건축구조 3

(1)

건축구조 3

건축물의 주요 구조부재

(2)

기 초(footing)

1. 기초의 역할

• 기둥, 벽체의 고정하중이나 적재하중 등의 외력을 지반 으로 전달하는 역할

• 하중의 정도에 따라 형태와 크기가 다양함

• 하중으로 인한 침하가 일어나지 않도록 기초의 하중을 안전하게 받을 수 있는 견고한 지반에 설치해야 함

• 부동침하에 유의

• 현장의 지반을 조사하고 흙의 성질을 파악하여 적합한 기초를 선정해야 함

(3)

출처 : 건축공학의 이해;

정순오외; 기문당; p 37

(4)

2. 기초의 종류 (1) 기초의 분류

• 독립기초 : 단일 기둥을 독립적으로 지지

• 연속기초(줄기초) : 조적벽, 벽체를 지지

• 말뚝기초 : 말뚝에 의해 지지

• 복합기초 : 2개 이상의 기둥을 지지하는 장방형의 기초

• 온통기초 : 지하층 전체를 두꺼운 슬래브 형의 기초로 만든 것

구 분 종 류

기초판 형식 독립기초, 줄기초, 복합기초, 온통기초

지정형식

직접기초 모래지정, 잡석지정, 콘크리트지정

말뚝기초 기능상 지지말뚝, 마찰말뚝, 다짐말뚝

재료상 나무, 기성콘크리트, 현장타설, 강재

깊은기초 웰공법, 케이스공법

(5)

독립기초

줄기초

복합기초

온통기초 말뚝기초

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId

(6)

3. 지정의 종류 (1) 직접지정

• 잡석지정

• 모래지정

• 자갈지정

• 밑창콘크리트지정(버림 콘크리트지정)

(2) 말뚝지정

• 나무말뚝

• 기성콘크리트말뚝 : RC, PC, PHC말뚝

• 강재말뚝 : H 형강, 원형강관

• 현장 타설 콘크리트말뚝

(7)

• 지지방식에 따른 말뚝의 분류 - 지지말뚝

- 마찰말뚝

출처 : 건축공학의 이해;

정순오외; 기문당; p 39

(8)

4. 기초의 부동침하

• 지반에 연약층이 존재하거나 이질지반, 경사지반 등이 있을 경우 부동침하가 발생

• 연약층, 경사지반, 이질지정, 증축 등으로 인해 건물이 부 분적으로 서로 다르게 침하하는 현상

• 부동침하의 원인

- 연약지반, 연약층의 두께차이 - 이질지반 - 암거 등의 지하 매설물 - 경사지반

- 다른 기초 혼용 - 인근 터파기 - 기초 제원의 현저한 차이 - 지하수위변동 - 증축 등

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출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 40

(10)

• 부동침하 방지 대책

① 기초구조

- 경질지반에 기초시공 - 말뚝지정 등으로 보강 - 지중보 등 사용

- 언더피닝(under pinning) : 구조물의 기초부분을 신설, 개 축, 증축하여 기초를 보강하는 공법

② 상부구조

- 건물의 경량화

- 구조물의 강성강화 - 건물의 길이를 짧게

- 건물의 입면 및 무게의 균등화 - 지하실 설치

(11)

기 둥(Column)

1. 기둥의 역할

• 하중의 전달 메카니즘 : 지붕이나 슬래브의 하중  보로 전달  기둥으로 전달  하층의 기둥으로 전달  기초 로 하중을 전달

• 기둥은 하중을 전달하는 수직부재

• 수직하중 이외에 휨 모멘트를 받음.

2. 기둥의 응력과 배치

1) 기둥의 응력

• 기둥은 수직하중 이외에 휨 모멘트를 받으므로 조합된 응력이 작용

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• 기둥은 일반적으로 보와 접합  접합부에 따라 응력이 다름

2) 기둥의 배치

• 배치 시 고려사항

- 지진, 바람의 영향에 대한 검토 - 가새와 내진벽과의 연관성 검토

- 좌굴 방지에 대한 검토 : 세장한 기둥, 두께와 길이의 비 - 사용 공간의 용도에 알맞은 간격으로 배치  재료, 크기 결정

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벽 체(wall)

1. 벽체의 역할

• 외부와 내부공간을 구별하는 역할

• 수직하중, 바람이나 지진 등에 저항하거나 내부공간을 나누는 칸막이 역할

2. 벽체의 구분

• 내력벽 : 수직하중을 부담하는 벽체 - 철근콘크리트 벽체로 시공

- 아파트 벽체, 계단실, 엘리베이터 등에 사용

• 비내력벽 : 하중을 부담하지 않고 공간을 구분하는 칸막이 역 할

- 사무실 내부공간 구획하는 벽체

• 옹벽 : 흙의 토압, 경사면 붕괴에 대비한 외부의 벽체나 지하 층의 벽체

(14)

