현재의 건축가 : 디자인과 결합된 적절한 구조적 해결방법 및 재료를 선택하는 것이 중요

재료에 의한 분류

1. 철근콘크리트 구조(RC 구조: Reinforced Concrete) • 골재인 모래와 자갈, 결합재인 시멘트에 물을 일정한 비율로

혼합하여 만들어지는 콘크리트를 보강재인 철근이 배근 되어 있는 일정한 틀 속에 (거푸집)에 부어 시간이 경과하면서 원하는 형상을 만들어 내는 구조

• 부재를 만드는데 거푸집을 이용하여 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 구조체를 일체로 만드는 것

• 철근이 인장력에 강하고 콘크리트가 압축력에 강한 장점을 결합하여 탄생한 구조

• 장점 : 철근을 콘크리트가 감싸므로 부착력이 좋고 철근이 녹슬고 불에 약한 것을 방지함

• 단점 : 물을 사용, 거푸집이라는 틀이 필요, 강도를 발휘하는데 시간이 걸림

• 콘크리트 : 압축강도가 가장 중요, 건조 수축 및 균열현상 등이 유발되기 쉬우며 양생기간에 주의를 요함

• 철근 : 보강재로 사용, 인장강도가 중요, 가공조립, 철근의 배근 간격, 이음 및 정착길이, 피복두께의 확보에 주의를 요함

2. 철골 구조(SC 구조, Skeleton Construction)

• 공장에서 생산한 철골부재를 볼트와 용접 등으로 부재를 서로 연결하여 구조물을 완성하는 구조

• 구조용으로는 H 형강이 주로 사용

• 철골공장에서 건물의 형태에 맞게 가공하고 조립한 후 현장으로 운반하여 설치

• 철골구조는 강도가 커서 고층건물, 장스팬 건물에 많이 사용

• 장점 : 구조물의 무게를 가볍게 할 수 있다.

경화시간이 소요되지 않으므로 공사기간을 단축

품질이 균일하고 시공이 용이

강도가 크다.

• 단점 : 화재 시 강도가 약해지고 습기에 노출되면 녹이 발생 표면을 피복해야 함(내화피복)

좌굴현상이 발생하기 용이

• 철골구조는 기둥과 보, 큰 보와 작은 보 등이 만나는 접합부의 강성이 크고 부재에 전달되는 하중에 안전해야 함

• 부재접합 : 리벳, 보통볼트, 고력볼트, 용접이 사용

출처 : 건축공학의 이해; 정순오 외; 기문당; p 54 ~ 55

① 슬래브

• 일반적으로 철상판인 데크 플레이트(deck plate)를 보 위에 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설

② 기둥

• 주로 단일 형강으로 H형강 기둥이 사용

• 강관기둥, 각관기둥도 사용

③ 보

• 단일보와 조립보로 구분

출처 : http://blog.naver.com/swpanel2170/150185290660

3. 철골철근콘크리트 구조(SRC 구조)

• 철골부재 주위로 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 철골과 철근콘크리트를 일체로 만드는 구조

• 장스팬, 고층건물에 사용, 두 구조의 장점을 살린 구조

• 장점 : 주요부재의 단면을 작게 할 수 있다

바람, 지진하중의 저항이 우수

강재의 좌굴현상도 없다

내화성이 우수하고 강성이 크다.

• 단점 : 작업량이 많고 어렵다

공사기간 및 공사비의 증가

건물 자중이 증가

① 기둥 : 합성기둥

② 보 : 합성보

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=712974&cid=42318&categoryId=42318

4. 목구조

• 목재를 사용한 구조

• 형식에 따라 : 가구식구조, 경골구조, 판식구조 등

5. 벽돌구조

• 벽돌을 시멘트 모르타르로 쌓아 벽체를 만드는 구조

6. 블록구조

• 블록을 시멘트 모르타르 또는 콘크리트로 쌓아 벽체를 만드는 구조

• 보강 블록조 : 블록의 빈공간에 철근을 배근하여 내력을 크게 한 구조

구성방법에 의한 분류

1. 조적식 구조

2. 가구식 구조

3. 일체식 구조

4. 조립식 구조

1) 조적식 구조(masonry structure) • 작은 단위부재를 접합재로 붙

여서 건물을 구성

• 석재, 벽돌, 블록 등의 재료를

사용, 부재의 접합은 주로 시

멘트 모르타르가 사용됨

• 대규모적인 건축물을 형성

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=708713&cid=42318&categoryId=42318

• 조적식 구조는 벽 두께가 두꺼워져 내부공간이 좁아지고 넓은 공간을 만드는데 제약이 많다.

