뼈대가 튼튼해야 오래 산다
안전하고 견고하며 합리적인 구조는
건축의 3요소인 기능機能, 구조構造, 미美는 생명체처럼 전체를 구성하고 서로 밀접한 관계를 맺는다. 건축 구조를 정할 때에는 견고한 뼈대[骨組]뿐만 아니라 공간이 쓰임새에 맞는지, 아름다운지를 두루 살펴야 한다. 우리는 보통 집을 지을 때에 먼저 용도를 고려해 마음에 드는 터를 찾고[立地], 설계를 확정하고, 터를 닦고, 구조체를 짜고, 전기·냉난방·상하수도 등 각종 설비를 하고, 내·외장재를 두른다. 사람에 비유하면 남녀 간 만남은 입지에, 결혼은 설계에, 합일은 터 닦기에, 뼈와 근육은 구조체에, 혈관은 각종 설비에, 피부는 내·외장재에 해당한다. 뼈가 튼튼한 아이가 건강하고 씩씩하게 자라듯이, 적합한 구조 부재로 구성한 건축물이라야 고정 하중, 적재 하중, 적설 하중, 풍 하중, 지진 하중 등 예기치 않은 각종 난관에도 잘 버틴다. 구조를 정할 때 기본이 되는 ‘구조 부재의 요건’과 ‘소규모 건축물의 구조 기준’을 통해 구조별 시공법을 살펴보자. 글 윤홍로 기자
건축물, 특히 주택은 구조를 선정할 때에 편리성, 쾌적성, 건강성, 내구성, 안전성, 경제성, 미관성 등을 모두 고려해야 한다. 또한, 대지의 형상과 지반 조건, 건축물의 규모와 형태, 지자체의 건축 조례 등도 염두에 둬야 한다. 주택은 어떤 건축 부재部材를 사용해 어떻게 짓느냐에 따라 유형이 다양하다. 구조 부재, 공법, 시공 특성을 살리면 편안하고, 튼튼하고, 아름다운 주택을 지을 수 있다.
구조 안전성| 전체 구조 방식과 개개의 부재들이 설계 하중을 지탱할 만큼 튼튼한지 확인한다.
화재 안전성| 구조부가 화재에 얼마나 견디는지 확인한다. 내화성, 내연성이 떨어지면 별도로 이를 보강한다.
시공의 용이성| 시공 방법은 단순하고 솔직해야 한다. 구조 부재가 지닌 특성 때문에 시공 기술이 복잡해지고 공기工期가 늘어나는 것은 아닌지 확인한다.
내구성| 구조 방식과 구성 요소가 시간 경과와 기후에 따른 물성 파괴에 얼마나 견디는지 확인한다.
통합성| 구조 방식이 전기, 냉난방, 상하수도 등 각종 설비, 내·외장재 등과 상호 작용하는지 확인한다.
경제성| 구조 방식이 전체 건축비와 균형을 이루는지 확인한다. 불균형을 이루면 내·외장재 적용에 어려움을 겪는다. 또한, 건축물에 드는 유지관리비도 확인한다.
시각성| 구조의 구성 요소는 건축물의 가치를 좌우하고, 특히 주택은 일생을 살아갈 공간인 만큼 아름다워야 한다.
건축의 3요소 중 하나인 구조란 건축물의 뼈대를 구성하는 골조이며, 주요 구조부란 내력벽耐力壁, 기둥, 바닥, 보, 지붕틀, 주 계단을 말한다. 주요 구조부에는 샛기둥, 최하층 바닥, 작은 보, 차양, 옥외 계단 등은 해당하지 않는다. 그리고 구조 부재란 건축물의 기초, 벽, 기둥, 바닥 판, 지붕틀, 토대土臺, 사재, 가로재 등으로, 건축물에 작용하는 설계 하중에 대해 그 건축물을 안전하게 지지하는 구조 내력상 주요 부분을 말한다.