내력벽과 비내력벽

출처 : http://cafe.naver.com/daon1/364

(15)

보 (beam)

1. 보의 역할

• 바닥판과 연결되어 하부에 일정한 간격으로 설치되는 구 조부재

• 바닥판이 받은 하중을 지지하며 이 하중을 수직부재인 기 둥이나 벽체에 전달함

• 건물의 층고에 많은 영향을 미치는 부재

• 휨을 받는 구조부재

2. 보의 구분

• 큰 보(girder) : 기둥과 기둥 사이를 연결하는 보

• 작은 보(beam) : 기둥에 지지되지 않고 큰 보 사이를 연결 하는 보

• 보의 철근 : 주근(인장력에 저항) + 늑근(전단력에 저항)

(16)

출처 : 건축공학의 이해; 정순오외; 기문당; p 43

(17)

3. 보의 종류

(1) 캔틸레버 보

• 한쪽만 고정되고 다른 끝은 돌출시켜 그 위에 하중을 지 지하도록 한 보

• 공중에 떠있는 구조물, 차양, 출입구 지붕, 발코니 등

(2) 단순지지 보

• 양단부가 자유롭게 지지된 보

• 보 단부의 회전이 자유롭고, 축방향의 신축

• 벽돌 위 철근콘크리트 보

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(3) 고정보

• 보의 양단을 고정시킨 보

• 처짐이 적고 하중을 많이 받음

• 기둥과 기둥 사이의 보

(4) 연속보

• 연속된 부재를 3개 이상의 지점으로 받친 보

• 연속된 2개 이상의 기둥을 연결하는 보

• 일반적 건물의 보

3. 보의 철근배근

• 단근보 : 인장측만 철근 배근한 보

• 복근보 : 인장, 압축 양측에 철근을 배근한 보

• T형보 : 슬래브의 일부분이 보로 작용

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출처 : 건축공학 의 이해; 정순오 외; 기문당; p 44~45

(20)

슬래브(slab)

• 바닥판

• 바닥을 구성하여 사람이 활동하거나 가구나 물건을 쌓여 지는 부분

• 바닥판의 두께 : 150 ~ 200mm

• 바닥은 강성, 차음성, 내구성, 내화성이 요구됨

(21)

출처 : 건축공학 의 이해; 정순오 외; 기문당; p 46

(22)

계 단(stair)

• 상층부와 하층부를 연결하는 통로

• 디딤판 : 계단의 수평바닥 챌 판 : 계단의 수직면

계단참 : 계단의 중간층

• 건물의 안전을 위해 적절한 경사, 폭, 설치개수 등을 법규 로 규정하고 있다.

출처 :

http://terms.naver.com/e ntry.nhn?docId=1714718

&cid=49050&categoryId

=49050

(23)

(24)

지 붕(roof)

• 외부의 바람, 눈, 비를 막아주고 외부하중에 대하여 안전 하게 지탱하는 역할

• 지붕재는 물을 차단하고 바람과 태양을 차단하는 적절한 재료를 선정해야 함.

출처 : http://cafe.naver.com/dongminhousing/802

(25)

건축물의 구조시스템

(26)

건축의 구조(Structure)

• 계획된 건축물을 실현시키기 위한 가장 중요한 요소 중 의 하나

• 건축과 구조의 관계 : 복합적이면서도 다양한 측면을 내 포

• 구조물 자체가 건축디자인의 형태를 결정짓는 중요한 요 소

• 현재의 건축가 : 디자인과 결합된 적절한 구조적 해결방 법 및 재료를 선택하는 것이 중요

(27)

재료에 의한 분류

1. 철근콘크리트 구조(RC 구조: Reinforced Concrete)

• 골재인 모래와 자갈, 결합재인 시멘트에 물을 일정한 비율로 혼합하여 만들어지는 콘크리트를 보강재인 철근이 배근 되어 있는 일정한 틀 속에 (거푸집)에 부어 시간이 경과하면서 원하 는 형상을 만들어 내는 구조

