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건축공학
건축공학(建築工學, architectural engineering)은 건축에 관한 구조 ·재료 ·계획 ·공법 ·역학 ·환경문제 등을 연구하는 학문이다.
건축공학은 건축구조 ·건축환경계획 ·건축설비의 3가지 분야로 이루어져 있다. 건축구조에는 건물의 기초를 연구하는 기초공학, 건물의 골조 ·기둥 ·보 ·바닥 등의 강도나 변형을 연구하는 구조역학, 건물의 구조재료가 되는 철골이나 철근 콘크리트의 재질을 연구하는 재료역학 등이 있다. 건축환경계획은 건축계획원론이라고도 하며, 건물환경 특히 실내환경에 영향을 주는 음향 ·채광(採光) ·조명 ·일조(日照) ·온습도 ·환기통풍 등을 연구하는 분야이다. 건축설비는 급배수 ·냉난방 ·공기조화 ·전기 ·소화설비 등을 연구하는 분야이다.
건축공학(과)는 4년제 학과로 건축물의 구조역학, 재료역학, 시공과 관련된 분야에 중점을 둔다.
목차
개념 및 정의
건축의 정의
건축공학(建築工學, architectural engineering)을 하기 위해서는 먼저 건축이란 용어의 정리가 필요한데 건축이란 용어가 건축가들 사이에서 논쟁이 된 것은 오래된 일이다. 현대건축의 아버지로 불리는 르 코르뷔지에(Le Corbusier)는 '건축은 빛에 의하여 종합적이며 정확하고도 웅대하게 보이는 덩어리들의 행위'라고 정의하였으며, 루이스 이사도어 칸(Louis Isadore Kahn)은 ‘건축은 자연은 만들 수 없는 무엇’이라 하였고, 윌리엄 코딜(William Caudill)은 ‘건축은 개인적이고 즐길 수 있으며 필수적인 경험’이라고 하였다. 이런 건축의 정의에 대한 논쟁은 존 러스킨(John Ruskin)과 윌리엄 모리스(William Morris) 사이에 일어났으나 건축이란 '건물+예술'이라는데 동의했고 현재까지 많은 건축가들에게 공감되는 정의가 되었다.
어원적으로도 라틴어의 아키텍투라(architectura)로서 예술+기술의 양면적 의미를 내포하고 있어 건축은 예술과 기술의 복합물이라는 것을 말하고 있다. 건축의 3요소로는 구조, 기능, 미가 있다.
건축공학
건축공학(건축학)은 크게는 건축설계(建築設計, architectural design), 건축계획, 건축의장(建築意匠, architecture design), 인테리어(interior) 같은 건축의 예술적 측면의 디자인 분야와 건축시공(建築施工, execution of building works), 건축구조(建築構造, building construction), 건축재료학(建築材料學, building materials), 건축환경, 건축설비(建築設備, building equipment), 건설관리 등의 기술적 측면의 공학적 분야가 포함되어 있으며 작은 의미로는 건축의 기술적 측면만을 말하기도 한다. 특히 오늘날 첨단으로 발전된 건축자재와 기술로 하루가 다르게 초고층 건축물이 만들어지는 현대에서 건축공학이라는 의미가 단순히 기술적인 분야만 놓고 말할 수 있는 것은 아니다.
역사와 발전단계
건축의 역사는 인류가 주거생활을 하기 시작하면서부터 현대에 이르는 오랜 역사를 가지고 있으나, 학문으로서의 건축공학의 역사는 크게 근대 이전과 근대 이후로 구분하여 살펴볼 수 있다. 근대 이전의 건축공학은 어떻게 좀 더 넓은 공간을 얻을 수 있느냐하는 인본주의적 관점과 어떻게 좀 더 높이 오를 수 있을까 하는 신본주의적(神本主義的) 관점이 가장 큰 화두였으며, 근대 이후의 건축공학은 산업혁명 이후에 건축재료의 발전과 함께 급속도로 발전하게 되었으며, 재료의 변화에 따른 각종 건축기법들도 발전하게 되었다.