이처럼 건축물의 주요 구조부를 이루는 구조 부재는 강성剛性과 인성靭性을 지녀야 건축물에 변형, 진동, 순간적인 파괴 현상 등이 발생하지 않는다. 구조 부재로 시공할 때에 부식 방지, 방부, 방수 조치는 기본이다. 부식이나 닳아 없어질 우려가 있는 구조 부재는 부식 방지 조치를 하고, 나무로 벽돌·콘크리트·흙 등 함수성含水性을 지닌 물체에 접하는 부분은 방부 조치를 하고, 벽으로 직접 황토와 접하는 부분은 대문과 담장을 제외하고 내수 재료를 사용해야 한다.
소규모 건축물 구조 기준
전원주택 등 소규모 건축물은 층수 3층 이하, 연면적 1000.0㎡(303.0평) 이하, 높이 13m 이하, 처마 높이 9m 이하, 기둥과 기둥 사이 거리(기둥이 없으면 내력벽과 내력벽 사이 거리) 10m 이하인 건축물을 말한다. 이러한 건축물의 구조 안전을 확보하고자 필요한 사항을 정한 것이 바로 ‘소규모 건축물의 구조 기준’으로 목구조, 조적식 구조, 보강 블록 구조, 콘크리트 구조 건축물의 기술적 기준을 규정하고 있다.
※ 이 가운데 전원주택에 활용도가 낮은 보강 블록 구조는 제외한다. ‘건축 구조 기준’에 따라 설계하는 경우, 이 규정을 적용하지 않을 수 있다.
목구조
목재를 골조로 한 경량 목구조.
적용 대상_목구조, 목구조 + 조적식 구조
※ 예외: 정자亭子, 연면적 10.0㎡(3.0평) 이하인 광
압축재의 최소 단면| 목재로 된 구조 부재인 압축재의 단면적은 4500㎟ 이상으로 한다.
모서리 기둥| 2층 이상 건축물의 모서리에 설치하는 기둥 또는 이에 준하는 기둥은 통재通材 기둥으로 한다. 이은 기둥은, 그 이은 부분을 통재 기둥과 동등 이상의 내력을 갖도록 보강한 경우 예외로 할 수 있다.
가새| 가새란 사각형으로 짠 뼈대의 변형을 막기 위해 대각선 방향으로 빗댄 목재이다. 인장력을 받는 가새는 두께 15㎜ 이상, 폭 90㎜ 이상인 목재 또는 이와 동등 이상의 강도를 가진 강재를 사용한다. 압축력을 받는 가새는 두께 35㎜ 이상이고 골조 기둥의 1/3에 해당하는 두께의 목재를 사용한다. 가새는 그 두 끝 부분을 기둥, 보 그 밖의 구조 부재인 가로재와 잇는다. 가새에는 파내기 그 밖에 이와 유사한 손상을 주어 내력에 지장을 주면 안 된다.
바닥 틀, 지붕틀| 바닥 틀과 지붕틀의 모서리에 귀잡이(가로재와 세로재가 직각으로 만나 짜이는 귀에 빗대는 부재)를 사용하고 지붕틀에 가새를 설치한다.
방부| 구조 부재에 사용하는 목재로 벽돌, 콘크리트, 흙(황토) 등 물을 함유한 물체에 접하는 부분에 방부제를 바르거나 이와 동등 이상의 효과가 있는 방부 조치를 한다. 지표면에서 1m 이하 높이 기둥, 가새, 토대 등 부식 우려가 있는 부분은 방부제를 바르거나 이와 이상의 방부 효과가 있는 구조로 한다.
조적식 구조
목구조에 황토벽돌을 병용한 황토집.
