철근콘크리트구조

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1. 철근콘크리트조의 역사

철근콘크리트조는 시멘트의 발명과 구조이론의 발달로 인해 출현했다. 고대 이집트, 그리스, 로마에서 시멘트와 유사한 재료를 사용했으며, 1824년 조셉 아스프틴이 포틀랜드시멘트를 개발하면서 시멘트의 공업적 생산이 시작되었다. 1890년 프랑수아 헤네비크가 자택을 철근콘크리트로 건설하면서 철근콘크리트의 획기적 발전이 있었다. 1900년 프랑수아 헤네비크가 기둥과 보를 일체식으로 구성한 라멘구조의 기초를 만들고 배근법을 고안했다. 르 코르뷔지에의 철근 콘크리트를 이용한 건축물 조형성 표현에 결정적 원동력이 되었다. 한국에서는 1907~1912년 조선은행(현 한국은행)을 시작으로 일본인들에 의해 다수의 철근콘크리트건물이 지어졌으며, 1950년대 이후 한국인 건축가들도 철근콘크리트를 본격적으로 사용하기 시작했다.
2. 철근콘크리트조의 원리

철근콘크리트는 콘크리트의 높은 압축강도와 철근의 인장강도를 결합한 구조이다. 콘크리트는 압축에 강하지만 인장에 약하므로 수평부재에 사용하기 부적절하다. 철근은 콘크리트의 인장강도를 보강하는 역할을 한다. 철근과 콘크리트의 열팽창계수가 비슷해 일체성이 높다. 철근과 콘크리트의 부착력이 중요하며, 이형철근이 원형철근보다 부착력이 좋다. 콘크리트 균열은 중성화로 인한 철근 녹 발생으로 발생하며, 이 기간은 약 50~100년 정도 된다.
3. 철근콘크리트조의 특징

철근콘크리트조는 단열에 취약하고 두꺼운 벽체로 인해 공간 효율성이 낮다는 단점이 있지만, 우수한 구조적 성능, 내화성 및 내구성, 차음성, 자유로운 외관 및 형상, 유지 및 관리의 용이성, 지진 및 풍압에 강한 장점이 있다. 또한 재료의 경제성도 장점이다.
4. 라멘구조

라멘구조는 기둥, 보, 바닥(지붕) 슬래브를 기본 가구요소로 하는 비내력구조이다. 내진벽을 병용하여 구조상의 여력을 높일 수 있으며, 수직부재로 기둥만을 구조부재로 하기 때문에 자유로운 평면구성이 가능하다. 외벽을 커튼월(비내력벽)로 구성할 수 있어 재료 및 외관의 다양성이 있다. 사무소 건물, 학교 건축물 등에 많이 사용되며, 주거 건축물까지 이용이 확대되고 있다.
5. 벽식구조

벽식구조는 주요한 구조를 기둥과 보 대신 벽으로 구성한 구조이다. 내력벽과 바닥만으로 구성되며, 고층아파트와 같은 주거건축에서 많이 사용된다. 장점으로는 경제성, 천장 처리의 우수성, 내진 및 내화적 우수성 등이 있다. 단점으로는 구조계산의 어려움, 평면 고정, 거푸집공사 증가, 부정형 건축물 적용의 어려움, 활하중이 큰 건축물 적용의 어려움 등이 있다.
6. 보

보는 인장력이 중앙에서 언제나 아래쪽에 생기며, 단부에서는 인장력이 위쪽에 생기거나 수평하중에 따라 아래쪽에서 발생한다. 절곡근과 전단보강근을 사용하며, 벽보는 상층의 징두리벽과 하층의 상부 벽을 일체로 하여 강성을 높인다. 응력은 기둥과 접합부 부근에서 커지므로 헌치를 붙여 단면을 조절한다.
7. 기둥

기둥은 축방향으로 압축력을 받는 부재로, 단면형상은 주로 정방형, 장방형, 원형이다. 주근은 중심축에 대칭으로 배치하며, 대근(후프철근, 띠철근)을 넣어 주근 좌굴방지, 내부콘크리트 구속, 전단보강, 주근위치유지 등의 역할을 한다. 나선철근은 대근을 가공하는 대신 하나의 철근을 나선상으로 연속하여 형성하는 방법이다.
8. 바닥(슬래브)

