건축구조 1 1

건축구조 1

건축물과 구조

1. 건축구조의 목적

• 건축물의 형상을 유지하고 공간을 구획하여 사람들이 안 전하게 거주하도록 하는 것

• 구조 : 건물 자체의 무게 이외에 외부에서 작용하는 모든 하중을 부담하고 이에 대해 안전해야 하며, 지반으로 안 전하게 하중을 전달해야 함.

• 건축구조계획 : 모든 하중에 대항하여 안전하고 경제적 인 구조물이 가능하도록 구조의 형식 등을 결정하는 것

2. 건축구조의 기능

• 건축물은 그 사용목적과 일치하도록 설계하고 대지 위에 지어져야 한다.

• 경제성과 시공성 등을 고려한 구조형식 및 사용재료, 기 초형식 등을 결정하는 과정이 필요

• 건축구조의 기능

① 건물이 사용되는 기간 중에 붕괴되지 않도록 하는 것

② 건물의 본래 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 강성과 강 도를 유지하는 것

고대 건물의 개구부

시애틀 중앙도서관, 램 콜하스(2004) 로마의 판테온

출처 :

http://imagesearch.naver.com /search.naver

3. 건축구조의 발전

• 구조이론은 그리스 초기부터 시작

- 아리스토텔레스, 피타고라스, 플라톤 등

• 근대이전 : 한정된 재료 및 기술의 사용으로 창조적이고 자유로운 건물의 축조에 어려움

• 최근에는 인공재료, 초고층 건물, 장스팬, 특수형상의 건 축물, 내진구조 등의 건물이 축조

• 건축구조는 과학적 원리에 기초를 두고 건축에서 추구하 는 아름다움, 다양한 기능의 충족 등을 가능하게 만드는 중요한 역할을 수행함.

• 내진구조

김포공항 내진구조

출처 :

http://cafe.naver.com/doh a2009/568

4. 건축구조의 선정

• 건축물의 형태와 기능을 유지하고 안전성을 확보하기 위 해 적합한 구조시스템을 선정하여 구조부재인 기초, 기 둥, 보, 벽체, 바닥판 등을 적절하게 배치

• 건물구조시스템 선정시 건물에 가해지는 각종 하중을 예 상하여 충분히 안전하도록 구조설계 및 재료선정에 유의

• 최적의 구조 조건 : - 가장 안전하고

- 가장 강하고

- 가장 기능적이며 - 가장 경제적이며 - 가장 아름다운 것

출처 : http://terms.naver.com

• 구조 설계 흐름도

설계도면 접수

구조계획 수립

구조 계산

구조도면 작성

건축가 설비기술자

등과 협의

응력계산

응력검토 시공성 검토

건축물에 작용하는 하중

1. 건물과 하중

(1) 건물의 구조체

• 건물의 형태를 유지하고 안전하기 위해서는 건물의 자중 + 건물에 작용하는 하중에 견뎌야 함

• 건물의 구조체 = 건물의 뼈대

- 구성 : 기초, 기둥, 보, 벽체 및 슬래브 등의 구조부재

(2) 하중의 작용

• 건물에 작용하는 하중은 건축물의 형태, 사용재료, 건물 의 위치 등에 따라 달라지며 시간과 장소에 따라서도 변 함.

• 건축물의 구조계산 : 건축물에 작용하는 모든 하중을 고 려 = 자중 + 모든 외부하중

- 최악의 조건에서 하중의 영향을 검토  이에 따라 구조 시스템을 선정  건물의 주요부재 배치  주요부재의 크 기 선정

• 모든 하중은 건물의 주요 구조부(슬라브, 보, 기둥 등)에 작용하고 마지막에 기초에 전달되어 지반이 부담

• 하중(Load)이란?

- 건물 또는 부재에 작용하는 모든 외부의 힘으로 건축물 시공 중에 또는 완성 후에도 작용

- 구조체에 걸린 힘

• 건물준공 후 구조변경, 과다한 하중이 실리는 용도변경 이 없도록 해야 함.

• 기존 건물의 용도 변경 시 사전에 구조검토를 실시하여 안전성을 확인해야 함.

• 구조설계(structural design)

- 건축물 구조의 계획과 하중에 대한 역학적 계산을 실시 하고 구조도면을 작성함.

- 건축 설계 중 주로 구조의 입장에서 실시되는 행위로, 구 조 계획에 따라 기본적인 설계를 정하고, 구조 역학을 기 초로 한 구조 계산에 의해 구조물의 안전을 확인하며, 구 조체 각부에 대하여 시공 가능한 도면 및 시방서를 작성 하는 것.

※ 시방-서示方書

공사 따위에서 일정한 순서를 적은 문서.

제품 또는 공사에 필요한 재료의 종류와 품질, 사용처, 시공 방법, 제품의 납기, 준공 기일 등 설계 도면에 나타 내기 어려운 사항을 명확하게 기록한다.