고대에서 고전까지의 건축공학
고대의 건축공학
고대인들은 기후와 환경에 대한 안전도모와 쉼을 위해 동굴과 같은 자연지형을 이용하다가 움집이나 거석을 통한 새로운 주거생활을 하기 시작하면서 건축의 역사가 시작되었다. 이는 식량과도 밀접한 관계가 있는데, 화전이나 사냥에 의존하던 시기에는 떠돌이 생활을 하기에 주거가 안정적이지 못했으나, 농사가 발전하며 한 곳에 정착하게 되어 삶으로서의 주거 중요성이 대두되면서 발전하기 시작하였다.
이론적으로는 정리되지 않았으나 많은 시간을 통해 답습되고 수정되는 과정에서 점차적으로 건축공학적 측면도 갖추게 되었는데 원시 건축의 거석문화는 그들의 건축기술을 잘 대변해주고 있다. 건축의 한자어인 建과 築은 쌓는다는 의미를 함축하고 있는데 이는 돌을 쌓아서 건물을 짓는 서양 건축문화에 기인하여 이야기하는 것이며 현대건축 이전의 모든 서양 건축물은 이 범주에 속해있다. 이런 쌓는 기술의 발전은 거대한 노동력이 뒷받침되어 이집트와 같은 강력한 왕권 체제하에서 크게 빛을 발하게 되었고 피라미드는 세계의 불가사의로 전해지고 있다.
그리스의 건축공학
그리스와 같이 인권이 중요시되었던 국가에서는 피라미드 같은 거대한 규모의 건축양식보다는 휴먼 스케일에 가까운 미학적 건축물이 발전하게 되었다. 균형, 비례, 조화 등 건축의 미적 측면이 가장 강조된 시기로서 신전 건축은 대표적 그리스 건축물이다. 아름다움은 신의 속성으로서 건축물에 있어서도 미를 추구하는 것이 그리스인들에게는 신앙과 같은 것이며 그런 미의 비결은 균형, 비례에 있다고 생각했다. 그리스 건축은 조각 등 예술작품과 함께 건축물 자체가 예술품으로 빛난 작품이다. 주로 기둥과 보가 조립되는 미식구조를 이루고 있으며, 사용된 기둥으로는 도릭, 이오닉, 코린티안의 3양식이 사용되었고 기단 위에 기둥을 얹고, 그 위에 다양한 형식의 엔터브레쳐를 얹음으로써 지붕의 하중을 받게 한 구조로 이루어져 있다.
로마의 건축공학
강력한 군주권력을 바탕으로 크고 웅장한 건축물이 발전한 로마 건축물에서의 건축공학은 넓은 공간의 필요에 따른 기술발전이 이루어졌는데 아치(arch)나 볼트(vault)의 발달을 통해 그들의 건축공학이 발전하게 되었다. 그리스의 예술적 건축기술을 바탕으로 아름다움에 규모가 더해져 건축문화에 새로운 꽃을 피운 로마 시기에는 신전과 왕궁, 경기장, 포럼(forum), 극장 등 다양한 건축물들이 건설되었으며, 그 규모를 통해 당시 강력한 왕권을 추측할 수 있다.
근대 이전의 건축공학
기독교 중심의 건축공학
중세 시대의 건축공학은 오직 신에 대한 경건한 신앙관이 부각되었다. 주로 교회건축물이 많이 지어졌으며, 보다 높이 오르는 것이 신에게 가까이 갈수 있는 방법이라 생각했던 시기로서 건물을 높이 짓는 것이 가장 큰 관심사였다. 이런 기대는 초기 기독교 건축에서 출발하여, 비잔틴, 사라센, 로마네스크를 거쳐 고딕이라는 새로운 장르를 만들고 화려하게 꽃을 피웠다. 일반 아치는 볼트로 발전하고 볼트는 크로스볼트로 발전하였으며, 사라센의 포인티드 아치가 가미되어 고딕의 포인티드 아치가 만들어졌으며, 리브볼트(ribbed vault)와 플라잉 버트레스(flying buttress) 등 높고 신성한 실내공간을 만들기 위한 다양한 기술적 시도가 이루어졌다.
