
구조역학의 필요성, 구조설계와 구조역학
구조역학이란 건축물 또는 구조물의 부재와 외력의 관계를 규명하고자 하는 학문이다. 구조역학은 구조의 기본 원리로써 아름답고 경제적이며 안전한 건축물을 설계하기 위해 필요하다. 구조설계는 건축물이 안정성과 내구성, 사용성을 갖추기 위해 구체적으로 수행하는 일련의 과정이다.
프랑스 파리의 에펠탑은 구조역학의 기초학문을 바탕으로 한 합리적인 구조설계에서 그 아름다움과 웅장함이 있다고 볼 수 있다.
구조역학의 정의

역학(Mechanics)이란 힘을 받고 있는 물체의 정지 또는 운동 상태를 다루는 공학의 한 분야이다.
역학은 건축, 토목, 기계, 항공, 조선 등과 같은 분야 또는 분자, 원자 사이의 관계를 다루는 물리학에서도 매우 중요한 위치를 차지하는 분야라고 할 수 있다.
역학은 일반적으로 크게 강체(Rigid body)역학, 변형체(Deformable body) 역학, 유체(Fluid) 역학으로 분류할 수 있다. 위 그림에서 역학의 영역과 구조역학에 대한 분류를 쉽게 확인 할 수 있다.
강체역학은 관성력의 고려 여부에 따라 정역학(Statics)과 동역학(Dynamics)으로 분류하며, 정역학은 정지하고 있는 물체를 대상으로 하며, 동력학은 가속 운동하는 물체를 대상으로 하는 것에 차이가 있다.
구조역학이란 건축물 또는 구조물의 부재와 외력의 관계를 규명하고자 하는 학문으로 크게는 강체역학으로 분류되며, 대부분의 외력과 구조물이 정적상태이므로 정역학의 한 분야로 볼 수 있다.
구조역학의 필요성
건축설계 또는 건축물을 생산하는 일련의 창작 과정을 예술가의 작품과 비교하였을 때 가장 다른 점은 꼽으면, 합리적인 사고와 과학적 지식에 근거하고 있다는 점을 들 수 있을 것이다.
건축가가 미적 원리에 따라 설계한 건축물이, 실제 건축물을 시공하는 실현과정에서 구조 요구 조건을 만족시키는데 어려움을 겪는 경우를 볼 수 있다. 건축물은 인간이 일하고 생활하며 잠자는 공간이기 때문에 필수적으로 안전해야 한다.
구조의 정확성이 아름다움과 작품성을 보장하는 충분조건은 아니지만, 미를 추구하기 전에 반드시 필요한 조건인 것만은 확실하다고 할 수 있다.
건축가 입장에서는 폭넓고 깊은 구조적 지식과 역학적 이해가 건축물의 설계를 더욱 다양하게 할 수 있을 것이다. 때때로 건축가는 경험하지 못한 새로운 형태의 건축물을 창작하는데 구조적 지식의 부족으로 어려움을 겪을 수 있다. 특히 21세기 이후로 초대형, 초고층 건축물, 지하 대공간 구조물, 초장대 교량 등과 같은 고도의 구조 지식이 필요한 건축물이나 구조물은 합리적인 구조가 건축의 미를 살릴 수 있다.
구조의 기본 원리인 구조역학은 아름답고 경제적이며 안전한 건축구조물을 설계하기 위해 필요한 기초적이고 실용적인 학문 분야라고 할 수 있다.
구조설계와 구조역학

건축물은 사람이 활동을 영위하는데 있어 각각 어떤 용도를 가지고 만들어 내는 공간이다. 건축설계의 기저에는 건축물이 붕괴되지 않고 안전해야 하고, 오랜시간 사용할 수 있어야 하며, 구조물이 안전하다고 사용자가 느끼고 안심해야 한다는 조건이 있다. 여기서 이러한 조건을 각각, 안전성(Strength), 내구성(Durability), 사용성(Serviceability)이라 한다.
구조설계는 이와 같이 3가지를 구체적으로 실현할 수 있도록 수행하는 일련의 과정을 뜻한다. 구조설계에서는 건축물이 자중, 적재물과 지진, 바람, 눈 등 자연의 영향으로부터 안전할 수 있도록 부재의 크기, 배치형식을 결정하고(안전성), 예기치 않은 진동이나 충격, 균열 및 파손 등이 발생하지 않도록 세심하게 고려하며(사용성), 건물이 목표 수명 동안 강도를 유지할 수 있도록 환경적 요인에 대한 대책이나, 정기 점검을 수행한다(내구성). 구조역학은 그 이론적인 기초학문으로서 볼 수 있다.
출처 : 에펠탑 이미지(Freepik, wirestock), 미래도시이미지(freepik)