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교각

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목차

1. 개요

교각은 건축물이나 교량의 하중을 지지하는 수직 구조물이다. 교각은 정사각형, 직사각형, 원형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 기둥과 유사하게 사용되기도 한다. 교량에서 교각은 교대와 함께 교량의 무게를 지탱하고, 다경간 교량의 경간을 지지하는 역할을 한다. 교각 설계 시에는 상부 구조물의 하중, 교각 자체의 하중, 유수압, 풍압, 지진 하중 등 다양한 외력을 고려해야 한다. 교각의 구조 형식에는 중력식, 반중력식, 라멘식, 문형 교각 등이 있다.

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교각

2. 교각의 정의 및 특징

교각의 가장 단순한 단면은 정사각형 또는 직사각형이지만, 다른 모양도 흔히 사용된다. 중세 건축에서 드럼 교각이라고 불리는 거대한 원형 지지대, 십자형 교각 및 복합 교각은 흔한 건축 요소이다. 기둥은 이와 유사한 수직 지지대이지만 둥근 받침대 위에 서 있다. 많은 경우 기둥은 교각이라고도 불린다.

2. 1. 교각의 형태

영국 웰스 대성당의 십자형 교각


교각의 가장 단순한 단면은 정사각형 또는 직사각형이지만, 다른 모양도 흔히 사용된다. 중세 건축에서 드럼 교각이라고 불리는 거대한 원형 지지대, 십자형 교각 및 복합 교각은 흔한 건축 요소이다.

기둥은 이와 유사한 수직 지지대이지만 둥근 받침대 위에 서 있다. 많은 경우 기둥은 교각이라고도 불린다. 교각 사이에 일련의 창호가 있는 건물에서 두 교각 사이의 각 개구부(창문 또는 문)는 단일 창호로 간주된다.

  • 중력식 교각
  • 반중력식 교각
  • 라멘식 교각
  • 원통형 교각
  • 중후 교각
  • 문형(액자) 교각 - 교각의 시야가 좋기 때문에 지역 간 분단을 막을 수 있다.

2. 2. 교각과 기둥의 차이

기둥은 둥근 받침대 위에 서 있는 수직 지지대이지만, 많은 경우 교각이라고도 불린다.[1] 교각 사이에 일련의 창호가 있는 건물에서 두 교각 사이의 각 개구부(창문 또는 문)는 단일 창호로 간주된다.[1]

3. 교각의 종류 (교량)

교각의 종류는 다음과 같다.


  • 중력식 교각
  • 반중력식 교각
  • 라멘식 교각
  • 원통형 교각
  • 중후 교각
  • 문형(액자) 교각 - 교각의 시야가 좋기 때문에 지역 간 분단을 막을 수 있다.

3. 1. 구조 형식에 따른 분류

거더교의 교각이 설치되기 전 모습으로, 교량 데크와 난간을 설치하기 전이다. 지지대 역할을 하는 여러 각도의 파일런(하단), 수평 콘크리트 캡(중앙), 임시 목재 버팀대와 거더(상단)로 구성되어 있다.


복합 교각 4개가 위트레흐트 (네덜란드)의 "24 Oktoberplein" 교차로의 고가도로를 지지하고 있다.


단경간 교량은 각 끝부분에 교대가 있어 교량의 무게를 지탱하고 교량 진입로의 흙 절토 및 성토의 측면 이동에 저항하는 역할을 한다.[1] 다경간 교량은 이러한 교대 사이에 있는 경간의 끝을 지지하기 위해 교각이 필요하다. 추운 기후에서는 교각의 상류 가장자리에 최고 적설량 시기 얼음 조각의 축적을 방지하기 위해 스탈링이 설치될 수 있다. 스탈링은 때때로 '컷워터'라고 불리는 날카로운 상류 가장자리를 가지고 있다. 컷워터 가장자리는 콘크리트 또는 석조일 수 있지만 마모에 저항하고 교각에 부딪히는 부유 얼음을 파괴하기 위해 단일 지점에 힘을 집중시키기 위해 강철 앵글로 덮여 있는 경우가 많다. 추운 기후에서 스탈링은 일반적으로 약 45°의 각도로 기울어져 있어, 얼음을 밀어내는 흐름이 얼음의 하류 가장자리를 들어 올리는 경향이 있어, 흐름의 수평력을 얼음의 얇은 단면에 대한 수직력으로 변환하여 얼음의 자중에 의해 얼음 조각이 파손될 때까지 교각의 양쪽으로 통과할 수 있도록 한다.[2]

  • 중력식 교각
  • 반중력식 교각
  • 라멘식 교각
  • 원통형 교각
  • 중후 교각
  • 문형(액자) 교각 - 교각의 시야가 좋기 때문에 지역 간 분단을 막을 수 있다.

