건물구조의 기본 개념부터 다양한 구조 방식, 건축 재료, 그리고 구조설계와 시공관리까지 알아보는 시간을 갖겠습니다.
1. 건물구조
건물구조란 오랜 기간 동안 건물이 무너지지 않도록 안전하게 서 있을 수 있도록 해주는 내부 틀이나 뼈대를 의미합니다.
흔하게 자주 볼 수 있는 콘크리트 벽이나 기둥, 철근, 한옥의 나무 대들보 등이 건물 구조에 해당됩니다.
중력 하중(위에서 눌리는 무게), 수평 하중(지진, 바람), 활하중(사람들의 움직임, 물건의 무게)처럼 건물은 이런 하중(힘, 무게)을 견디기 위해 튼튼하게 지어야 되며 정밀한 구조를 갖추어야 합니다. 자세한 내용은 아래 표를 참고해 주시기 바랍니다.
| 하중 종류 | 설명 | 예시 |
| 중력 하중 | 중력 하중은 아래로 누르는 무게 입니다. 지구가 모든 것을 아래로 끌어당기기 때문에 생기는 힘이 이라고 보면 됩니다. |
건물의 기둥, 벽, 바닥, 지붕 같은 자체의 무게 (한 번 만들어진 뒤에는 변하지 않는 무게) |
| 수평 하중 | 수평 하중은 옆에서 밀어붙이는 힘입니다. 건물 옆에서 바람이 불거나 땅이 흔들릴 때 생깁니다. |
강한 바람이 건물을 밀 때, 지진이 나서 땅이 흔들릴 때처럼 건물을 좌우로 흔들거나 넘어뜨리려는 힘 |
| 활하중 | 활하중은 사람이나 물건이 움직이면서 생기는 무게 입니다. 말 그대로 살아 있는 무게라고 생각하면 됩니다. |
건물 안을 걷는 사람들, 바닥 위에 놓인 가구 (계절에 따라 생겼다가 없어지는 눈, 비도 포함) |
건물구조는 건축의 가장 기본이자 중요한 부분으로 어떤 재료, 어떤 방식으로 지어졌는지에 따라 그 건물의 안전성, 수명, 성능에 영향을 줍니다. 사람의 뼈대처럼 뼈가 튼튼해야 사람이 건강하듯이 구조가 튼튼해야 건물이 무너지지 않고 오래갑니다. 구조가 약하면 태풍, 지진 같은 자연재해에 무너질 수 있어 건물 구조를 정확하게 설계하고 시공하는 것이 매우 중요합니다.
2. 건물구조 종류와 주요 건축재료
철근콘크리트 구조 (RC 구조)
RC 구조는 철근과 콘크리트를 함께 사용하는 방식으로 서로의 단점을 보완해서 훨씬 더 튼튼한 구조를 만들 수 있으며, 아파트나 학교 건물, 공공시설 등에 많이 사용되는 구조입니다.
주요 건축재료인 철근은 강철로 만든 막대형태로 잡아당기는 힘에 강하며, 콘크리트 안에 넣어 구조를 보강합니다. 철근은 녹이 슬기 쉬워서 외부에 노출되지 않도록 콘크리트로 잘 감싸야합니다.
콘크리트는 모래, 자갈, 시멘트, 물을 섞어 굳힌 재료이며 매우 단단하고 눌리는 힘에 강해 대부분의 건축물에 사용됩니다.
철골 구조 (Steel Structure)
철골 구조는 철로 만든 기둥과 보를 사용한 구조입니다. 고층 건물, 공장, 대형 쇼핑몰, 교량처럼 넓은 공간을 지지해야 하는 구조물에 주로 사용됩니다. 철은 매우 단단하면서도 가볍기 때문에, 높고 넓은 공간을 만들기에 좋으나 불에 약해 불이 나면 철이 휘어질 수 있으므로 철저한 방화 설계 및 시공이 필요합니다. 강철은 용접이나 볼트로 연결해서 구조물을 완성하며 철골 구조 건축재료로 사용됩니다.
목조 구조 (Wood Structure)
목조 구조는 주 재료를 나무로 사용하는 구조입니다. 주거용 건물인 전원, 단독 주택이나 전통 한옥에서 많이 볼 수 있습니다. 건축재료인 나무는 자연재료로서 친환경적이며 단열 성능을 가지고 있습니다. 가볍고 따뜻한 분위기를 조성해 주지만, 불에 약하고 물에 노출되면 썩을 수 있기 때문에 방부 및 마감 관리가 중요합니다.
조적 구조 (Masonry Structure)
벽돌, 블록, 석재 등의 재료를 접착재료 연결 재료 등을 사용해 쌓아서 만든 구조입니다. 예전에는 주택이나 작은 건물에 많이 사용되었으나, 현재는 건물구조로 사용되기보다는 외장 마감용으로 더 많이 활용되고 있습니다. 벽돌은 보기 좋고 단열 효과가 있지만, 하중을 많이 받는 데는 약해서 대형 건물에는 잘 사용되지 않습니다.
3. 건물구조 설계와 시공관리
건물구조를 튼튼하게 만들기 위해서는 철저한 계획과 검토를 통한 설계와 시공이 필요합니다.
구조 설계
건물이 받는 하중을 계산하고, 어떤 재료를 어떤 방식으로 사용할지를 결정하는 단계입니다.
구조 해석 프로그램을 통해 하중 분포, 응력을 시뮬레이션하고, 가장 안전한 설계를 도출합니다.
- 하중 계산
건물이 얼마나 무거운지, 바람이나 지진이 오면 얼마나 흔들리는지를 미리 대비해 건물에 작용할 중력 하중, 수평 하중, 활하중 등을 계산합니다. - 재료 선택
각 재료의 강도나 특성을 고려해서 건물에 알맞은 재료(콘크리트, 철근, 목재 등)를 정합니다. - 부재 배치
사람이 지나갈 공간, 창문 위치, 천장 높이 등을 고려해
기둥, 들보, 벽, 바닥 같은 구조 부재들을 어디에 얼마나 넣을지 설게 합니다. - 내진 설계
지진이 나도 무너지지 않도록, 건물이 흔들림을 견디는 방법을 설계에 포함시킵니다.
예: 댐퍼, 제진 장치, 기초 보강 등
시공 관리
설계도 대로 시공이 제대로 되지 않으면 구조는 위험해지기 때문에 정확하게 건물을 짓는지 확인을 해야 됩니다.
- 공정 관리
건물을 짓는 순서와 일정을 잘 맞춰서 계획대로 진행합니다.
기초-기둥-세우기-벽체 만들기-지붕-마감 순서 등 - 재료 품질 확인
철근, 콘크리트, 목재 등이 설계 기준에 맞는지 확인합니다.
불량 재료가 들어가면 건물 안전에 문제가 생기기 때문에 제대로 확인을 해야 됩니다. - 현장 점검
철근 간격, 콘크리트 두께, 용접, 기둥의 위치 등 설계와 다르게 시공되지는 않는지 확인합니다. - 안전 관리
공사 중 사고가 일어나지 않도록 작업장 정리, 안전장치 등 작업자들의 안전도 관리합니다. - 하자 방지
누수나 벽에 크랙이 생기는 일과 같이 나중에 문제가 생기지 않도록 철저히 마감하고 품질을 관리합니다.
건축물은 완공 후에도 시간이 지나면서 균열이 생기거나 부식이 일어날 수 있습니다.
정기적인 점검 및 유지보수를 통해 건물의 수명을 늘리고, 사용자들의 안전을 보장해 줍니다.
