2-1 건설 계획은 어떻게 하는가?

Ⅳ. 건설 기술의 기초

2. 건설 기술의 시공 원리

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 건설 구조물을 만들려면 먼저 어떤 재료를 이용하여 어느 정도의 규모로 얼마의 기간 동안에 어떤 모양으로 만들 것인지를 계획하고 설계해야만 한다. 사전 계획이나 구조적 지식이 없이 구조물을 만들면 여러 가지 시행착오가 발생할 수 있음을 지도한다.

 

 · 무인도에서 집을 짓는 다면 어떤 재료를 사용하여 어떻게 지어야 할까?

 문명인이 무인도에서 집을 지으려면 우선 사용할 수 있는 건축 재료를 파악해야 할 것이다. 자연 상태에서 쉽게 얻을 수 있는 나무와 덩굴 등을 사용하여 전체적인 구조와 외관을 고려한 집을 짓게 될 것이다.

 · 우리 집이나 학교는 어떻게 지어진 것일까?

 모든 구조물은 건설 계획에 따라 다양한 재료를 사용하여 독특한 외관과 기능을 갖도록 시공된다.

 2-1 건설 계획은 어떻게 하는가?

 학습목표 : 건설 계획의 내용과 필요성을 알 수 있다.

            구조 계획의 내용과 필요성을 알 수 있다.

[1] 건설 계획의 요소

 (1) 구조 계획

   1) 구조에 작용하는 힘

   ① 하중 : 구조물에 작용하는 하중에는 고정 하중, 적재 하중, 적설 하중, 풍하중, 지진 하중, 충격 등이 있는데 이는 구조물의 각 부분을 통하여 기초와 지반에 전달된다.

     ㉠ 수평 하중(수평력) : 풍하중, 지진 하중, 충격 등

     ㉡ 수직 하중(수직력) : 고정 하중, 적재 하중, 적설 하중 등

   ② 응력 : 구조물을 이루는 각 부재에 작용하는 외부의 힘에 저항하여 부재 내부에 생기는 힘.

    ㉠ 축 방향(수평)으로 생기는 응력

     ⓐ 인장 응력 : 부재를 양쪽에서 길이 방향으로 잡아당길 때 발생하는 응력

     ⓑ 압축 응력 : 부재를 양쪽에서 길이 방향으로 누를 때 발생하는 응력

    ㉡ 직각 방향으로 생기는 응력

     ⓐ 전단 응력 : 부재를 절단하려고 할 때 발생하는 응력

     ⓑ 휨 응력 : 부재를 굽히려고 할 때 발생하는 응력

 (2) 조형 계획

   학습목표 : 건설 조형의 의미를 알 수 있다.

              조형의 원리를 알 수 있다.

  1) 개념 : 건설 구조물의 색채, 균형, 형태 등이 적절하고 아름답게 표현되어 편안하고 안전하게 이용할 수 있게 하기 위한 종합적인 계획이다.

  2) 조형의 요소

  ① 조형의 구성 요소

   ㉠ 점 : 조형의 최소 단위, 크기와 형에 따라 면, 물체가 된다.

   ㉡ 선 : 선에는 직선, 곡선, 절선이 있고 각기 너비, 굵기 모양이 있다.

   ㉢ 면 : 면은 공간 성립의 요소로서 가장 중요하다. 면은 각각 특유의 표정을 가지고 있으며 건축에 특색 있는 표정을 준다.

   ㉣ 색 : 색체는 특유의 표정과 감정을 지닌다.

   ㉤ 질 : 촉감, 재질감, 물렁함, 단단함 등

   ㉥ 양 : 구조물의 실제 크기에 따라 볼륨(양, 체적, 부피)이 느껴지지만 그것을 보는 사람의 거리, 위치, 환경에 따라 변화되는 사실도 예상해야 한다.

   ㉦ 공간 :  구조물의 전체 공간은 점, 선, 면의 구성 요소에 의해 성립된다.

   ㉧ 조형의 기본 요소

     · 직선 : 딱딱하면서도 질서 있고 단정한 느낌을 준다.

     · 곡선 : 부드럽고 자유스러운 느낌을 준다.

     · 곡면 : 우아한 기분을 느끼게 한다.

     · 형태 : 직육면체, 원기둥, 삼각뿔 등 여러 가지 형태가 있다.