르네상스의 건축공학
건축공학이 이론적으로 정립되기 시작한 시대는 르네상스를 거치면서이다. 고전(그리스, 로마)으로 돌아가자는 깃발로 시작된 르네상스는 중세 암울했던 시기를 떨치고 인간에게 새로운 시기의 도래를 말하였으며, 건축 분야에서도 새로운 세계가 열리게 되었다. 이 시대에 비로소 건축물이 아닌 건축가가 이름을 나타내는 시기가 되었으며, 수학(數學, mathematics)과 과학(科學, science)을 바탕으로 한 건축공학의 이론이 정리되는 시기가 되었다. 당시에 활동했던 건축가들은 필리포 브루넬레스키(Filippo Brunelleschi), 도나토 브라만테(Donato Bramante), 미켈란젤로 디 로도비코 부오나로티 시모니(Michelangelo di Lodovico Buonarroti Simoni), 잔 로렌초 베르니니(Gian Lorenzo Bernini), 안드레아 팔라디오(Andrea Palladio) 등 유명한 건축가들이 있으며, 특히 팔라디오는 그의 저서 『건축4서』를 통해 팔라디오 양식의 이론을 완성하였다.
산업혁명과 건축공학
산업혁명은 농업과 기계의 혁명이었으나, 건축에 있어서도 혁명을 가져왔다. 우선 재료의 다양화와 풍부한 생산력으로 과거와 다른 건축으로 발전하는 계기가 되었고, 산업화로 인한 인구의 도시집중은 많은 주거의 필요를 가져왔으며, 주거를 비롯한 많은 건축물이 생겨나게 되었다. 특히 철의 대량생산으로 인한 건축물의 변화는 대단한 것인데, 철근콘크리트의 발전, 철골구조의 발전, 커튼월(curtain wall)의 발전에 기인하였다. 구조적 발전과 함께 아르누보 형식과 같은 예술적 양식의 발전도 가져왔다.
현대의 건축공학
근대 도시의 산업화와 집중화는 많은 건축물의 필요를 가져오게 되었으며, 새로운 기술들을 발전시키는 계기가 되었다. 르 코르뷔지에의 도미노 시스템은 종전의 서양 건축에 동양의 가구식 구조를 접목한 새로운 형태의 구조를 제안하였으며, 이런 형태의 건축양식은 현대에 있어서 기본이 되었다. 대지의 효율화를 위해 보다 높은 건물을 짓기 위하여 노력하였고 그 결과 100층이 넘는 고층건물은 동서양을 막론하고 세계에 널리 퍼지게 되었다. 밀집된 지역 내에서 낡은 건물을 부수고 새로운 건물을 짓기 위해 필요한 많은 기술들이 하루가 다르게 개발되고 있으며, 시대의 흐름은 점점 더 편리하고 안전한 삶의 추구로 진행되고 있다. 이에 따라 이동, 통신, 전기, 급배수, 난방, 소방, 방범 등 설비 부분의 첨단 기능을 건축에 접목하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.
접근 방법 및 주요 연구영역
접근 방법
건축학/건축공학의 접근 방법은 역사학적 접근 방법과 공학적 접근 방법 그리고 디자인적 접근 방법의 3가지로 나눌 수 있다.
- 역사학적 접근 방법
건축공학의 역사학적 접근 방법으로는 각 시대별 건축물의 특징을 파악하고 그 시대의 문화와 건축을 이해하는 접근법으로서 일반적으로 대학에서 가장 쉽고 재미있게 학생들이 건축에 접근할 수 있는 방법이다. 각 시대별 건축물의 구조와 디자인의 특성을 연구하면서 연구자는 자연스럽게 공학적 이해와 디자인적 능력도 배양할 수 있다.
- 공학적 접근 방법
엔지니어나, 재료 관련, 시공 관련 종사자들이 주로 접근하는 방법으로서, 재료의 성능이나 시공법 등 건축의 구조와 기능을 연구하며 건축공학에 접근하는 방법이다.
- 디자인적 접근 방법
모든 건물은 설계를 기초로 하여 건설되므로 건축물이 들어설 대지의 상황에서부터 출발하여, 건물의 용도와 클라이언트의 요구, 주변 환경 등 전반적 사항들을 고려한다. 완성된 건축물이 하나의 언어로서 사람들에게 이해되게끔 내외의 디자인에 이르는 전반적인 사항들을 연구하면서 건축공학에 접근하는 방법이다. 주로 설계를 전공하는 사람들이 접근하는 방법이다.