4. 교각에 작용하는 외력

교각을 설계할 때는 상부 구조물에서 전달되는 하중뿐만 아니라 교각 자체의 하중, 유수에 의한 유압, 바람에 의한 풍압, 지진 등 다양한 외력을 고려해야 한다. 교각에 작용하는 외력은 크게 수직력과 수평력으로 나눌 수 있다.


  • 수직력: 상부 구조물에서 전달되는 하중, 교각 자체의 하중, 충격 등이 있다.
  • 수평력: 유수압, 풍하중(바람), 지진 하중 등이 있다.

4. 1. 수직력

교각 설계 시 고려해야 할 수직력에는 상부 구조물로부터 전달되는 하중, 교각 자체의 하중, 충격 등이 있다.[1]

4. 2. 수평력


  • 유수압: 흐르는 물에 의해 교각에 작용하는 수평력이다.
  • 풍하중 또는 풍압: 교량이 설치된 지역의 바람으로 인해 교각에 작용하는 수평력이다.


4. 3. 기타 외력

교각을 설계할 때는 상부 구조물에서 전달되는 하중뿐만 아니라 교각 자체의 하중, 유수에 의한 유압, 바람에 의한 풍압, 지진을 견딜 수 있도록 설계해야 한다.

  • 수직력: 상부 구조물에서 전달되는 하중, 교각 자체의 하중, 충격.
  • 수평력
  • * 유수압: 흐르는 물에 의해 교각에 작용하는 수평력
  • * 풍하중 또는 풍압: 교량이 설치된 지역의 바람 때문에 교각에 작용하는 수평력
  • * 지진 하중: 지진 발생 시 발생하는 수평 가속도 때문에 작용하는 수평력


5. 교각 설계 시 고려 사항 (한국)

교각을 설계할 때는 상부 구조에서 전달되는 하중뿐만 아니라 교각 자체의 하중, 흐르는 물에 의한 유압, 바람에 의한 풍압, 지진을 견딜 수 있도록 설계해야 한다.

단경간 교량은 양 끝에 교대가 있어 교량의 무게를 지탱하고, 다경간 교량은 교각이 추가로 필요하다. 추운 기후에서는 교각 상류에 스탈링을 설치하여 얼음 축적을 방지하기도 한다.

교각 설계 시 고려해야 할 하중은 다음과 같다.


  • 수직력 - 상부 구조물로부터 전달되는 하중, 교각 자체의 하중, 충격.
  • 수평력
  • 유수압 - 유수에 의한 교각에 작용하는 수평력.
  • 풍하중 또는 풍압 - 교량이 설치된 지역의 풍력에 의해 교각에 작용하는 수평력.
  • 지진 하중 - 지진 발생 시 발생하는 수평 가속도에 의해 작용하는 수평력.

6. 교각의 예시 (건축)



교각의 가장 단순한 단면은 정사각형 또는 직사각형이지만, 다른 모양도 흔히 사용된다. 중세 건축에서는 드럼 교각이라고 불리는 거대한 원형 지지대, 십자형 교각 및 복합 교각이 흔했다.

기둥은 교각과 유사한 수직 지지대이지만 둥근 받침대 위에 서 있다는 점이 다르다. 많은 경우 기둥은 교각이라고도 불린다. 교각 사이에 일련의 창호가 있는 건물에서 두 교각 사이의 각 개구부(창문 또는 문)는 단일 창호로 간주된다.

몬태큐트 하우스 (영국, 1598년경). 긴 갤러리의 교각에 있는 니치에는 나인 워디스의 조각상이 있다.

6. 1. 개선문 (프랑스 파리)



개선문(그림 참조)은 중앙 아치와 측면 아치가 4개의 거대한 평면 교각 위에 세워져 있다.

6. 2. 성 베드로 대성전 (바티칸)

도나토 브라만테가 설계한 로마 성 베드로 대성전의 원래 계획에는 풍부하게 조형된 교각이 있었다. 네 개의 교각이 중앙 교차부의 돔의 무게를 지탱하는데, 이 교각들은 무게를 지탱하기에는 너무 작다는 것이 밝혀졌다. 이후 미켈란젤로가 돔의 엄청난 무게를 감당할 수 있도록 교각을 변경하였다.[3]

각 외벽에서 돌출된 네 개의 앱스의 교각 역시 반돔이 가하는 바깥쪽 힘을 견딜 수 있도록 튼튼하다. 많은 니치가 교각의 벽 공간을 장식한다.[3]

참조

[1] 서적 American Civil Engineering Practice John Wiley & Sons
[2] 서적 Civil Engineering Handbook McGraw-Hill Book Company
[3] 서적 Buildings Across Time

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