바닥 슬래브는 4변을 보로 고정하며, 수직하중 지지와 수평하중 분배 역할을 한다. 1방향 슬래브와 2방향 슬래브가 있으며, 배근 방식은 양방향에서 보가 걸쳐진 듯한 방식으로 한다. 중공슬래브, 장선슬래브, 와플 슬래브 등의 특수슬래브 형식도 있다.
9. 벽

내력벽 구조는 연직하중과 수평하중에 저항하며, 내진벽은 수평하중에만 저항한다. 장막벽 구조는 커튼월과 같이 자기 자신을 유지하는 정도의 내력만 갖춘 것이다.
10. 무량판 구조

무량판 구조는 기둥과 슬래브만을 구조요소로 하는 매우 단순한 구조시스템이다.
11. 플랫슬래브 구조

플랫슬래브 구조는 보와 거더가 없는 양방향 철근콘크리트 슬래브로, 하중을 기둥에 직접 전달한다. 플랫슬래브는 슬래브와 기둥이 바로 접하는 반면, 플랫플레이트는 드롭판넬, 주두 등의 전단보강 구조가 있다. 플랫슬래브는 낮은 전단 능력과 처짐으로 좁은 경간에 유리하고, 플랫플레이트는 높은 전단 능력과 처짐으로 넓은 경간에 유리하다.
12. 절판구조

절판구조는 얇은 판을 접은 형태로 만든 구조로, 1방향 절판, 방사형 절판, 각추형 절판 등이 있다. 장점으로는 휨강성 확보, 보의 높이 증가, 거푸집 공사 간편, 내화성 우수 등이 있으며, 단점으로는 재료적 비효율성, 셔터 제작의 어려움 등이 있다.
13. 쉘구조

쉘구조는 얇은 곡면판을 사용한 구조로, 하중을 주로 면내응력에 의해 처리한다. 장반원통형, 단반원통형, 반구형, 안장형 등의 종류가 있다. 쉘구조는 철근콘크리트에 비해 자중이 가볍고, 수축 및 균열 염려가 적으며, 조립이 용이하고 공사비가 저렴한 장점이 있다.
14. 프리캐스트 콘크리트조

프리캐스트 콘크리트조는 벽과 바닥 등의 부재를 공장에서 생산해서 현장에서 조립하는 방식이다. 단점으로는 설계, 부재제작, 시공의 일관된 시스템과 부재제작을 위한 공장시설이 요구되며, 건축물 형태가 어느 정도 한정된다는 것이 있다. 장점으로는 기후에 좌우되지 않는 부재생산, 현장작업의 기계화, 품질 안정, 노무량 삭감 등이 있다.
15. 프리스트레스트 콘크리트

프리스트레스트 콘크리트는 하중에 의한 응력을 상쇄시키기 위해 미리 의도적으로 가한 응력을 도입한 것이다. 단점으로는 접합부의 강성이 적고 화재 위험도가 높으며, 시공 기술이 고도로 요구된다는 것이 있다. 장점으로는 구조물이 가볍고 소재 사용량이 절약되며 균열이 적고, 건축생산방식이 합리화되어 공기가 절약된다는 것이 있다.

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1. 철근콘크리트조의 역사

철근콘크리트조는 19세기 중반 프랑스의 건축가 프랑수아 코냐르에 의해 처음 개발되었습니다. 이는 기존의 석조나 목조 건축물의 한계를 극복하고자 하는 노력의 결과였습니다. 철근콘크리트조는 강도와 내구성이 뛰어나며, 다양한 형태와 구조를 구현할 수 있어 현대 건축의 주요 재료로 자리잡았습니다. 특히 20세기 초반 이후 기술의 발전과 함께 철근콘크리트조는 더욱 발전하여 고층 건물, 교량, 댐 등 대규모 구조물 건설에 널리 활용되고 있습니다. 이처럼 철근콘크리트조는 건축 역사에 있어 중요한 전환점을 마련했다고 볼 수 있습니다.
2. 철근콘크리트조의 원리