연구영역
건축공학은 크게 건축계획/설계, 건축디자인/의장, 건축시공, 건축구조, 건축재료학, 건축환경, 건축설비, 건설관리의 학문으로 분류할 수 있다. 최근에는 건축시공 단계까지만 보았던 영역을 확장하여 건축물 생애주기(LCC: Life Cycle Cost) 개념의 연구가 활발히 이루어지면서 건축물 관리까지 그 영역을 확대하고 있다.4)
- 건축계획/설계
건축설계는 건축물을 구축하기 위하여 요구되는 기능과 형태와 구조를 결정하고 물리적 형식을 구체화하는 과정을 총칭한다. 따라서 건축계획을 조정하고 배열하고 구조화하여 도면을 통해 실질적으로 건축물을 구상하는 과정을 의미한다.
건축계획은 건축물의 환경조건, 즉 일조·통풍·난방·소음 등을 다루는 환경물리 분야와, 색채·형태·미 등을 다루는 환경심리 분야와, 각 건축물의 유형에 따른 기능적·미적 자료 및 원칙들을 물리적인 측면에서 다루는 계획각론 분야로 나누어진다.
- 건축디자인/의장
의장(意匠)의 사전적 의미는 '시각을 통하여 미감을 일으키는 것. 물품의 형상, 모양, 색채 또는 이들을 결합한 것. 고안을 실제로 응용하는 일 또는 그 도안.'이며 흔히 디자인(design)이라는 외래어에 대한 대체 표현으로 되어있으나 두 개념의 사용에는 차이가 있다. 디자인을 '명확한 의식 아래 어떤 목적을 표현하는 형성의 테크닉이며 사고를 요하는 정신활동의 도정'이라는 개념으로 풀이한다면 의장은 단순히 정신적인 발상이나 고안, 아이디어에 국한된 것이 아니라 인간의 상징과 연결된 개념이다. 종교, 전통, 풍토 등의 요인으로 인해 나타나는 특정지역, 민족, 집단 고유의 표시 체계 범위까지도 아우르는 개념이 포함되어있어6) 이에 대한 연구와 더불어 건축에 적용하는 방법에 이르기까지 전반적인 영역을 연구를 하는 학문이다.
- 건축시공
건축시공이란 건축물을 축조하는데 필요한 자재와 장비를 가지고 기술과 인력을 투입하여 목적물을 필요한 기일 내에 완성하는 작업이다. 이렇게 건축시공을 위한 요소로서 4가지가 있는데 질 좋은 자재, 성능이 훌륭한 장비뿐 아니라, 토공사(土工事), 철근콘크리트, 전기, 설비 등 각 공종의 시공 기술 및 생산관리 기술까지 필요하다. 또한 사전에 제작된 설계도서에 의하여 구조, 기능, 미 3가지 건축 요소에 합리적이며, 성실히 일을 진행할 인력이 필요하다. 건축주의 요구에 적합한 건축물을 생산하기위해 특히 원가관리, 공정관리, 품질관리 등의 생산관리 기술이 필요한데 이러한 구법과 기술을 연구하는 학문이다.
- 건축재료학
건축재료학은 건축공사에 있어서 기초, 지정, 구조체, 지붕, 외벽, 바닥, 등의 건축물 각부에 사용되어 건축물을 구성하는 재료 및 부속재료를 포함한다.8) 건물을 만드는 재료가 갖추어야 할 조건으로는 자연재해나 화재 등의 재해로부터 안전해야할 것과 내구성이 있어 장시간 사용이 가능하고 경제적일 것, 그리고 공급이 용이하고, 가공이나 활용도가 높아야 하는 것 등이 있다.
- 건축설비
건축설비의 기본적 개념은 건축물의 실내환경과 기능을 향상시키기 위해 설치하는 시설물을 의미하며 여기에는 전기, 전화 설비, 초고속 정보통신 설비, 지능형 홈 네트워크 설비, 가스, 급수·배수(配水)·배수(排水), 환기, 난방, 소화(燒火), 배연(排煙) 및 오물 처리의 설비, 굴뚝, 승강기, 피뢰침, 국기 게양대, 공동시청 안테나, 유선방송 수신 시설, 우편함, 저수조, 그 밖에 국토해양부령으로 정하는 설비를 말한다(건축법 제2조). 현대의 건축물은 첨단화로 인해 설비의 중요도가 지속적으로 높아지고 있다.