• 부재를 만드는데 거푸집을 이용하여 철근을 배근하고 콘크리 트를 타설하여 구조체를 일체로 만드는 것

• 철근이 인장력에 강하고 콘크리트가 압축력에 강한 장점을 결 합하여 탄생한 구조

• 장점 : 철근을 콘크리트가 감싸므로 부착력이 좋고 철근이 녹 슬고 불에 약한 것을 방지함

• 단점 : 물을 사용, 거푸집이라는 틀이 필요, 강도를 발휘하는데 시간이 걸림

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• 콘크리트 : 압축강도가 가장 중요, 건조 수축 및 균열현상 등이 유발되기 쉬우며 양생기간에 주의를 요함

• 철근 : 보강재로 사용, 인장강도가 중요, 가공조립, 철근 의 배근 간격, 이음 및 정착길이, 피복두께의 확보에 주의 를 요함

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2. 철골 구조(SC 구조, Skeleton Construction)

• 공장에서 생산한 철골부재를 볼트와 용접 등으로 부재를 서로 연결하여 구조물을 완성하는 구조

• 구조용으로는 H 형강이 주로 사용

• 철골공장에서 건물의 형태에 맞게 가공하고 조립한 후 현장으로 운반하여 설치

• 철골구조는 강도가 커서 고층건물, 장스팬 건물에 많이 사용

• 장점 : 구조물의 무게를 가볍게 할 수 있다.

경화시간이 소요되지 않으므로 공사기간을 단축 품질이 균일하고 시공이 용이

강도가 크다.

(30)

• 단점 : 화재 시 강도가 약해지고 습기에 노출되면 녹이 발생  표면을 피복해야 함(내화피복)

좌굴현상이 발생하기 용이

• 철골구조는 기둥과 보, 큰 보와 작은 보 등이 만나는 접 합부의 강성이 크고 부재에 전달되는 하중에 안전해야 함

• 부재접합 : 리벳, 보통볼트, 고력볼트, 용접이 사용

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출처 : 건축공학의 이 해; 정순오 외; 기문당;

p 54 ~ 55

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① 슬래브

• 일반적으로 철상판인 데크 플레이트(deck plate)를 보 위 에 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설

② 기둥

• 주로 단일 형강으로 H형강 기둥이 사용

• 강관기둥, 각관기둥도 사용

③ 보

• 단일보와 조립보로 구분

출처 :

http://blog.naver.com/swpanel2170/150185290660

(33)

3. 철골철근콘크리트 구조(SRC 구조)

• 철골부재 주위로 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 철골과 철근콘크리트를 일체로 만 드는 구조

• 장스팬, 고층건물에 사용, 두 구조의 장점을 살린 구조

• 장점 : 주요부재의 단면을 작게 할 수 있다 바람, 지진하중의 저항이 우수

강재의 좌굴현상도 없다

내화성이 우수하고 강성이 크다.

• 단점 : 작업량이 많고 어렵다 공사기간 및 공사비의 증가 건물 자중이 증가

(34)

① 기둥 : 합성기둥

② 보 : 합성보

출처 :

http://terms.naver.com/entr y.nhn?docId=712974&cid=

42318&categoryId=42318

(35)

4. 목구조

• 목재를 사용한 구조

• 형식에 따라 : 가구식구조, 경골구조, 판식구조 등

5. 벽돌구조

• 벽돌을 시멘트 모르타르로 쌓아 벽체를 만드는 구조

6. 블록구조

• 블록을 시멘트 모르타르 또는 콘크리트로 쌓아 벽체를 만드는 구조

• 보강 블록조 : 블록의 빈공간에 철근을 배근하여 내력을 크게 한 구조

(36)

구성방법에 의한 분류

1. 조적식 구조

2. 가구식 구조

3. 일체식 구조

4. 조립식 구조

(37)

1) 조적식 구조(masonry structure)

• 작은 단위부재를 접합재로 붙 여서 건물을 구성

• 석재, 벽돌, 블록 등의 재료를 사용, 부재의 접합은 주로 시 멘트 모르타르가 사용됨

• 대규모적인 건축물을 형성

출처 :

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=7 08713&cid=42318&categoryId=42318

(38)

• 조적식 구조는 벽 두께가 두꺼워져 내부공간이 좁아지고 넓은 공간을 만드는데 제약이 많다.