• 구조설계 예

(3) 응력(stress)

• 건물에 하중(힘)이 가해질 때 단위 면적당 받는 힘

• 응력(= 내력, 변형력) : 외력(外力)이 재료에 작용할 때 그 내부에 생 기는 저항력

• 단위

1Pa = 1 N/m² = 0.1 kgf/m²

• 응력 = 단위면적당 내력

= 작용한 하중(힘)/ 면적

출처 : http://www.scienceall.com/?post_type=dic&p=29234

구조물의 응력 σ = P/A

= P/(πD²/4)

= 4P/ π D²(kg/m²)

출처 : 건축공학의 이해; 정순 오 외; 기문당; p 20

2. 하중의 종류

(1) 고정하중(dead load)과 적재하중(live load) 1) 고정하중

• 건물 자체의 무게(자중)와 지속적으로 가해지는 하중  영구하중

• 지구의 중심을 향해 작용  수직하중

• 구성요소 : 각종 구조부(바닥판, 기둥, 보, 슬래브 등), 각 종 마감재료, 시설 및 설비류 등

• 고정하중은 설계단계에서 정해진 구조시스템 및 사용재 료에 따라 결정됨

• 최근 고층건물은 고정하중을 줄이기 위해 강도가 크면서, 무게가 가벼운 재료를 사용

• 고정하중의 계산 : 구조재료의 단위중량을 이용 = 재료의 부피 X 비중

• 재료의 단위체적 중량

재 료 명 단위체적 중량

(kN/m³) 비 고 철(강재) 785 7.85t/m³

알루미늄 27

철골철근콘크리트 25

철근콘크리트 24 2.4t/m³ 무근콘크리트 23

모르타르 20

출처 : 건축공학 의 이해; 정순오 외; 기문당; p 23

• 하중의 종류

수직 하중

수평 하중

출처 : http://cafe.naver.com/midasegen

2) 적재하중(활하중)

• 이동할 수 있는 모든 하중 - 사람, 동물, 가구, 서류함 등 - 공사중의 하중

- 비, 바람, 눈 등

• 작용하는 적재하중은 같은 부위라도 하중이 작용하는 상 황에 따라 달라진다.

• 적재하중은 단위면적당 작용하는 하중

• 바닥의 단위면적당 일정하게 작용한다고 가정하여 산정

• 적재하중은 불확실성을 가지고 있으므로 안전율을 고려 하여 평균값으로 설정

등분포 적재하중

(2) 정하중(static load)과 동하중(dynamic load)

• 정하중 : 불변하는 고정하중 + 약간의 변화가 있을 수 있 는 적재하중

- 시간의 경과에 따라 급격하게 변하지 않고 거의 일정하 게 같은 무게로 작용하는 하중

• 동하중 : 바람, 지진, 차량이동, 충격 등과 같이 급히 발생 하거나 값이 변하는 하중

- 충격하중이며 동하중인 경우 : 망치로 못을 박을 때

- 공진하중이며 동하중인 경우 : 작은 하중을 지속적으로 작용시켜 진동이 발생하여 교량의 진동과 하중의 작용주기 가 일치하면 큰 진동이 발생하여 교량이 파괴

출처 : http://cafe.naver.com/midasegen

(3) 기타하중(풍하중, 적설하중, 지진하중, 열하중, 침하하중)

1) 풍하중(wind load)

• 바람이 불 때 건물에 작용하는 압력

• 바람이 건축물에 미치는 영향은 건물의 높이에 따라 증 가

• 풍하중에 영향을 미치는 요소 - 건물의 지리적 위치

- 노출 정도 및 노출시간 - 건물의 형태

- 건물의 높이 및 크기

- 건물에 가해지는 풍압력 및 풍향 - 건물내부의 압력 및 흡인력

• 고층건물을 지을 때 풍동 실험을 행함.

• 고층건물의 상층부는 진동주기가 짧고, 많이 흔들리지 않도록 하는 장치가 요구됨

해운대 I Park 풍동실험

출처 : http://blog.naver.com/skystone69/130087238723

바람에 의한 경사지붕의 하중단면

출처 :

http://wediweb.blog.

me/68669653

2) 적설하중(snow load)

• 적설 중량이 구조물에 외력으로서 작용하는 하중

• 적설하중 영향요소 : 건물의 위치, 지역과 환경, 구조물의 형상, 지붕의 경사와 형태 등

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=712512&cid=592&categoryId=592

지역별 적설하중의 기본값

경주 마우나 리조트 사고 (2014.02.18)

출처 : http://blog.naver.com/kojjum/90100780322

3) 지진하중(earthquake load)

• 지진에 의해 구조물에 미치는 하중

• 풍하중과 같이 고층건물은 무게중심이 흔들리기가 쉬우 므로 내진설계가 필요

• 지진하중은 수직과 수평방향으로 동시에 일어남

4) 열(온도)하중

• 건축물이 온도변화로 발생하는 열팽창과 수축현상으로 치수변화가 일어나고 이것이 하중으로 작용

• 신축성이 있는 재료를 사용하거나 변형을 흡수할 수 있 는 방법을 사용하여 예방

5) 침하하중

• 지반이 고르지 못해 저항력이 다 른 경우 건물의 일부분이 부동침 하를 일으키며 이로 인해 건물의 지지부분은 설계 당시보다 더 많 은 하중을 부담한다.

• 부동침하

- 지반이 기초를 똑같이 지탱할 수 가 없어 일부분이 침하하는 상태가 다른 것

- 한 건물에서 부분적으로 서로 상 이하게 침하되는 현상

출처 : http://blog.naver.com/realatblog/110178720791