고풍스럽고 우아한 자태를 지닌 한국의 전통목조건축물은 수천년동안 우리 민족과 함께 숨쉬며 우리조상들의 삶의 안식처가 되어 왔다. 이러한 목조건축물들은 이제는 박물관이나 사적지에서나 볼 수 있는 귀중한 문화자산이 되어 있는바 그에 대한 연구는 대부분 역사적이나 미적인 면에서 연구되어 왔다. 목조건축물이 장구한 세월동안 그 모습을 잃지 않고 서 있을 수 있는 이유는 역사적이나 미적인 이유가 아닌 구조적인 안정성에서 찾을 수 있다. 본 논문에서는 이렇듯 오랜 세월을 견디어 온 전통목조건축물에 대해 구조적관점으로 접근하여 목구조시스템의 원리를 살펴보고 목구조시스템을 현대적인 응력해석방법을 이용하여 부재에 대한 응력을 구해보고 과연 현재에 적용하고 있는 허용응력에 대해 얼마나 안전한지 살펴보고자 한다. 또한 건축물의 규모에 대한 구조시스템은 어떻게 적용되었는지 조사하여 그 목조시스템에 대한 효율성을 살펴보고 추후 해체 및 수리시에 도움을 주고자 한다. 전통목조 건축물의 응력해석은 대표적인 구조시스템중 현존하는 국보급 고사찰중에서 선정하였으며 그 대상으로는 일고주칠량(B사찰), 이고주오량(E사찰), 이고주구량(S사찰)등이다. 구조해석을 위한 조사작업으로 문화재청에서 작성한 실측보고서 및 도면을 참고하여 각 건축물에 사용된 부재길이 및 단면크기를 인용하였다. 구조계산을 위해 각 도면을 참고하여 접합부를 분석한 후 힘의 흐름에 따라 선형적으로 작도하였으며 ...
고풍스럽고 우아한 자태를 지닌 한국의 전통목조건축물은 수천년동안 우리 민족과 함께 숨쉬며 우리조상들의 삶의 안식처가 되어 왔다. 이러한 목조건축물들은 이제는 박물관이나 사적지에서나 볼 수 있는 귀중한 문화자산이 되어 있는바 그에 대한 연구는 대부분 역사적이나 미적인 면에서 연구되어 왔다. 목조건축물이 장구한 세월동안 그 모습을 잃지 않고 서 있을 수 있는 이유는 역사적이나 미적인 이유가 아닌 구조적인 안정성에서 찾을 수 있다. 본 논문에서는 이렇듯 오랜 세월을 견디어 온 전통목조건축물에 대해 구조적관점으로 접근하여 목구조시스템의 원리를 살펴보고 목구조시스템을 현대적인 응력해석방법을 이용하여 부재에 대한 응력을 구해보고 과연 현재에 적용하고 있는 허용응력에 대해 얼마나 안전한지 살펴보고자 한다. 또한 건축물의 규모에 대한 구조시스템은 어떻게 적용되었는지 조사하여 그 목조시스템에 대한 효율성을 살펴보고 추후 해체 및 수리시에 도움을 주고자 한다. 전통목조 건축물의 응력해석은 대표적인 구조시스템중 현존하는 국보급 고사찰중에서 선정하였으며 그 대상으로는 일고주칠량(B사찰), 이고주오량(E사찰), 이고주구량(S사찰)등이다. 구조해석을 위한 조사작업으로 문화재청에서 작성한 실측보고서 및 도면을 참고하여 각 건축물에 사용된 부재길이 및 단면크기를 인용하였다. 구조계산을 위해 각 도면을 참고하여 접합부를 분석한 후 힘의 흐름에 따라 선형적으로 작도하였으며 모멘트가 전달되지 않는 부분에는 힌지로 가정하였다. 전통목조건축물의 지붕하중은 그 위치에 따라 두께의 변화가 있으므로 보토의 두께를 도면에서 측정하여 적용하였고 하중은 서까래에 직접 작용시켰다. 이에 따라 구조응력해석은 매트릭스법에 의한 유한요소해석법이 적용된 MIDAS GEN을 이용하여 각 부재의 응력을 산정하였다. 