건축구조의 종류

[후에미소(권대업)]

건축구조의 종류

▶건축하중 개요

건축구조는 단순하게 골조를 구성하는 재료에 따라 목구조, 철근콘크리트조 등으로 구분할 수 있겠으나, 건물에 작용하는 힘에 저항하는 방식으로 구분하는 것이 구조에 대한 정확한 이해를 근거로 한 분류라고 할 수 있을 것이다. 건축에 작용하는 대표적인 하중으로 축하중과 수평하중이 있다.

축하중 : 중력하중(Gravity Force), 수직하중(Vertical Load)
지구의 중력에 의한 지면과 수직되는 방향의 힘

수평하중 : 횡하중(Lateral Force)
바람이나 지진과 같이 건축물에 수평적으로 작용하는 힘 

▶축하중에 의한 구조방식

보기둥구조(Beam & Column Structure) : 바닥-보-기둥-기초
바닥슬래브의 적재하중과 고정하중이 보를 통해 모여져서 기둥으로 전달되고, 기둥을 타고 내려가 기초로 전달되어 최종적으로 지반으로 전달되는 일반적이고 전통적인 구조방식
적용 : 철근콘크리트조, 철골철근콘크리트조, 철골조, 목구조

벽식구조(Wall Column Structure) : 바닥-콘크리트벽-기초
바닥슬래브의 하중이 하단의 벽체를 타고 내려가 기초판을 거쳐 지반으로 전달되는 방식으로 보가 차지하는 공간이 없기 때문에 그 만큼 건축물의 층고를 줄일 수 있다. 또한 벽체와 슬래브의 마감공사가 단순해지는 경제적인 구조이다. 이러한 이유로 아파트와 같은 공동주택에 많이 채택되는 구조방식이다. 그러나 내력벽과 내력벽 사이의 거리제한으로 넓은 공간을 확보하기 어렵고, 평면상 가변성이 없다는 점, 상부의 충격소음이 내력벽으로 전달되어 차음성능이 떨어지는 단점이 있다.
적용 : 철근콘크리트조

조적조 : 바닥-테두리보-조적벽-기초
바닥슬래브의 하중이 테두리보에 거쳐 조적벽체를 경유해 기초로 전달되는 구조로 테두리보와 기초가 주로 철근콘크리트로 되기 때문에 완전한 조적조 구조방식은 거의 없다.
적용 : 벽돌조, 블록조

무량판구조 : 바닥-기둥-기초
기둥과 슬래브로 구성되는 구조방식으로 벽식구조처럼 보가 없으며 보바닥구조처럼 슬래브의 하중이 기둥을 통해 기초로 전달된다. 보가 없어 층고를 줄일 수 있는 장점이 있으나 슬래브의 두께가 두꺼워지는 단점이 있다. 또한 기둥주위의 슬래브에 펀칭전단응력(Punching Shear Force)이 크게 작용하므로 기둥주변 슬래브의 전단보강에 각별히 주의해야 한다.
이 펀칭전단응력에 저항하는 슬래브의 드롭헤드패널(Drop Head Panel)의 유무에 따라 플랫데크(Flat Deck)와 플랫슬래브(Flat Slab)로 구분된다.
적용 : 철근콘크리트조

▶횡력저항방식에 의한 구조의 분류

가새(Bracing) : 목재가새/철골가새
건물에 횡력이 작용하면 수직부재와 수평부재는 옆으로 찌그러지려 한다. 이를 방지하기 위해서 수직부재와 수평부재 사이에 대각선 방향의 부재를 추가하여 구조물을 트러스 형태로 만들어 주면 횡력에 저항할 수 있게 된다. 이러한 방식이 일반적인 가구식 구조로서 힌지(Hinge)접합으로도 가능하기 때문에 경량철골구조, 목구조에 적용할 수 있다.

라멘(Rahmen)구조 : 철근콘크리트라멘조/철골라멘조/철골철근콘크리트라멘조
부재간 접합을 강접(Moment Connection)하여 횡력에 저항하게 하는 방식이 라멘(Rahmen)구조방식이다. 이 구조방식은 철근콘크리트구조나 철골철근콘크리트구조에서 채택되는 방식으로 보기둥구조, 무량판구조가 이 방식에 해당되며 그리 높지 않은 대부분의 구조물에 채택된다. 아파트구조에 주로 채택되는 벽식구조는 벽체와 슬래브가 서로 강하게 결속되어 저헝하므로 벽체가 기둥역할을 하고 슬래브가 보의 역할을 하므로 철근콘크리트 벽식구조도 일종의 라멘구조방식이라고 할 수 있다.

코어(Core)구조 : 철근콘크리트코어/철골철근콘크리트코어
라멘구조방식은 건축물이 그리 높지 않을 때는 큰 문제가 없으나 층수가 많아지고 건축물의 높이가 높아지면 기둥과 보의 부재단면이 축하중에 저항할 수 있는 단면보다 훨씬 커져야 하는 불합리한 점이 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 구조방식이 코어벽체구조(Core Wall Structure)인데 일반적인 고층 건축물에 적용되는 구조로서 엘리베이터, 계단실, 파이프샤프트 등 건축물의 상하부를 기능적으로 연결시키는 공간인 코어를 콘크리트 파이프처럼 만들고 여기에 기둥과 보의 라멘구조가 합성되어 라멘과 코어가 서로 힘을 합해서 횡력에 저항하는 방식이다. 이때 코어에 횡력을 전달하는 부재는 건축물의 바닥판 슬래브로서 슬래브는 횡력이 코어에 전달되게 하는 기능뿐만 아니라 보와 거더의 좌굴과 비틀림을 막아주는 역할도 한다.
반대로  지하층에서는 옹벽에 작용하는 토압이나 수압과 같은 횡력으로 인한 슬래브의 판좌굴을 보와 거더가 막아주는 역할을 한다.

튜브(Tube)구조 : 단일튜브/2중튜브/복합튜브
코어구조도 초고층 건물의 경우에는 그 강성이 부족하여 비경제적인 구조가 되므로 초고층 건축물, 예를 들면 60~70층 건축물에서 코어구조의 단점을 극복하기 위해 채택되는 구조방식이 튜브(Tube)구조방식이다.
튜브구조는 강한 외피로 둘러싸인 피막구조라고 할 수 있다. 이 피막(튜브)이 몇 개냐에 따라 단일튜브(Single Tube)방식, 2중튜브(Double Tube)방식, 복합튜브(Multi-Tube)방식, 코어와 외부튜브가 복합된 Tube in Tube 방식 등으로 구분되며, 튜브의 형태에 따라 골조튜브(Framed Tube), 가새튜브(Braced Tube) 등으로 구분된다. 튜브방식을 적용하면 콘크리트로도 초고층건물을 지을 수 있는데, 축하중을 외벽과 내벽 코어벽체가 상당부분 부담하므로 내부기둥의 의존도가 낮아져 넓은 내부공간을 만들 수 있게 된다. 외피, 즉 외벽이 횡력에 저항하는 중요한 역할을 하므로 창과 같은 개구부 계획에 제약이 있다는 점이 튜브구조의 단점이다.

［전원생활길잡이:양평여행］