건축구조의 필요조건 [강도와 강성의 차이]

강도

구조물의 안정성을 확보하기 위한 구조부재의 기본성질

강도 결정 순서

• (1)구조방식 (구조시스템의 결정)
• 철골구조 or 콘크리트구조와 같은 재료에 따른 구조시스템 결정
• 고층 건물인 경우 수평저항시스템의 결정

 

 

 

 

 

• 이중 골조, 전단벽, 강접구조, 튜브구조
• 하중의 전달 경로 결정
• 부재의 접합상태에 따라 하중의 경로가 달라진다.

(2) 예상하중 산정

• 사하중
• 활하중
• 동하중 (지진, 풍하중)

(3) 구조해석

• 구조해석 프로그램 (MIDAS, ETAPS, SAP)으로 구조부재에 작용하는 응력계산
• 응력에 적합한 부재크기와 강도 결정

강도와 강성의 차이

• 강도(strength)
• 부재의 하중을 견디는 능력
• 강성 (stiffness)
• 구조시스템의 혹은 부재의 변형에 저항하는 능력
• 예) 압축 및 인장(축변형)에 저항하는 능력
• 재료상수(탄성계수)X면적 : 축강성 (EA)
• 예) 휨변형을 저항하는 능력
• 재료상수 X단면계수/길이 : 휨감성 (EI/L)

강도 결정방법

 

 

 

 

• 가장 열악한 (불리한, 강한) 하중 상태하에 부재에 작용하는 응력을 기본
• 구조의 기본 철학 : 사용자의 안전
• 휴머니즘

현재 구조물 해석과 강도 결정 방법

• 컴퓨터의 발전에 의해 복잡한 해석을 정확하고 빠른 시간에 해결
• FEM(finite element method), matrix analysis
• 최적화 설계가능(부분적인 부분)
• 재료의 소성적 기능 및 복잡한 개념 때문에 현재 부분적인 부분만 가능
• 경제성과 안전은 동전의 이면과 같은 관계
• 수학적모델링이 가능한 것
• 수치해석을 이용한 computer simulation으로 강도결정 가능
• 수학적모델링이 불가능한 것
• 모형실험
• 예) 축소모형실험
• 실물실험도 병행

과거의 건물

• 경제의 논리로 지어지지 않는 경우가 많다.
• 예) 파르테논 신전, 이집트 피라미드, 중세 교회, 궁전과 같은 부와 권력의 표현으로 지어진 건축물

현재의 건물

 

 

 

 

 

• 자본주의 경제논리에 의해 건축물은 경제성의 산물
• 건축주의 의도에 의해 경제논리가 희석되는 경우도 있다.
• 예) 포스코 센터

구조관련 비용

• 전체 건물비용의 30% 정도
• 최적화 하더라도 전체비용에 비해서는 큰 비용감소가 이루어지지 않는다.

구조관련 비용

• 재료비와 노동비에 영향
• 선진국 : 재료비 낮고, 노동비 높음
• 개발도상국 : 재료비 높고, 노동비 낮음
• 공사기간과 건설비용과의 관계
• 수익성과 안전성의 평형이 요구됨
• 공사기간의 단축을 위해
• 조립식 공법(Precast concrete)
• Top-down 공법
• 대형공사의 경우 건축물이 처음 계획되고 완성될 때까지의 기획 검토 계획 관리를 담당하는 전문 분야가 필요하다.
• CM(construction management)

 

 

 

 

최적의 구조

• 기능, 경제성, 안전성과 미를 동시에 만족시킬 수 있는 구조
• For whom
• 누구를 위한 최적의 구조인가?
• 건축주 : 최소 경비
• 노동자 : 노동량이 많이 필요한 구조
• 사용자 : 가장 실용적, 혹은 만족스런 구조
• 특수재료상, 구조기술자 등
• 구조의 복잡다양성
• 최적의 구조를 결정할 수 있는 자 Or 최적의 구조라고 판단할 수 있는 자 = 신
• 단순한 one-span의 보-기둥으로 이루어진 구조물이 있다면 재료적 혹은 비용만으로 최적의 구조부재를 선정하는 것은 가능
• 하지만 구조물의 형태와 기능은 다양 많은 경험을 통한 지식과 향상 새로운 지식에 의해서만 최적에 근접한 구조가 탄생가능