철근콘크리트조의 핵심 원리는 콘크리트와 철근의 상호 보완적인 특성을 활용하는 것입니다. 콘크리트는 압축 강도가 우수하지만 인장 강도가 약한 반면, 철근은 인장 강도가 강합니다. 이 두 가지 재료를 결합하면 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도를 모두 활용할 수 있습니다. 또한 철근은 콘크리트 내부에 매립되어 콘크리트를 보강하고 균열을 억제하는 역할을 합니다. 이러한 상호 보완적인 작용을 통해 철근콘크리트조는 뛰어난 강도와 내구성을 발휘할 수 있습니다. 이는 현대 건축에서 철근콘크리트조가 널리 사용되는 주요 이유라고 할 수 있습니다.
3. 철근콘크리트조의 특징

철근콘크리트조는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. 첫째, 강도와 내구성이 뛰어납니다. 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도가 결합되어 높은 내하력을 발휘할 수 있습니다. 둘째, 다양한 형태와 구조를 구현할 수 있습니다. 철근콘크리트는 유동성이 높아 복잡한 형태의 건축물 설계가 가능합니다. 셋째, 내화성이 우수합니다. 콘크리트는 화재에 강한 내화 성능을 가지고 있어 안전성이 높습니다. 넷째, 내구성이 뛰어납니다. 철근콘크리트는 부식에 강하고 장기적인 사용이 가능합니다. 이러한 특징으로 인해 철근콘크리트조는 현대 건축에서 가장 널리 사용되는 구조 시스템 중 하나입니다.
4. 라멘구조

라멘구조는 기둥과 보로 구성된 직교 골조 구조 시스템입니다. 이 구조는 기둥과 보가 강접합되어 있어 수직하중과 수평하중에 효과적으로 대응할 수 있습니다. 라멘구조는 개방적인 공간 구성이 가능하고, 내진 성능이 우수하여 주거, 업무, 상업 시설 등 다양한 용도의 건축물에 적용되고 있습니다. 또한 철근콘크리트조나 철골조 등 다양한 재료로 구현할 수 있어 건축 설계의 유연성이 높습니다. 다만 기둥과 보의 접합부 설계가 복잡하고, 시공 과정이 까다로운 편입니다. 전반적으로 라멘구조는 현대 건축에서 가장 널리 사용되는 구조 시스템 중 하나라고 볼 수 있습니다.
5. 벽식구조

벽식구조는 수직 하중을 주로 벽체가 지탱하는 구조 시스템입니다. 이 구조는 기둥과 보 대신 내력벽을 사용하여 수직하중을 전달하는 방식입니다. 벽식구조는 내진 성능이 우수하고, 공간 구성의 자유도가 높습니다. 또한 시공이 비교적 간단하여 경제적이라는 장점이 있습니다. 하지만 개방적인 평면 구성이 어렵고, 수평하중에 대한 저항력이 상대적으로 약합니다. 이러한 단점으로 인해 최근에는 라멘구조나 혼합구조 등 다른 구조 시스템이 더 선호되는 경향이 있습니다. 그러나 여전히 공동주택이나 저층 건축물 등에서 벽식구조가 활용되고 있습니다.
6. 보

보는 건축물의 주요 구조 부재로, 수직하중을 지탱하고 수평하중을 전달하는 역할을 합니다. 보는 기둥과 연결되어 골조를 구성하며, 슬래브나 지붕을 지지하는 역할을 합니다. 보의 단면 형태와 배치에 따라 다양한 구조 시스템을 구현할 수 있습니다. 예를 들어 T형 보, 역T형 보, 박스 보 등의 단면 형태와 보의 배치 방식에 따라 라멘구조, 트러스 구조, 아치 구조 등이 가능합니다. 보의 설계와 시공은 건축물의 안전성과 내구성에 매우 중요한 요소이므로, 구조 엔지니어의 전문적인 검토와 설계가 필수적입니다.
7. 기둥

기둥은 건축물의 주요 수직 부재로, 상부 구조물의 하중을 지반으로 전달하는 역할을 합니다. 기둥의 단면 형태와 배치에 따라 다양한 구조 시스템을 구현할 수 있습니다. 예를 들어 원형, 사각형, 직사각형 등의 단면 형태와 기둥의 배치 방식에 따라 라멘구조, 벽식구조, 아치 구조 등이 가능합니다. 기둥의 설계와 시공은 건축물의 안전성과 내구성에 매우 중요한 요소이므로, 구조 엔지니어의 전문적인 검토와 설계가 필수적입니다. 또한 기둥은 건축물의 미적 요소로도 활용되어 건축 디자인에 중요한 영향을 미칩니다.
8. 바닥(슬래브)