  ② 조형의 원리

   ㉠ 조화와 대비 : 조화는 여러 가지 요소가 서로 협력을 하고 보충해 가며 아름다움을 느끼게 하는 구성 요소를 말하고, 대비는 전혀 다른 구성 요소를 병치해서 강력한 인상을 주는 것을 말한다.

   ㉡ 통일과 변화 : 구조물의 각 요소들이 전체로서 하나의 동일한 이미지를 형성하는 것을 통일이라 하고, 변화는 통일성의 단조로움을 적당히 변화시켜 주는 요소이다.

   ㉢ 비례와 균형 : 부분과 부분, 부분과 전체 사이의 물리적인 상호 관계를 비례하고, 균형이란 서로 상대되는 두 개의 구성 요소가 평형을 이룬 상태를 말하다.

   ㉣ 리듬과 반복 : 비슷한 요소의 단순 반복이 아니라 강, 약 균형 등을 조화롭게 집어넣어 일정한 질서를 가진 새로운 흐름을 만들어 내는 것을 리듬이라 하고, 속성이 비슷한 요소가 일정한 간격으로 되풀이되는 것을 반복이라 한다.

    

P190 {?} 그림 Ⅳ-32의 각 건축물에서 느껴지는 조형의 원리는 무엇일까?

       첫 번째 : 대비,     두 번째 : 통일,     세 번째 : 반복효과

  ③ 공간의 구성

    : 눈으로 사물의 형태를 지각할 수 있는 것은 배경이 있기 때문이다. 형태와 배경에 의해 실체가 지각되고, 같은 형태라도 배경에 의해 다른 공간이 만들어진다.

  ④ 건설과 색채

    : 건설 구조물에서 색채는 구조물의 성격을 강조하고 그 모양이나 재료를 강조한 목적으로 사용된다.

    ㉠ 거리감을 주는 색 : 진출색(난색 계통 : 따뜻한 느낌을 주는 색 노랑, 빨강, 주황), 후퇴색(한색 계통 : 차가운 느낌을 주는 색 : 파란색 계통)

    ㉡ 대소감을 주는 색 : 팽창색(명도가 높은 색 : 흰 색에 가까운 색, 난색 계통), 수축색(명도가 낮은 색 : 검정색에 가까운 색, 한색 계통)

    ㉢ 중량감을 주는 색 : 무거운 색(명도가 낮은 색), 가벼운 색(명도가 높은 색)

    ㉣ 흥분, 진정 색 : 흥분색(난색 계통), 진정색(한색 계통)

    ㉤ 친소감을 주는 색 : 친근감(난색 계통, 피부색에 가까운 색), 소원감(채도가 높은 한색 계통)

    ㉥ 강약감을 주는 색 : 강하게 느껴지는 색(채도가 높은 색, 명도가 낮은 색), 약하게 느껴지는 색(채도가 낮은 색)

     

구분	색 상	색광과 파장
난 색	빨강 > 주황 > 자주 > 노랑	장파장
중간색	보라, 연두	중파장
한 색	파랑 >청록 > 남색 > 녹색	단파장

 (3) 재료 계획

학습목표 : 재료 계획의 의미를 알 수 있다.

           건설 재료를 분류하고 그 성질을 알 수 있다.

           건설 재료를 선정하는 방법을 알 수 있다.

  ① 건설 재료의 분류

   건설 재료의 분류 : 천연 재료와 인공 재료, 구조 재료와 마감 재료로 구분 

      - 천연 재료 : 목재, 석재, 자갈, 모래 등

      - 인공 재료 : 벽돌, 시멘트, 금속, 합성 수지, 각종 신소재 등

      - 구조 재료 : 기초, 골조 등에 사용되는 재료

      - 마감 재료 : 지붕, 바닥, 벽, 천장 등에 사용되는 재료

 콘크리트 : 시멘트, 모레, 자갈, 물을 혼합하여 암석과 비슷한 상태의 고체로 만든 것으로, 압축 강도가 크고, 내화성, 내구성이 있다.

[콘크리트의 구성 물질]

 

  목재 : 목재는 가벼우며 비중에 비해 강도가 크고 가공성이 풍부하지만, 화재에 취약하고 부패하기 쉬우며 수분에 의한 변형이 큰 단점이 있다.

  강재(철강재) : 강도가 크므로 건축에 쓰이는 부재의 치수를 작게 할 수 있어 기둥들 간의 거리가 큰 구조물을 만들기가 좋고, 재료의 품질 관리가 쉬우며, 공사 기간이 단축된다.