응력분석에 있어서 주요구조부인 서까래, 도리, 보, 기둥에 대한 응력분석만을 하였고, 공포는 부재크기와 절점의 정의, 힘의 전달관계가 명확하지 않기 때문에 힘의 흐름에 있어서 실제에 가깝게 모델링하여 단지 힘을 전달시켰을 뿐 응력분석에서는 제외시켰다. 응력해석 결과를 살펴보면 서까래에 작용하는 응력의 최대값은 주심도리에서 가장 크게 나타난다. 구조시스템으로 비교하면 E사찰에서 서까래에 가장 큰 응력값을 보이는데 이는 이고주오량으로 되어 있어 서까래를 받치는 도리의 간격이 넓기 때문이다. 도리는 위치별로 작용하는 지붕하중의 면적이 다르기 때문에 면적에 따라 응력의 크기가 달라진다. 구조시스템으로 비교하면 S사찰에서는 다른 두 사찰에 비해 허용력에 대한 최대전단력과 최대모멘트의 비율이 약 40~60% 사이로 효율적인 구조시스템으로 생각된다. 보에서는 대량이 가장 큰 응력을 받아 가장 중요한 부재이다. 구조시스템으로 비교하면 E사찰에서는 보에 직접적인 응력이 작용하지 않기 때문에 응력이 적게 나타난다. 기둥은 축하중을 주로 받는 구조부재로 고주는 평주와 비교해서 축하중작용이 크거나 같다. 구조시스템적으로 살펴보면 일고주칠량은 전면평주에서 45%의 축하중을 분담하지만 이고주오량과 이고주구량 시스템에서는 각 기둥들이 비슷하게 응력을 분담하고 있다. 각 전통목조건축물을 구조시스템을 통해 살펴보면 구조시스템은 규모에 따라 결정되는 것을 알 수 있었으며, 이고주구량은 이고주오량보다 힘을 균형있게 분해시켜 이고주를 갖는 규모의 건축물중 효율적인 것으로 판단된다. 전통목조건축물이 수백년동안 존재할 수 있는 것은 응력해석에서 얻은 결과 각 부재에 대해 응력에 무리가 없고 또한 적절한 구조시스템을 선택함으로써 힘을 각 부재에 균형있게 전달하고 있기 때문인 것으로 생각된다. 앞으로 더 다양한 전통목조건축물에 대해 구조응력해석을 하여 그에 대한 풍부한 자료를 갖춘다면 우리 목조건축물에 대한 좀더 구체적이고 객관적인 구조적 접근이 가능하리라 생각된다.
고풍스럽고 우아한 자태를 지닌 한국의 전통목조건축물은 수천년동안 우리 민족과 함께 숨쉬며 우리조상들의 삶의 안식처가 되어 왔다. 이러한 목조건축물들은 이제는 박물관이나 사적지에서나 볼 수 있는 귀중한 문화자산이 되어 있는바 그에 대한 연구는 대부분 역사적이나 미적인 면에서 연구되어 왔다. 목조건축물이 장구한 세월동안 그 모습을 잃지 않고 서 있을 수 있는 이유는 역사적이나 미적인 이유가 아닌 구조적인 안정성에서 찾을 수 있다. 본 논문에서는 이렇듯 오랜 세월을 견디어 온 전통목조건축물에 대해 구조적관점으로 접근하여 목구조시스템의 원리를 살펴보고 목구조시스템을 현대적인 응력해석방법을 이용하여 부재에 대한 응력을 구해보고 과연 현재에 적용하고 있는 허용응력에 대해 얼마나 안전한지 살펴보고자 한다. 또한 건축물의 규모에 대한 구조시스템은 어떻게 적용되었는지 조사하여 그 목조시스템에 대한 효율성을 살펴보고 추후 해체 및 수리시에 도움을 주고자 한다. 전통목조 건축물의 응력해석은 대표적인 구조시스템중 현존하는 국보급 고사찰중에서 선정하였으며 그 대상으로는 일고주칠량(B사찰), 이고주오량(E사찰), 이고주구량(S사찰)등이다. 