철골 구조 뼈대는 왜 H형태 인가요?

Question

건물들 건축 자재를 주위에서 흔하게 볼 수 있지는 않지만, 공사중인 건물들을 보면 H형태의 철골로 뼈대가 세워져있는 것을 볼 수 있는데, H형태의 철골을 사용하는 이유와 다른 형태는 없는지 알려주세요.

Answer 1

안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.

철골 부재에는 H형태만 있는게 아닙니다. H, I, ㄱ, ㄷ, C, ㅁ 등의 형태가 있습니다. 여기서 H와 I, ㄷ 형강을 제외한 철골을 경량철골로 알고 있는 분들이 많은데 그것은 틀린 것입니다. 경량 철골은 별도로 존재합니다. 그럼에도 많은 건축관계자들이 H형강과 I형강에 비해 중량이 적게 나가는 것이 많다 보니 경량철골로 분류하고 있습니다. 구조적으로는 일반 철골로 분류하며 경량철골은 더 경량화해서 나오는 것이 있습니다.

철골부재의 형태 중 H와 I 형강 같은 것은 왜 그런 형태로 만들어졌을지 궁금하신 것 같은데 그것은 구조적으로 힘을 많이 받는 부분 위주로만 형태를 잡아서 입니다. 사각형 기둥이 있다면 그것이 어디에 위치하냐에 따라서 힘은 편심으로 작용하는 경우가 많습니다. 그렇다보면 힘을 적게 받는 부분이 있고, 많이 받는 부분이 있다는 것입니다. 그렇다면 굳이 사각형으로 만들 필요 없이 힘을 받는 방향이나 많이 받는 부분이 강하게 만들면 된다는 것입니다. 규모가 작은 건축물이라면 속이 빈 사각형이나 원형의 부재를 사용해도 되겠지만 규모가 커질수록 그 크기가 너무 커질 수 있습니다. 그런 경우 위에서 얘기한 것처럼 필요한 부위 위주로만 강하게 만든 H나 I 형태의 부재를 사용하여 구조체가 차지하는 공간도 줄이면서 효율적인 구조체를 만들어내는 것입니다. 물론 그 형태 조차 사용되는 위치에 따라, 힘을 받는 형태에 따라 불필요한 부분이 생길 수 있습니다. 하지만 그렇게 다 맞추려면 모듈화 되지 않은 다양한 형태와 사이즈로 주문제작 되어야 하는 불편함이 생깁니다. 제작시간도 오래 걸릴 뿐더러 비용도 높아집니다. 그래서 적절하게 형태와 사이즈를 정해서 현재 제작되고 있는 모듈화된 사이즈에 철골부재가 생산, 판매되고 있는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김도현 과학전문가입니다.

간단히 요약하자면 단면의 효율화에 그 목적이 있습니다.

휨, 인장 등의 힘은 플랜지가 받도록 하고 압축, 전단과 같은 힘은 웨브가 받는데 정사각 단면에 비해

효율적이므로 경량화 할 수 있고 대공간을 연출할 수 있는 것입니다.

접합부 문제, 화재에 의한 내화성의 단점이 존재하지만 이들을 마감재 등의 기법으로 해결하면서까지 쓰는데는

경제성과 효율이 그만큼 크다고 이해하시면 편할 것 같습니다.

H형강 이 외에도 그 형태는 많이 존재합니다. 대표적으로 CFT 라고, 원형 또는 사각 관에 콘크리트를

부어넣어서 부재를 완성하는 방법이 있습니다.