[건축이야기] 건축 구조상의 필요조건 - 안정과 강도

[건축이야기]

건축 구조상의 필요조건 

안정과 강도

건축구조

◈ 안정

건축의 구조에서 기초가 되는 안정은 전체 건물에 허용 될수 없는 이동이 일어날 때의 위험성과 관련되어 있다. 이것은 평형 개념의 응용으로 볼 수 있는데, 건물의 구조가 평형상태를 이룰 때 건축물이 안정될 수 있다. 반대로, 평형이 깨진 상태의 건축 구조는 붕괴하지도 않은 채 넘어지거나, 미끄러지는 경우가 있다. 이처럼 불안정한 건물 구조는 바람, 부동침하 그리고 미끄러짐 등에 의해 일어나게 된다.

바람에 의한 불안정은 주로 높고 좁은 건물에서 많이 접할 수 있는데, 그것은 건물 자체의 불안정한 균형에 의해 발생한다. 풍압을 견디지 못하고 그에 따라 넘어지는 것이 그것이다. 또한 고르지 못한 지반 지지력의 불안정을 들 수 있는데, 예로 피사의 사탑을 들 수 있다. 건물 하부의 지반이 고르지 못해 하중을 견디는 지지대가 내려앉아, 건축물이 경사지게 되는 것이다. 마지막으로 자중으로 인한 언덕 경사의 미끄러짐이 있다. 이는 건물이 자중을 이기지 못하고 경사면을 따라 미끄러지거나, 지반층이 다른 지반층에 미끄러지는 경우다. 특히 고정된 지반층이 다른 지반층에 미끄러지는 경우는 점토질 지반에서 흔히 볼 수 있다.

이처럼 건물의 불안정은 지반과 건물의 기초와 밀접한 관련이 있다. 이에 대한 방안으로 지내력이 약한 토질 위에는 부잔교, 온통 기초의 방법을 사용하여 건물의 자중을 확산시켜 압력을 감소시킬 수 있다. 일반 지내력의 토질에는 직방형 철근 콘크리트 확대기초로 지지한다. 더 나아가 지반파괴에 대한 예방책으로 말뚝 표면의 마찰 이용이나 깊은 강철 말뚝 설치, 그리고 화학적 방법이 있다.

◈ 강도

강도는 모든 하중에서의 건축물과 각각의 부분에 관련한다. 강도의 점검은 구조방식을 선택한 후 그 구조의 중요한 지점에서의 응력 상태를 측정하고, 그에 따른 응력의 종류 및 크기를 비교하는 것이다. 각각의 안전도는 하중상태와 재료 성질의 불확실성을 비교한다.

설계자는 구조물의 중요한 지점에서 생길 수 있는 가장 나쁜 응력 상태를 구하기 위해 여러 가지 하중조건을 검토해야 한다. 구조 설계를 통해 건물의 강도를 측정하여 그에 따른 재료를 선택하는데, 여기에 컴퓨터의 전자두뇌가 필요하다. 새로이 개발된 방식과 재료를 고려하여 컴퓨터를 통한 가장 좋은 조합을 선택하는 것이다. 이는 컴퓨터의 정확한 해석과 세밀한 연구가 경제성과 구조 안정성의 향상을 이루었다. 하지만 컴퓨터에 의한 '수학적 모델'로 현실적 측정이 불가능할 때, 건물의 축소 구조모형이나 실물 크기의 구조 부재를 사용하여 실험하기도 한다. 

◈ 결론

건물 손상의 대부분은 건축 기초의 결함에서 온다. 지반조사, 풍압을 고려한 건물의 하중을 계산하여 적절한 구조 설계로 건축 구조의 안정성을 향상 시킬 수 있다. 따라서 우리는 건축 구조를 설계할 때, 간과하기 쉬운 구조의 기초적 측면에 관심을 기울여 더 세밀하게 설계하고, 구조물에 대한 여러 가지 요인을 고려하여 건물의 안정성을 고려해야 한다.