바닥 슬래브는 건축물의 수평 부재로, 상부 하중을 기둥이나 벽체로 전달하는 역할을 합니다. 슬래브의 형태와 구조에 따라 다양한 구조 시스템을 구현할 수 있습니다. 예를 들어 일반적인 평판 슬래브, 리브 슬래브, 웨이브 슬래브, 무량판 슬래브 등이 있습니다. 슬래브의 설계와 시공은 건축물의 안전성과 내구성에 매우 중요한 요소이므로, 구조 엔지니어의 전문적인 검토와 설계가 필수적입니다. 또한 슬래브는 건축물의 층고와 공간 구성에 영향을 미치므로, 건축 설계 시 구조적 고려사항이 중요합니다.
9. 벽

벽은 건축물의 수직 부재로, 공간을 구획하고 외부 환경으로부터 내부를 보호하는 역할을 합니다. 벽의 구조와 재료에 따라 다양한 형태와 기능을 가질 수 있습니다. 예를 들어 내력벽, 비내력벽, 외벽, 내벽 등이 있습니다. 내력벽은 건축물의 수직하중을 지탱하는 구조적 역할을 하며, 비내력벽은 공간 구획이나 마감 등의 기능을 합니다. 외벽은 외부 환경으로부터 건축물을 보호하고, 내벽은 내부 공간을 구분합니다. 벽의 설계와 시공은 건축물의 안전성, 내구성, 에너지 효율 등에 중요한 영향을 미치므로 전문적인 검토가 필요합니다.
10. 무량판 구조

무량판 구조는 기둥과 보 없이 슬래브만으로 구성된 구조 시스템입니다. 이 구조는 슬래브의 두께를 증가시켜 수직하중을 직접 지반으로 전달하는 방식입니다. 무량판 구조는 개방적인 공간 구성이 가능하고, 시공이 간단하다는 장점이 있습니다. 또한 기둥과 보가 없어 건축물의 미적 디자인에 유리합니다. 하지만 슬래브의 두께가 두꺼워져 층고가 높아지고, 상대적으로 구조 안전성이 낮다는 단점이 있습니다. 따라서 무량판 구조는 주로 저층 건축물이나 주거 시설에 적용되며, 고층 건축물에는 적합하지 않습니다. 전반적으로 무량판 구조는 공간 활용도와 미적 측면에서 장점이 있는 구조 시스템이라고 볼 수 있습니다.
11. 플랫슬래브 구조

플랫슬래브 구조는 기둥과 보 없이 슬래브만으로 구성된 구조 시스템입니다. 이 구조는 슬래브의 두께를 증가시켜 수직하중을 직접 기둥으로 전달하는 방식입니다. 플랫슬래브 구조는 개방적인 공간 구성이 가능하고, 시공이 간단하다는 장점이 있습니다. 또한 기둥과 보가 없어 건축물의 미적 디자인에 유리합니다. 하지만 슬래브의 두께가 두꺼워져 층고가 높아지고, 상대적으로 구조 안전성이 낮다는 단점이 있습니다. 따라서 플랫슬래브 구조는 주로 저층 건축물이나 주거 시설에 적용되며, 고층 건축물에는 적합하지 않습니다. 전반적으로 플랫슬래브 구조는 공간 활용도와 미적 측면에서 장점이 있는 구조 시스템이라고 볼 수 있습니다.
12. 절판구조

절판구조는 기둥과 보 없이 경사진 슬래브로 구성된 구조 시스템입니다. 이 구조는 슬래브의 경사면을 통해 수직하중을 직접 기둥으로 전달하는 방식입니다. 절판구조는 개방적인 공간 구성이 가능하고, 시공이 간단하다는 장점이 있습니다. 또한 기둥과 보가 없어 건축물의 미적 디자인에 유리합니다. 하지만 슬래브의 경사면으로 인해 구조적 안정성이 낮고, 시공이 까다롭다는 단점이 있습니다. 따라서 절판구조는 주로 저층 건축물이나 특수 목적 시설에 적용되며, 고층 건축물에는 적합하지 않습니다. 전반적으로 절판구조는 공간 활용도와 미적 측면에서 장점이 있지만, 구조적 안전성 측면

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