• 지진 등의 수평하중에 취약

• 쌓기 높이 및 건물의 층수에 제약

• 건물의 비내력벽에 주로 사용 : 구조용으로 사용하는 경 우  철근을 배근하여 보강한 구조로 사용

• 내화성, 차음성이 우수

• 장스팬 건물, 고층건물에 부적합한 방식

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2) 가구식 구조(framed structure)

• 목재, 철재 같은 가늘고 긴재료(장 스팬의 재료)를 사 용하여 조립한 형 식

• 기둥과 보를 이 용하여 공간형성

• 목구조, 철골구 조

• 수직하중, 횡력 에 강함

• 지진 등의 진동 하중에 약함

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3) 일체식구조(monolithic structure)

• 구조부재 간에 연속성이 있도록 틀을 만들어 그 속에 물 질을 넣고 경화시키거나 부재간의 접합을 강접합으로 일 체로 만드는 방법

• 철근콘크리트조(RC조), 철골 철근콘크리트조

(SRC조)

• 주요 구조체가 일체식 으로 구성

• 내구, 내화, 내진적

• 장점 : 원하는 형상으로 만들 수 있는 튼튼한 구 조

• 단점 : 무거운 재료를 사용하여 자체 무게가 많 이 나간다.

출처 : http://blog.naver.com/parkgyusuk/30050164954

(41)

4) 입체구조(space frame structure)

• 3차원적으로 외력을 자중이 얇은 판, 막 자체에 분산 수 용함으로써 높은 강도와 강성을 지니게 하는 공간적인 구 조형식

(1) 트러스(truss)

• 가는 직선부재를 입체적(삼각형, 사각형)으로 구성

• 부재는 인장력과 압축력만 생김

• 체육관 지붕, 출입구 등

출처 :

http://blog.naver.com/jhoony71/8 0058978130

(42)

(1)아치(Arch)

• 활 모양으로 양 끝점을 잡아서 둥글게 곡선으로 만들어 곡 선을 따라 압축력이 전해지는 구조

• 가구식 구조보다 큰 하중에 견딜 수 있는 구조

• 건물의 개구부, 출입구, 교량 등에 이용

• 구조물 시공에 목재사용

출처 :

http://www.scienceall.com/?post _type=dic&p=28022

(43)

• 볼트(valult)

- 아치를 길이 방향으로 연장시켜 공간을 제공한 것 - 반원형 볼트, 십자형 볼트 등

출처 ;

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1103326&cid=40942&categoryId=32337

(44)

(2) 돔(dome)

• 넓은 실내공간을 기둥 없이 구성.

• 아치와 유사한 원리

• 하중은 방사형 돔을 통해 전달되는 구조

피렌체 두오모 성당

출처 :

http://terms.naver.com/entry.nhn?doc Id=1083854&cid=40942&categoryId

=32339

(45)

(3) 쉘(shell)구조

• 조개껍데기 모양의 얇은 두께의 막을 곡선으로 구성한 것

• 원통, 타원, 포물선 형태 등

• 곡면구조로 스팬이 큰 건물이 지붕에 적용

출처 :

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1391860&cid=50407&categoryId=50408

(46)

(4) 현수구조(suspension construction)

•

와이어 로프, PS와이어 등의 케이블로 지붕 및 바닥 등 의 슬래브를 달아매는 구조방식

• 구조물의 주요부분에 지점을 만들어 매달리는 구조

• 부재가 인장력을 받는 형식

(47)

(5) 절판식 구조(folded plate)

• 얇은 판을 꺾어서 접어진 모양으로 만든 것

• 평평한 판상형 부재보다 더 많은 하중을 받을 수 있도 록 만든 것

• 공장, 창고의 지붕 등

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(6) 막구조(tensile systems)

• 텐트와 같은 얇은 막을 쳐서 지붕을 구성하는 구조방법

• 얇고 유연한 판재로 만든 것

• 인장력만 작용

• 공기막 구조 : 내부에 넣은 공기가 넓은 공간을 형성 일시적 전시공간에 활용

• 텐션막 구조 : 기둥을 세우고 여기에 막을 걸고 잡아당 겨 지붕을 만드는 구조

출처 :

http://blog.naver.com/mmkinc/

140178269957

(49)

6) 조립식 구조(prefabricated structure)

• 주요 건축골조를 공장에서 제작하고 현장에 운반하여 조립 하는 것  프리패브 방식

• 부재의 공장생산으로 품질향상, 원가절감, 공기단축이 가능

• 부재의 형상이 단조롭고 부재간의 접합부 처리 등이 문제

• 프리캐스트 콘크리트 구조가 주로 사용

(50)

시공방법에 의한 분류

1. 습식구조

• 시공과정에 물을 사용하는 것

• 철근콘크리트조 같은 일체식구조, 조적식구조

• 공사기간이 길고, 동절기 등에 공사 중단함

2. 건식구조

• 물을 사용하지 않는 조립식, 가구식구조 등

• 공기단축, 기후의 영향을 덜 받음