  유리 : 철, 시멘트와 함께 현대에 와서 가장 많이 이용되는 건축 재료로서, 균일한 품질로 대량 생산이 가능하다. 그러나 충격 강도와 단열, 차음 효과가 작다.

  ② 건설 재료의 성질

  

부재의 종류		재료	재료가 갖추어야 할 성질
구조재료		목재, 철골, 철근 콘크리트, 철골 철근 콘크리트	강도, 내수성, 내화성이 크고 시공이 용이할 것. 재질이 균일하고 내구성(변형이 없이 오래)이 클 것
마감 재료	지붕재료	천연 슬레이트, 점토기와, 시멘트,기와,철판,아스팔트 등	가볍고, 내구성, 내수성이 크고 열전도율이 작고, 아름다 운 것
	벽 천장 재료	각종 보드류, 석재, 플라스틱판, 타일 등	방음성과 단열성이 좋고, 내구성, 내화성이 크고, 시공 이 용이해야 한다. 열전도율이 적을 것
	바닥 마무리 재료	목판, 합판, 타일, 벽돌, 석재 등	마모와 변형이 적고, 내구성이 있고 미관이 좋아야 한 다. 청소하기 용이할 것
	창호 재료	목재, 알루미늄 등	가공성이 좋고 미관이 좋아야 한다. 변형이 작고 내구성이 클 것

  

③ 건설 재료 선정(교과서)

   

[2] 토목 계획

 : 토목 사업은 국가적인 입장 또는 각 지역 사회의 입장에서 각 사업의 상호 관련이나 그 사업의 규모, 내용 등을 고려하여 계획해야 한다.

  학습목표 : 토목 계획의 의미를 알 수 있다.

             국토 개발 계획, 도시 계획의 내용을 알 수 있다.

 (1) 국토 개발 계획

  ① 국토 개발 : 국토 개발은 자연 환경을 보호하면서 산업 활동을 위한 기초와 생활의 터전을 마련하고, 풍요롭게 살기 위한 각종 시설이나 설비를 정비하는 활동이다.

  ② 국토 개발 계획 시 고려사항

   ㉠ 지역 간의 규형 있는 발전    ㉡ 토지, 물, 기타 천연 자원의 이용

   ㉢ 풍수해, 기타 재해 방지      ㉣ 도시와 농촌의 규모상의 적합한 배치

   ㉤ 전력, 운수, 통신, 기타 공공시설의 규모와 배치

                                  ㉥ 문화, 후생 시설의 규모와 배치 및 관광 자원의 보호

  ③ 국토 개발의 내용

   ㉠ 산업 개발 : 자연 자원, 택지, 산지, 평야, 공업 용지 등

   ㉡ 교통 개발 : 철도, 도로 등의 개발

   ㉢ 에너지 개발 : 수력, 화력, 원자력 등의 개발

  

  ④ 국토 보전 : 국토 보전은 홍수, 산사태, 지진 등의 자연 재해와 산업 발전에 따른 공해나 문제점으로부터 국토와 인간을 안전하게 유지하는 활동이다.

 (2) 도시 계획

  : 도시 계획이란 문화적이고 기능적인 도시 생활을 위해 토지를 합리적으로 이용하여 필요한 시설을 정비하여 나가는 계획을 말한다.

  ① 도시 기본 계획에 포함해야 할 사항 : 토지 이용 계획, 교통 계획, 공원 녹지 계획, 공급 처리 시설 계획 등이 있다.

  ② 도시를 구성하는 3대 물리적 요소

   ㉠ 밀도 : 인구, 시설, 토지의 관계를 단위 토지 면적에 대한 수량으로 나타낸 것                                    이다.

   ㉡ 배치 : 주거 시설, 상업 시설, 공업 시설 등을 적정 규모로 기능에 따라 지역으로 위치와 면적을 결정하는 것이다.

   ㉢ 동선 : 도시 내 외부 간, 각 지역 간에 인구 및 물자의 이동 경로를 말한다.

  ③ 도시 시설

   ㉠ 건축 시설 : 주거, 상업, 공업, 공공시설 등

   ㉡ 토목 시설 : 교통, 공급 처리 시설 등

   ㉢ 토지의 직접 이용 시설 : 녹지, 농경 시설 및 공원 등

학습목표 : 교통 계획의 내용을 알 수 있다.

