본문내용
1. 건축 구조의 개요
1.1. 건축구조의 원리 이해
건축구조의 원리 이해는 건축물의 안전성과 안정성을 확보하기 위해 반드시 필요한 과정이다. 건축구조의 원리 이해에는 건축물에 작용하는 하중의 종류와 특성, 구조부재의 역학적 거동, 재료의 성질 등에 대한 이해가 포함된다.
먼저, 건축물에 작용하는 하중의 종류에는 고정하중, 적재하중, 풍하중, 지진하중 등이 있다. 고정하중은 건축물 자체의 무게에 의한 하중이며, 적재하중은 사용자나 물건의 무게에 의한 하중이다. 풍하중은 바람의 작용에 의한 하중이고, 지진하중은 지진 발생 시 지반운동에 의한 하중이다. 이러한 하중들이 건축물의 구조부재에 작용하며, 구조부재는 이 하중을 견디어 내야 한다.
구조부재의 역학적 거동 이해에는 응력, 변형, 강도 등의 개념이 포함된다. 구조부재에 작용하는 하중에 의해 발생하는 응력은 부재의 파괴를 일으킬 수 있으므로 이를 적절히 평가하여 안전한 설계를 해야 한다. 또한 부재의 변형을 적절히 제어하여 사용성을 확보해야 한다.
마지막으로 건축구조 설계에 사용되는 재료의 역학적 특성을 이해해야 한다. 대표적인 건축구조 재료인 철근콘크리트, 강재, 목재 등은 각각 압축강도, 인장강도, 탄성계수 등의 고유한 역학적 특성을 가지고 있다. 이러한 재료 특성을 정확히 이해하고 활용하는 것이 중요하다.
종합하면, 건축구조의 원리 이해는 건축물에 작용하는 하중, 구조부재의 역학적 거동, 구조 재료의 특성 등을 다루는 것으로, 이를 통해 안전하고 안정적인 건축물을 설계할 수 있다.
1.2. 건축설계와 건축구조
건축가와 구조기술자는 서로의 영역에 대한 기본지식을 습득해야 한다""." 건축가는 건물의 설계를 담당하며, 구조기술자는 공간을 떠받치는 데 필요한 뼈대의 계획을 담당한다""." 구조기술자는 구조계획, 구조계산, 안전성 검토, 구조도면 작성 등의 임무를 수행한다""."
이상적인 구조설계는 안전성, 기능성, 경제성의 조화와 균형이 필요하다""." 구조설계 시 필수적으로 고려해야 할 요소는 안전성, 경제성, 편리성, 아름다움이다""." 안전성은 건물의 저항성능이 작용하는 하중 효과보다 크도록 설계해야 한다""."
구조계획의 기본 목표는 주어진 하중에 대하여 건물의 안전성을 확보하고 건물의 사용성을 유지하는 경제적인 설계를 하는 것이다""." 구조계획 시 고려해야 할 사항으로는 적정한 재질 선정, 내구성, 강재와 다른 재료와의 연결성, 구조체 자중의 적정화, 시공성, 경제성, 표준화, 건축설계자 및 건축주의 선호도 등이 있다""."
이러한 구조계획 시 고려사항의 우선순위는 시대적 특성, 건물 위치 및 용도, 규모와 형태에 따라 달라질 수 있다""." 또한 강구조의 장단점을 파악하여 장점을 극대화하고 단점에 대비할 필요가 있다""."
1.3. 구조계획에서의 고려사항
구조계획에서 고려해야 할 사항들은 다음과 같다.
첫째, 적정한 재질의 선정이다. 강재 중에서도 보통강, 고장력강, 용접강, TMCP강, 내후성강, 내화강 등이 있는데, 강구조 부재의 역학적인 거동을 고려하여 목적에 따라 선정해야 한다. 부재의 강도가 중요시되며 부재의 크기를 줄이는 것이 유리한 구조에서는 고장력강을 선정하고, 처짐이나 변위의 고려가 중요시되는 구조에서는 보통강을 선정한다""
둘째, 내구성이다. 건물의 수명을 유지하기 위하여 적절한 내화 및 내식을 포함하여 필요시에는 피로까지를 고려해야 한다""
셋째, 강재와 다른 재료와의 연결성이다. 강재와 철근콘크리트 부재의 연결성뿐만 아니라 강재와 내장재 및 외장재의 긴결성을 고려하여 적합한 상세설계를 해야 한다""
넷째, 구조체 자중의 적정화이다. 구조체 자중을 적정화함으로써 내진설계에서의 지진하중 감소, 기둥축력의 감소에 따른 기둥의 단면 감소, 휨부재 설계시 장스팬의 가능 및 층고의 절감, 경제적인 기초설계 등의 이점을 얻을 수 있다. 특수한 경우로서, 풍하중에 따른 건물의 전도나 기둥의 인장력에 대비하여 자중을 증대하는 방법으로써 순수강재 기둥 대신에 합성기둥을 사용할 수 있다""
다섯째, 시공성이다. 강구조의 시공성에 포함될 내용은 제작 및 운반, 설치 및 공사방법, 타 공정과의 간섭, 공사 안전 및 품질관리, 공사기간, 효율성 및 공사비 등이 포함된다""
여섯째, 경제성이다. 구조설계에서의 경제성은 골조공사비 자체 이외에도 건축 및 설비를 포함한 전체 공사비, 현장 관리 등의 간접비 및 공사기간 단축에 따른 경제성 등이 포함된다""
일곱째, 표준화이다. 가능하다면 구조설계 과정에서 특히 상세설계에 있어서 표준화 작업을 함으로써 설계 및 시공에서의 단순성 및 재사용 가능성을 도모할 수 있다. 품질관리가 용이해지며, 설계 및 공사의 기간을 단축할 수도 있고, 기술축적도 가능하게 된다. 특히, 강구조의 접합부설계에서는 안전성 및 시공성을 고려한 표준상세도를 일반적으로 사용한다""
마지막으로, 건축설계자 및 건축주의 선호도이다. 상기의 사항 이외에 건축설계자 및 건축주의 선호도는 추가적인 고려사항이다""
이와 같은 구조계획에서의 고려사항들은 시대적으로, 위치별로, 건물의 용도, 규모, 형태별로, 또한 특수한 여건에 따라 그 우선순위가 달라질 수 있다"" 또한 강구조의 장단점을 이해하여 강구조의 장점을 최대화하고 단점에 대비할 필요가 있다""
2. 구조 시스템의 종류
2.1. 철근콘크리트 구조
철근콘크리트 구조는 포틀랜드 시멘트와 골재 및 물이 일정한 비율로 배합되어 이루어진 콘크리트에 철근이 보강되어 경화되면서 하중을 지지할 수 있도록 만들어진 구조체이다. 철근콘크리트는 콘크리트가 압축력에 강하고 철근이 인장력에 강한 특성...
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