• 지진 등의 수평하중에 취약

• 쌓기 높이 및 건물의 층수에 제약

• 건물의 비내력벽에 주로 사용 : 구조용으로 사용하는 경우 철근을 배근하여 보강한 구조로 사용

• 내화성, 차음성이 우수

• 장스팬 건물, 고층건물에 부적합한 방식

2) 가구식 구조(framed structure)

• 목재, 철재 같은 가늘고 긴재료(장스팬의 재료)를 사용하여 조립한 형식 • 기둥과 보를 이용하여 공간형성 • 목구조, 철골구조 • 수직하중, 횡력에 강함 • 지진 등의 진동하중에 약함

3) 일체식구조(monolithic structure) • 구조부재 간에 연속성이 있도록 틀을 만들어 그 속에 물

질을 넣고 경화시키거나 부재간의 접합을 강접합으로 일체로 만드는 방법

• 철근콘크리트조(RC조), 철골 철근콘크리트조(SRC조) • 주요 구조체가 일체식으로 구성 • 내구, 내화, 내진적 • 장점 : 원하는 형상으로 만들 수 있는 튼튼한 구조 • 단점 : 무거운 재료를 사용하여 자체 무게가 많이 나간다.

출처 : http://blog.naver.com/parkgyusuk/30050164954

4) 입체구조(space frame structure) • 3차원적으로 외력을 자중이 얇은 판, 막 자체에 분산 수

용함으로써 높은 강도와 강성을 지니게 하는 공간적인 구조형식

(1) 트러스(truss)

• 가는 직선부재를 입체적(삼각형, 사각형)으로 구성

• 부재는 인장력과 압축력만 생김

• 체육관 지붕, 출입구 등

출처 : http://blog.naver.com/jhoony71/80058978130

(1)아치(Arch) • 활 모양으로 양 끝점을 잡아서 둥글게 곡선으로 만들어 곡

선을 따라 압축력이 전해지는 구조

• 가구식 구조보다 큰

하중에 견딜 수 있는 구조

• 건물의 개구부, 출입구,

교량 등에 이용

• 구조물 시공에 목재사용

출처 : http://www.scienceall.com/?post_type=dic&p=28022

• 볼트(valult) - 아치를 길이 방향으로 연장시켜 공간을 제공한 것 - 반원형 볼트, 십자형 볼트 등

출처 ; http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1103326&cid=40942&categoryId=32337

(2) 돔(dome)

• 넓은 실내공간을 기둥 없이 구성.

• 아치와 유사한 원리

• 하중은 방사형 돔을 통해 전달되는 구조

피렌체 두오모 성당

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1083854&cid=40942&categoryId=32339

(3) 쉘(shell)구조

• 조개껍데기 모양의 얇은 두께의 막을 곡선으로 구성한 것

• 원통, 타원, 포물선 형태 등

• 곡면구조로 스팬이 큰 건물이 지붕에 적용

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1391860&cid=50407&categoryId=50408

(4) 현수구조(suspension construction)

• 와이어 로프, PS와이어 등의 케이블로 지붕 및 바닥 등의 슬래브를 달아매는 구조방식

• 구조물의 주요부분에 지점을 만들어 매달리는 구조

• 부재가 인장력을 받는 형식

(5) 절판식 구조(folded plate)

• 얇은 판을 꺾어서 접어진 모양으로 만든 것

• 평평한 판상형 부재보다 더 많은 하중을 받을 수 있도록 만든 것

• 공장, 창고의 지붕 등

(6) 막구조(tensile systems)

• 텐트와 같은 얇은 막을 쳐서 지붕을 구성하는 구조방법

• 얇고 유연한 판재로 만든 것

• 인장력만 작용

• 공기막 구조 : 내부에 넣은 공기가 넓은 공간을 형성

일시적 전시공간에 활용

• 텐션막 구조 : 기둥을 세우고 여기에 막을 걸고 잡아당겨 지붕을 만드는 구조

출처 : http://blog.naver.com/mmkinc/140178269957

6) 조립식 구조(prefabricated structure) • 주요 건축골조를 공장에서 제작하고 현장에 운반하여 조립

하는 것 프리패브 방식

• 부재의 공장생산으로 품질향상, 원가절감, 공기단축이 가능

• 부재의 형상이 단조롭고 부재간의 접합부 처리 등이 문제

• 프리캐스트 콘크리트 구조가 주로 사용

시공방법에 의한 분류

1. 습식구조

• 시공과정에 물을 사용하는 것

• 철근콘크리트조 같은 일체식구조, 조적식구조

• 공사기간이 길고, 동절기 등에 공사 중단함

2. 건식구조

• 물을 사용하지 않는 조립식, 가구식구조 등

• 공기단축, 기후의 영향을 덜 받음