           치수 · 이수 계획의 내용을 알 수 있다.

 (3) 교통 계획

  : 도시 간, 국가 간의 인적 · 물적 자원의 원활한 소통과 안전을 위한 효율적인 계획을 말한다.

  ① 도로 계획 : 통행 교통량과 하중 부담, 미래 예상 교통량의 변화, 노선과 도로 폭의 적정 여부 등을 고려하여 도로의 단면 구성과 포장 계획을 세운다.

  ② 철도 계획 : 철도는 수송 능력이 크고, 동력 비용이 저렴하며, 무거운 물건이나 장거리 운반에 유리하다. 그러나 건설비가 비싸고, 건설된 후에는 어려운 단점이 있어 체계적이고 종합적인 계획이 필요하다.

  

  ③ 교량 계획 : 교량은 도로, 철도 또는 수로 등의 하천, 계곡 등의 장애를 만났을 때 이를 건너기 위한 구조물이다. 교량을 건설할 때에는 수송 효율, 기술상의 난이도, 건설비용 등을 검토하여 종합적인 계획을 세워야 한다. 

 (4) 치수 · 이수 계획

  : 치수 : 물과 관련된 자연 재해인 홍수, 산사태, 해안 침식, 해일 등의 피해를 막아 재산과 생명의 피해를 막는 것이다. 이수 : 댐이나 호수를 만들어 용수를 저수하였다가 필요에 따라 적당한 수질로 공급받을 수 있도록 하는 것이다.

  ① 치수 계획

   ㉠ 하천에 제방을 쌓고, 하천 바닥을 파내어 수해를 예방하며, 댐을 건설하여 홍수를 조절할 수 있게 계획하는 것이다.

   ㉡ 하천 계획 : 하천 계획은 강수의 정도를 계량적으로 표시하여 홍수 정보나 하천 계획에 이용하며, 특히 물의 순환 과정인 증발 - 강수 - 유출 - 증발 과정(수문 현상)을 조사하여 하천 공사를 위한 기초 자료로 이용.

   ② 이수 계획

    ㉠ 댐이나 호수를 만들어 적당한 수질로 농업용수, 공업용수, 생활용수 등의 각종 용수를 안정되게 공급하거나 배분하기 위한 장단기 계획을 세우는 것이다.

    ㉡ 댐 계획 : 댐 계획은 하천의 강수를 저장하여 필요한 수량을 필요한 시기에 유하시켜서 오랜 기간 물의 수급과 공급의 균형이 잡히도록 하기 위한 계획으로 근래에는 치수와 이수의 목적을 동시에 달성하는 다목적 댐을 계획하고 있다.

P194 수행활동   하천과 장마

  매년 장마철이 되면 하천이 범람하여 크고 작은 홍수 피해를 입고 있다. 하천의 범람한 사례를 들어 보고, 하천이 범람하는 이유를 알아보자

 

지도 계획 : 하천이 범람한 사례를 가능한 한 많이 들어 보고 치수 · 이수 계획의 중요성을 알게 한다. 또 범람한 원인이 인재인지 천재인지 조사하도록 한다.

하천이 범람한 사례 : 임진강 하류 지역

하천이 범람한 이유 : 이곳은 여름철 집중 호우 시에 자주 침수되는 지역이다. 침수의 원인은 상류 댐들의 홍수 조절 기능 상실(전곡댐), 낮은 제방, 배수로의 역류 등이 원인이다.

[3] 건축 계획

  : 건축 계획은 대지 조건, 건축물의 용도와 규모 등의 정보를 파악하고 분석하여 그에 합당한 건축물을 구상하고, 이를 바탕으로 설계에 임할 수 있도록 안내하는 과정을 말한다.

  (1) 공간의 구상

   : 공간의 용도가 결정되면 필요한 면적을 결정하고, 전체와의 비율을 조화롭게 고려하여 그 건물의 공간 구성을 결정한다.

    ① 공간의 요구 : 건축 공간은 인간이 편리한 생활을 하기 위한 공간이어야 한다.

     ㉠ 생리적 생활공간 : 인간 생활에 요구되는 공간은 쾌적한 온도와 습도, 조용한 환경, 적당한 밝기, 공해가 없는 상태 등이다. 이러한 요구는 일부 인공적으로 조절이 가능하게 되었다. 냉방 장치, 중앙난방, 습도 조절 장치 등이다.