구조해석을 위한 조사작업으로 문화재청에서 작성한 실측보고서 및 도면을 참고하여 각 건축물에 사용된 부재길이 및 단면크기를 인용하였다. 구조계산을 위해 각 도면을 참고하여 접합부를 분석한 후 힘의 흐름에 따라 선형적으로 작도하였으며 모멘트가 전달되지 않는 부분에는 힌지로 가정하였다. 전통목조건축물의 지붕하중은 그 위치에 따라 두께의 변화가 있으므로 보토의 두께를 도면에서 측정하여 적용하였고 하중은 서까래에 직접 작용시켰다. 이에 따라 구조응력해석은 매트릭스법에 의한 유한요소해석법이 적용된 MIDAS GEN을 이용하여 각 부재의 응력을 산정하였다. 응력분석에 있어서 주요구조부인 서까래, 도리, 보, 기둥에 대한 응력분석만을 하였고, 공포는 부재크기와 절점의 정의, 힘의 전달관계가 명확하지 않기 때문에 힘의 흐름에 있어서 실제에 가깝게 모델링하여 단지 힘을 전달시켰을 뿐 응력분석에서는 제외시켰다. 응력해석 결과를 살펴보면 서까래에 작용하는 응력의 최대값은 주심도리에서 가장 크게 나타난다. 구조시스템으로 비교하면 E사찰에서 서까래에 가장 큰 응력값을 보이는데 이는 이고주오량으로 되어 있어 서까래를 받치는 도리의 간격이 넓기 때문이다. 도리는 위치별로 작용하는 지붕하중의 면적이 다르기 때문에 면적에 따라 응력의 크기가 달라진다. 구조시스템으로 비교하면 S사찰에서는 다른 두 사찰에 비해 허용력에 대한 최대전단력과 최대모멘트의 비율이 약 40~60% 사이로 효율적인 구조시스템으로 생각된다. 보에서는 대량이 가장 큰 응력을 받아 가장 중요한 부재이다. 구조시스템으로 비교하면 E사찰에서는 보에 직접적인 응력이 작용하지 않기 때문에 응력이 적게 나타난다. 기둥은 축하중을 주로 받는 구조부재로 고주는 평주와 비교해서 축하중작용이 크거나 같다. 구조시스템적으로 살펴보면 일고주칠량은 전면평주에서 45%의 축하중을 분담하지만 이고주오량과 이고주구량 시스템에서는 각 기둥들이 비슷하게 응력을 분담하고 있다. 각 전통목조건축물을 구조시스템을 통해 살펴보면 구조시스템은 규모에 따라 결정되는 것을 알 수 있었으며, 이고주구량은 이고주오량보다 힘을 균형있게 분해시켜 이고주를 갖는 규모의 건축물중 효율적인 것으로 판단된다. 전통목조건축물이 수백년동안 존재할 수 있는 것은 응력해석에서 얻은 결과 각 부재에 대해 응력에 무리가 없고 또한 적절한 구조시스템을 선택함으로써 힘을 각 부재에 균형있게 전달하고 있기 때문인 것으로 생각된다. 앞으로 더 다양한 전통목조건축물에 대해 구조응력해석을 하여 그에 대한 풍부한 자료를 갖춘다면 우리 목조건축물에 대한 좀더 구체적이고 객관적인 구조적 접근이 가능하리라 생각된다.
Traditional Korean wood buildings, which have an elegant outward appearance, have been part of our national heritage for several hundred years. These buildings were a place of refuge for our ancestors. These buildings have been studied with respect to their historical and aesthetic value because of ...
