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1. 아치 구조의 개요
1.1. 아치 구조의 정의와 특징
아치(Arch)는 개구부를 하나의 부재로 지지할 수 없는 경우 개구부 상부의 하중을 지지하기 위해 돌이나 벽돌 등을 곡선 모양으로 쌓아 올린 구조를 의미한다. 아치 구조는 개구부를 확보하여 상당한 하중을 압축응력으로 지지할 수 있도록 만든 구조물로서, 특히 쐐기 모양의 돌이나 벽돌을 쌓아 올림으로써 이루어지는 것을 "조적 아치"라고 한다. 이것이 아치의 기본형이며, 나무나 강의 토막을 쌓아 만든 트러스 아치, 강철재 또는 철근 콘크리트로 만든 것도 모두 아치라고 할 수 있다. 아치 구조는 구조물 위에서 누르는 힘(수직압력)이 아치의 축선을 따라 좌·우로 나누어 분산되는 원리에 기반한다. 이때 양 옆으로 힘이 분산되는 이유는 마찰력을 통해 옆의 부재로 힘이 밀려나기 때문이다. 옆에 부재는 또 그 옆의 부재로 힘을 전달하고 이에 따라 각각의 부재는 점점 수평방향에서 수직방향으로 힘의 방향이 변하게 되면서 아치 벽돌들끼리 서로 맞붙어지며 이 형태를 지탱하게 하는 구조적 작용을 갖게 된다.
1.2. 아치 구조의 원리
아치 구조의 원리는 다음과 같다. 아치는 개구부를 하나의 부재로 지지할 수 없는 경우 개구부 상부의 하중을 지지하기 위해 돌이나 벽돌 등을 곡선 모양으로 쌓아 올린 구조이다. 아치 구조에서는 구조물 위에서 누르는 수직 압력이 아치의 축선을 따라 좌우로 분산되어 전달된다. 이때 양 옆으로 힘이 분산되는 이유는 마찰력을 통해 옆의 부재로 힘이 밀려나기 때문이다. 옆 부재는 다시 그 옆의 부재로 힘을 전달하고, 이 과정에서 각 부재의 힘 방향이 점차 수직 방향으로 변화하면서 아치 벽돌들이 서로 맞물려 형태를 유지하게 된다. 따라서 아치 구조는 수직 하중을 압축력으로 양 옆의 부재에 전달하는 방식으로 안정성을 확보할 수 있다."
1.3. 아치 구조의 종류
아치 구조의 종류에는 돌이나 벽돌을 쌓아 올린 '조적식 아치', 막대 또는 판 모양의 부재를 구부린 '리브아치', 목재나 철골의 트러스를 아치 모양으로 만든 '트러스 아치', 콘크리트로 만든 '일체식 아치' 등이 있다"" 조적식 아치는 쐐기 모양의 돌이나 벽돌을 쌓아 올려 만드는 아치로, 이것이 아치의 기본형이다"" 리브아치는 얇은 판 모양의 부재를 구부려 만든 아치 구조이며, 트러스 아치는 목재나 철골로 된 트러스 구조를 아치 모양으로 배치한 것이다"" 일체식 아치는 콘크리트를 사용하여 하나의 구조물로 만든 아치이다"" 이와 같이 아치는 재료와 구조에 따라 다양한 형태로 발전해왔다""
2. 아치 구조의 역사
2.1. 아치 구조의 기원
아치 구조의 기원은 오랜 역사를 지니고 있다. 최초로 아치가 만들어진 시기는 정확하지 않지만, 신석기 시대부터 두 개의 돌을 기대어 겹친 삼각형 아치가 존재했다"고 볼 수 있다.
곡선 모양의 아치는 B.C 4000년경 메소포타미아에서 존재했을 것으로 추정되고 있으며, 완전한 형태의 아치 구조는 에투루리아 건축과 그것을 이어받은 로마 건축에서 널리 일반화되어 고대 이집트 그리스의 상인방식 구조와 함께 석조건축의 2대 기본형식이 되었다.
특히 고대 로마인이 만든 여러 개의 석조 아치형 건조물, 대표적으로 세고비아의 수도교는 현재까지 그 모습을 간직하고 있으며, 이는 서유럽의 로마네스크 건축, 동유럽의 비잔틴 건축의 기본 형식이 되었다.
따라서 아치 구조의 기원은 신석기 시대의 삼각형 아치에서부터 시작되었다고 볼 수 있으며, 특히 고대 메소포타미아와 고대 로마를 중심으로 발전하여 유럽 건축의 중요한 기본 형식이 되었다고 할 수 있다.
2.2. 아치 구조의 발전
아치 구조의 발전은 역사적 흐름 속에서 다양한 형태로 나타났다. 고대로부터 시작된 아치 구조는 시대의 변화에 따라 그 모습을 달리해왔다. "고대 이집트와 그리스의 상인방식 구조와 함께 석조건축의 2대 기본형식이 되었다"는 것에서 알 수 있듯, 아치 구조는 오래전부터 건축에 중요한 역할을 해왔다.
"로마 비잔틴 로마네스크 초기에는 단순한 형의 원호 아치가 있었고, 고딕의 기본형식이라 하는 첨두 아치"가 등장했다. 이는 아치 구조가 시대에 따라 다양한 형태로 발전해왔음을 보여준다. "첨두 아치는 하부에서 바깥쪽으로 벌리는 힘이 작아서 건물의 높이도 높게 할 수 있었고 개구부도 넓게 할 수 있었다."는 것처럼, 새로운 형태의 아치 구조는 건축 설계에 있어 더 큰 자유를 가져왔다.
또한 "평아치, 오지 아치 등은 화염상 양식에 주로 사용되었다"고 하는데, 이는 아치 구조가 단순한 개구부 지지뿐만 아니라 건물의 미적 표현에도 이용되었음을 알 수 있다.
"19세기 후반부터 철골 철근콘크리트 등의 재질의 발전과 함께 아치도 타...