- 건축구조
구조, 기능, 미의 3요소는 건축물의 가장 기본적 요소로서 구조적으로 튼튼하지 않으면 건물은 사용할 수가 없다. 그러나 구조적으로 튼튼하다고 해서 건물 전체를 돌덩이나 콘크리트 덩어리로 만든다면 인간이 사용하고자 하는 공간을 얻을 수가 없게 된다. 그러므로 요구하는 기능과 미를 수용하고 안전하게 건축물의 요구 수명을 지탱할 수 있으면서도 시공이 용이하고 비용이 저렴한 구조의 필요성이 대두되는 것이다. 이에 합리적인 구조의 계산을 통하여 가장 적합한 답안을 작성하는 방법을 연구하는 것이 건축구조 연라 할 수 있다.
주요 용어 및 관련 직업군
주요 용어
- 고딕(gothic): 12세기 중반에서 르네상스 시대 이전까지의 유럽 중세 건축에 붙인 명칭, 포인티드 아치, 플라잉 버트레스, 리브볼트가 그 특징이다.
- 고전주의(classicism): 고대 그리스 혹은 로마의 문학, 예술 건축에서 형성되었던 원리나 양식이다.
- 공간(space): 물리적 요소들로 구획된 3차원적 실체다.
- 구조 시스템(structural systems): 건축물을 지지하는 구조의 하중 전달 방식과 형태를 일컫는 말이다.
- 국제주의 양식(international style): 1920년대 유럽에서 발전한 건축양식에 붙인 이름으로 그 특징은 기능의 강조, 전통적인 장식 모티프의 거부 등이 있다.
- 기능주의(functionalism): 현대건축의 중요한 조류로서 기능적 문제의 해결에 의해 형태가 결정되어야 한다고 보는 것이다.
- 단면(section): 건물이나 구조체의 일부를 가상의 수직면으로 잘라서 보여주는 도면 혹은 표현 방법이다.
- 돔(dome): 반구형 볼트, 이론적으로는 수직축을 중심으로 한 바퀴 회전시킨 아치이다.
- 디지털 건축(digital architecture): 디지털 매체를 이용한 디자인 혹은 매체만의 특성을 이용한 건축을 일컫는다. 작업 프로세스에서 필요한 작업은 대부분 디지털 매체와 소프트웨어를 통하여 이루어진다.
- 로마네스크(romanesque): 카롤링 왕조 시대와 고딕 시대의 양식으로 육중한 조적벽체, 두터운 비례, 반원형 아치, 배럴볼트→그로인볼트→ 리브볼트로 이어지는 볼트 구축법의 재발견 등을 특징으로 한다.
- 로코코(rococo): 물 흐르는듯한 선, 아라베스크 풍 장식, 장식적인 스터코, 각기 다른 성격의 요소들을 단일한 볼륨으로 빚어내는 것 등을 특징으로 한다.
- 모듈(module): 건물 전체 혹은 일부의 비례를 규정하는 단위 치수이다.
- 보(bean): 두 지지체 사이의 일정한 스팬을 건너는 수평부재로서 담당하는 하중을 지지체로 전달한다.
- 아르누보(art nouveau): 1895~1905년 사이에 회화, 건축, 실내장식, 그래픽에서 일어난 양식 운동이다.
- 양식(style): 문명이나 민족, 혹은 개인에 특징적인 예술작품을 다루거나 수행하는 방식 혹은 예술작품에 있어서 특별하거나 탁월한 특성이다.
- 오더(order): 고전 건축에서 기둥(주토, 주신, 주두)과 엔타블레춰(entablature)로 구성되는 건축 요소이다.
- 입면(elevation): 제도법이나 건축도면에서 수평면이나 수직을 이루는 면에 건물을 기하학적으로 투영시킨 것이다.
- 평면(plan): 건물의 각부를 수평적으로 배열한 것 또는 그와 같은 배치를 수평으로 잘라 도면이나 다이어그램으로 나타낸 것이다.
관련 직업군
- 각종 건축연구소의 연구원
- 건설회사 임, 직원
- 각종 학교의 교수, 교사
- 건축사, 기술사
- 건축물 설계, 시공, 감리직종 종사자
- 건축직 공무원
참고자료
같이 보기
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