적용 대상-벽돌 구조, 돌[石] 구조, 콘크리트블록 구조(보강 블록 구조 제외), 조적식 구조+목구조
높이 4m 이하, 연면적 20.0㎡(6.0평) 이하 건축물은 구조 설계, 기초, 개구부, 벽의 홈, 난간과 난간 벽, 구조 부재의 받침 방법에 한해 적용한다. 구조 부재가 아닌 조적식 구조 칸막이벽으로 높이 2m 이하인 건축물은 설계, 기초, 칸막이벽 등의 두께, 개구부 일부 규정에 한해 적용한다.설계| 조적재는 통줄눈이 되지 않도록, 각 층의 벽은 편심 하중이 작용하지 않도록 설계한다.
기초| 내력벽 기초(최하층 바닥면 이하 해당 부분)는 연속 기초로 한다. 기초 판은 철근콘크리트 구조나 무근 콘크리트 구조로 하고, 기초 벽의 두께는 250㎜ 이상으로 한다.
내력벽의 높이, 길이| 2층 건축물에 있어 2층 내력벽의 높이는 4m를 넘으면 안 된다. 내력벽의 길이는 10m 넘을 수 없으며, 내력벽으로 둘러싸인 부분의 바닥 면적도 80.0㎡(24.2평)를 넘을 수 없다.
내력벽 두께| 내력벽 두께(마감 재료 두께는 포함하지 않음)는 바로 위층의 내력벽 두께 이상이어야 한다. 내력벽 두께는 그 건축물의 층수, 높이, 벽의 길이에 따라 각각 <표 2> 이상으로 한다. 조적재가 벽돌인 경우 당해 벽 높이의 1/20분 이상, 블록인 경우 당해 벽 높이의 1/16분 이상으로 한다. 이때 그 조적재가 돌이거나 돌과 벽돌 또는 블록 등을 병용하는 경우 내력벽의 두께는 앞의 두께에 2/10를 가산한 두께 이상으로 하되, 당해 벽 높이의 1/15 이상으로 한다. 내력벽으로 둘러싸인 부분의 바닥 면적이 60.0㎡(18.2평)를 넘는 경우, 그 내력벽의 두께는 각각 다음 <표 3> 이상으로 한다. 토압을 받는 내력벽은 조적식 구조로 하면 안 된다. 다만, 토압을 받는 부분의 높이가 2.5m를 넘지 않는 경우 벽돌 구조로 할 수 있다.
칸막이벽 두께| 칸막이벽(내력벽이 아닌 그 밖의 벽 포함)의 두께는 90㎜ 이상으로 한다. 칸막이벽 바로 위층에 조적식 구조인 칸막이벽이나 주요 구조물을 설치하는 경우 당해 칸막이벽 두께는 190㎜ 이상으로 한다. 다만, 테두리 보를 설치하는 경우 예외로 한다.
테두리 보| 각층 조적식 구조인 내력벽 위에, 그 춤이 벽 두께의 1.5배 이상인 철골 구조 또는 철근콘크리트 구조의 테두리 보를 설치한다. 다만, 1층 건축물로 벽 두께가 벽 높이의 1/16 이상이거나 벽 길이가 5m 이하인 경우 목조 테두리 보를 설치할 수 있다.
개구부| 벽에 있는 창·출입구 그 밖의 개구부 구조인 경우 각층 대린벽對隣壁(서로 직각으로 교차하는 내력벽)으로 구획된 각 벽은 개구부 폭의 합계가 그 벽 길이의 1/2 이하여야 하고, 하나의 층에 있어 개구부와 그 바로 위층 개구부와 수직 거리는 600㎜ 이상으로 해야 한다(같은 층 벽에 상하로 개구부를 분리하는 경우 그 개구부 사이의 거리도 같음). 벽에 설치하는 개구부는 각 층의 개구부 상호 간 또는 개구부와 대린벽 중심 간 수평 거리는 그 벽 두께의 2배 이상으로 한다. 다만, 개구부 상부가 아치 구조인 경우 예외로 한다. 폭이 1.8m를 넘는 개구부 상부에 철근콘크리트 구조 상인방을 설치한다. 내민 창 또는 내어 쌓기 창은 철골 또는 철근콘크리트로 보강한다.
