막구조와 공기막구조

핵심 정리

막구조는 인장된 막으로 만든 공간 구조이다. 막은 케이블, 기둥과 함께 건축물의 형태를 이루며, 구조 방식에 따라 공기막구조, 인장 막구조, 케이블 돔으로 나눌 수 있다. 막은 비구조 외장재로도 쓰이지만 여기서는 막이 하중을 받아 형태를 유지하는 구조를 다룬다. 이 가운데 공기막구조는 막의 형태를 공기의 힘으로 세운다는 점에서 가장 독특한 방식이다. 공기막구조의 성립 원리는 형태를 만드는 힘의 출처에 있다. 공기막구조는 막 내외부의 압력차로 막면에 강성을 주어 형태를 안정시킨 구조이다. 막면이 강성을 얻는 조건이 내외부 압력차이므로, 내외부 압력차가 강성의 원천 이 압력차가 유지되는 동안 공기막의 형태가 안정된다. 막구조가 외력을 받는 방식도 핵심이다. 막구조는 자중을 포함한 외력을 막응력으로 저항하며 휨이나 비틀림에 대한 저항이 작거나 없다. 따라서 막구조의 안정은 막에 가해지는 장력과 내압이 유지되는지에 달려 있다. 막이 휨으로 버티는 구조가 아니라는 점을 먼저 잡아 두면 아래 항목을 이해하기 쉽다. 장단점은 짝으로 외우는 것이 효율적이다. 공기막구조는 타 구조방식에 비하여 경량이다. 반면 공기막구조는 내구성과 내화성이 다소 부족하다. 경량이라는 장점과 내구성·내화성의 한계가 함께 나온다는 점을 기억하면 된다. 막구조 설계는 막재 기준, 초기장력, 하중조합, 구조해석의 네 축으로 나누어 정리하면 이해가 쉽다. 각 축의 세부 기준은 아래 쟁점에서 묶어 다룬다.

자세히

막재 품질 기준 수치

구조내력상 주요한 부분에 쓰는 막재는 몇 가지 품질 기준을 만족해야 한다. 가장 먼저 확인할 것은 파단신율이다. 구조내력상 주요한 부분에 쓰는 막재는 파단신율이 37%이면 기준에 맞지 않는다. 파단신율 37%면 기준 불합격 파단신율은 막재가 끊어질 때까지 늘어나는 정도를 나타내는 값이므로, 설계에 쓰는 막재는 이 값이 기준에 맞는지 따로 확인해야 한다. 이 항목은 수치 하나로 바로 판정되는 대표 기준이다. 인장강도는 주요 부분 막재의 또 다른 필수 기준이다. 구조내력상 주요한 부분에 사용하는 막재의 인장강도는 폭 1cm당 300N 이상이어야 한다. 인장강도는 막재가 끊어지기 전까지 견디는 최대의 힘을 뜻하며, 기준은 폭 1cm당 값으로 주어진다. 파단신율이 늘어나는 정도를 본다면 인장강도는 견디는 힘의 크기를 본다는 점에서 서로 다른 항목이다. 흡수 성질에 대한 기준도 별도로 있다. 막재의 흡수길이 최대치는 20mm 이하로 정해져 있다. 흡수 기준은 강도 기준과 함께 확인하는 항목이며, 두 기준을 하나의 조건으로 뭉뚱그리면 안 된다.

초기장력과 하중조합

막재의 초기장력은 막을 미리 당겨 두는 힘으로, 막구조의 형태와 하중 저항을 함께 좌우한다. 초기장력은 막구조 형식, 하중, 변형, 시공 및 기타 요인을 고려하여 결정한다. 같은 막재라도 시공 조건과 변형 조건이 다르면 초기장력도 달라지므로, 초기장력은 고정된 상수가 아니라 조건에 따라 정해지는 값으로 이해해야 한다. 허용응력설계의 하중조합은 고정하중, 활하중, 초기장력의 조합으로 이루어진다. 막·케이블 구조의 허용응력설계 하중조합에는 고정하중, 활하중, 초기장력의 조합이 포함된다. 장기하중과 단기하중의 구분은 하중의 지속 기간으로 판단한다. 고정하중은 장기하중 조합의 기본 성분이다. 활하중은 장기 지속 하중으로 장기하중 조합에 포함된다. 반면 풍하중은 짧은 기간 작용하는 단기하중이라 장기 조합에 빠진다. 초기장력도 장기하중 조합의 한 항목으로 본다. 초기장력은 막구조와 케이블구조의 장기하중 조합에 포함된다. 장기하중과 단기하중을 가르는 기준은 작용 기간이라는 점을 기억해 두면 된다.