     ㉡ 사회적 생활공간 : 인간에는 사회생활에 대응하는 공간(주택, 아파트, 학교, 극장, 체육관 등)이 요구된다. 이들의 내부 공간은 사용 목적을 분석, 검토해서 결합하고 조립해서 구체적인 평면형으로 표현해야 한다.

  

  (2) 조건의 분석

    : 건축 계획을 구체화하려면 우선 그 건축물에 주어진 각종 조건을 명백히 해야 한다.

    ① 건축물의 용도 : 누구를 위해, 어떤 목적으로 건축물을 지을 것인지 명백히 한다.

    ② 사용상의 요구 : 건축물을 사용할 사람들의 구성과 사람 수, 생활 내용 등을 고려한다.

    ③ 규모 및 예산 : 예산액 이내에서 요구하는 규모에 적정하도록 적정 규모를 정해야 한다.

    ④ 대지의 조건 : 입지 조건, 자연 조건, 사회적 조건을 충분히 조사한다.

    ⑤ 건설 시기 및 공가 기간 : 공사 시의 계절적 조건과 공사 기간은 건설 공사에서 아주 중요한 요인이 된다.

 

  (3) 평면 계획

   : 평면 계획은 구조물의 기능이나 동선, 공간 및 규모를 바탕으로 건물 내부에서 일어나는 모든 활동의 종류, 규모 및 상호 관계를 합리적으로 평면상에 배치하는 것을 말한다.

   

 ① 평면의 형식

  ㉠ 코어식 : 공용 시설(화장실, 엘리베이터 등)을 한곳에 모으고, 그 주위에 필요한 시설 들을 배치하는 평면 형식이다.

  ㉡ 중복도식 : 중앙에 통로가 있고 양측으로 각 실들이 배치되는 형식이다.

  ㉢ 편복도식 : 한쪽에 치우쳐 통로를 만들고  각 실을 연결해 나가는 형식이다.

  ㉣ 이중 복도식 : 코어식과 중복도식을 절충한 형식이다.

 

 ② 평면 계획 시 유의할 점

  ㉠ 각 공간은 서로 쾌적하고, 편리하며, 능률적으로 배치되어야 한다.

  ㉡ 각 공간은 채광, 통풍이 잘 되고 내한, 내서가 고려되어야 한다.

  ㉢ 육아, 독서, 휴식, 취침, 식사, 청소 등 사용자의 생활양식을 고려해서 계획되어야 한다.

  ㉣ 남향, 남동향은 여름에 햇빛이 덜 들고 겨울철에는 깊게 들게 되므로 거실 등의 공동생활 공간으로 배치하는 것이 좋다.

  ㉤ 동향은 오전 중의 일조가 좋으므로 침실과 부엌 등에 적합하다.

  ㉥ 각 실은 동선을 고려하여 실의 배치가 결정되어야 한다.

 (4) 표준화 계획

  : 건축물의 재료, 부품의 설계, 시공에 이르기까지 건축 생산 전반에 걸쳐 치수상의 유기적인 연계성을 만들어 내고, 미적 질서를 갖게 하기 위해서는 표준 설계가 요구 된다.

  

  ① 표준화 필요성

   ㉠ 인간의 생활이나 동작, 건물의 구조나 시공의 측면에서 기준이 되는 크기가 있는데 이러한 기준 치수를 무시한 건축물은 사용할 때 매우 불편하고 구조적으로나 경제적으로 많은 문제를 일으킨다.

   ㉡ 건축물의 일부를 공장에서 생산하고, 품질을 향상시키기 위해서는 필연적으로 표준 설계가 필요하다.

  ② 표준화의 장점

   ㉠ 건물의 전체적인 질의 보장 : 건축물을 몇 가지 기본 유형으로 정리하여 설계함으로써 과학적인 연구를 바탕으로 다수 전문가의 협력을 얻을 수 있으므로 질적 향상이 이루어진다.

   ㉡ 건물 수준의 예측 : 개별적인 설계에서는 설계자의 능력이나 개성에 따라 다르게 설계되므로 완성 시의 건물 수준을 예측하기 어려우나 표준 설계에 의한 건축은 어떤 수준의 건물이 될 것인지를 예측할 수 있다.

   ㉢ 건설 및 기타 경비의 절감 : 표준 설계는 같은 종류의 건물을 반복하여 건설할 때 경비 및 시행착오의 오류를 줄일 수 있다.