벽의 홈| 벽에 그 층 높이의 3/4 이상인 연속한 세로 홈을 설치하는 경우 그 홈 깊이는 벽 두께의 1/3 이하로 하고, 가로 홈을 설치하는 경우 그 홈의 깊이는 벽 두께의 1/3 이하로 하되 길이는 3m 이하여야 한다.
목골木骨 + 조적식 구조, 철골 + 조적식 구조 벽| 목골 또는 철골 골조에 볼트, 꺾쇠 그 밖의 철물로 고정한다.
난간, 난간 벽| 난간 또는 난간 벽을 설치하는 경우 철근 등으로 보강하되 그 밑 부분을 테두리 보 또는 바닥 판(최상층에 있어 옥상 바닥 판 포함)에 정착한다.
콘크리트 구조
거푸집에 철근을 배근하고, 그 사이에 시멘트를 타설하는 철근콘크리트 구조.
적용 대상-철근콘크리트 구조, 철근콘크리트 구조 + 조적식 구조
콘크리트 배합| 철근콘크리트 구조에 사용하는 콘크리트의 4주週 압축 강도는 15㎫(메가파스칼, 경량 골재는 11㎫) 이상으로 한다. 콘크리트를 설계 기준 강도에 맞게 골재와 시멘트 배합비, 물과 시멘트 배합비를 정해 배합한다.
콘크리트 양생| 콘크리트는 시공 중, 시공 후 콘크리트 압축 강도가 5㎫ 이상일 때까지 콘크리트 온도를 2℃ 이상으로 유지하고, 콘크리트의 응고와 경화가 건조나 진동 등에 영향을 받지 않도록 양생한다.
거푸집, 받침 기둥 제거| 구조 부재의 거푸집과 받침 기둥은 콘크리트의 자중과 시공 중에 받는 하중으로 변형, 균열, 구조 내력에 영향을 주지 않을 정도로 응고 또는 경화될 때까지 제거하지 않는다. 거푸집과 받침 기둥의 존치 기간은 당해 건축물의 부분 또는 위치, 시멘트 종류, 콘크리트 양생 방법과 환경 등의 조건을 고려해 정한다.
철근을 덮는 두께| 흙에 접하거나 옥외 공기에 직접 노출되는 콘크리트는 △직경 29㎜ 이상 철근-60㎜ 이상 △직경 16㎜ 초과 29㎜ 미만 철근-50㎜ 이상 △직경 16㎜ 이하 철근-40㎜ 이상으로 한다. 옥외 공기나 흙에 직접 접하지 않는 콘크리트는 △슬래브, 벽체, 장선-20㎜ 이상 △보, 기둥-40㎜ 이상으로 한다.
보의 구조| 구조 부재인 보는 복근複筋으로 배근하되, 주근主筋은 직경 12㎜ 이상의 것을 사용한다. 다만, 늑근肋筋은 직경 6㎜ 이상의 것을 사용하며, 배치 간격은 보 춤의 3/4 이하 또는 450㎜ 이하여야 한다.
콘크리트 슬래브 구조(기성 콘크리트 제품 제외)| 콘크리트 슬래브 두께는 80㎜ 이상으로 <표 4>에 의해 산정한 두께 이상이어야 한다. 최대 휨 모멘트를 받는 부분의 인장 철근 간격은 단변 방향은 200㎜ 이하, 장변 방향은 300㎜ 이하로 하되 슬래브 두께의 3배 이하여야 한다.
내력벽 구조| 최소 두께는 벽 최상단에서 4.5m까지 150㎜ 이상이어야 하며, 3m씩 내려감에 따라 10㎜의 비율로 증가시킨다. 다만, 두께 120㎜ 이상으로 구조 계산에 의해 안전하다고 확인된 경우 예외로 한다. 내력벽 배근은 9㎜ 이상의 것을 450㎜ 이하 간격으로 하고, 벽두께의 3배 이하여야 한다. 이 경우 벽 두께가 200㎜ 이상일 때에 벽 양면에 복근으로 한다.田
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