Traditional Korean wood buildings, which have an elegant outward appearance, have been part of our national heritage for several hundred years. These buildings were a place of refuge for our ancestors. These buildings have been studied with respect to their historical and aesthetic value because of their precious cultural asset. Today they are living museums and favorite tourist destinations. Due to their structural stability and not their historical and aesthetic values, these ancient wood buildings have withstood the test of time. Using modem techniques in stress analysis, one can examine the load stability of the beams and columns used in ancient Korean wood structures. It is through this approach that one can understand the reasons these buildings have survived hundreds of years. By investigating how the building's core internal structure was assembled, one can determine how efficient that building's wood structure is. This understanding will aid in modem restoration activities. For this study, a stress analysis was conducted on ancient Korean temples that have been declared national treasures. Among the building types studied are one-column & seven-beam temples (B Buddhist temple), two-column & five-beam temples (E Buddhist temple), and two-column & nine-beam temples(S Buddhist temple).Referencing drawings located in survey reports conducted by the Cultural Properties Information Plaza , these ancient structures were structurally analyzed. Using the drawings as a reference, a truss analysis was conducted. The force vector was drawn as lines that flowed along the truss. In areas where the moment is not applied, it was assumed as a hinge mechanism. By measuring the change in soil thickness as shown in the drawings, a determination of the roof load under certain rafters was made. By applying MIDAS GEN, which uses the matrix method of structural stress analysis, the stress was calculated in each element. Analyzed only rafter, beam, beam, column that is main structure in stress analysis and KONGFO was excepted in stress analysis nothing but did to communicate force whether do modelling nearly in actual state In flowing of force because elements size and justice of joint of framework, delivery relation of force is not clearness. By studying the stress analysis results, one can determine that the maximum stress is encountered in the structure's main cross beam. Because the gap between the main beam that supports the rafters in a two-column & five beam temple, the largest stress is encountered in a type E temple. Due to the fact that in each temple type the main beam is located in different areas, the effect of the roof load on the structures stress is different in each type of building. Because the ratio of maximum shear to maximum moment allowable stress is between 40-60%, the S temples are considered the most efficient. Because the main cross beam is the largest element in the structure and it receives the largest amount of stress, it is considered the most important element. Due to the fact that the direct stress does not interact with the main beam, the E temple's main beam stress is shown to be low. High columns experience same or greater axial load as compared to general columns because high columns are main structural elements in the building's construction. In comparing the structural system, it was determined that the total axial load in the front column of a one column & seven beam building was 45%. In two column & five beam and two column & nine beam buildings the axial load is divided evenly between the columns. Early Koran buiding planners determined the construction method of each building based on the final building size. Among the two column building types, the two column & nine beam structure is better at distributing the load evenly when compared to the two column & five beam structure. The reason traditional Korean wood structures have stood for hundreds of years is due to the even distribution of stress in the structural elements due to proper consideration of structural system. By cataloguing our studies and structural stress analyses of traditional Korean wood buildings, future generations will gain an insight into these building construction methods.
Traditional Korean wood buildings, which have an elegant outward appearance, have been part of our national heritage for several hundred years. These buildings were a place of refuge for our ancestors. These buildings have been studied with respect to their historical and aesthetic value because of their precious cultural asset. Today they are living museums and favorite tourist destinations. Due to their structural stability and not their historical and aesthetic values, these ancient wood buildings have withstood the test of time. Using modem techniques in stress analysis, one can examine the load stability of the beams and columns used in ancient Korean wood structures. It is through this approach that one can understand the reasons these buildings have survived hundreds of years. By investigating how the building's core internal structure was assembled, one can determine how efficient that building's wood structure is. This understanding will aid in modem restoration activities. For this study, a stress analysis was conducted on ancient Korean temples that have been declared national treasures. Among the building types studied are one-column & seven-beam temples (B Buddhist temple), two-column & five-beam temples (E Buddhist temple), and two-column & nine-beam temples(S Buddhist temple).Referencing drawings located in survey reports conducted by the Cultural Properties Information Plaza , these ancient structures were structurally analyzed. Using the drawings as a reference, a truss analysis was conducted. The force vector was drawn as lines that flowed along the truss. In areas where the moment is not applied, it was assumed as a hinge mechanism. By measuring the change in soil thickness as shown in the drawings, a determination of the roof load under certain rafters was made. By applying MIDAS GEN, which uses the matrix method of structural stress analysis, the stress was calculated in each element. Analyzed only rafter, beam, beam, column that is main structure in stress analysis and KONGFO was excepted in stress analysis nothing but did to communicate force whether do modelling nearly in actual state In flowing of force because elements size and justice of joint of framework, delivery relation of force is not clearness. By studying the stress analysis results, one can determine that the maximum stress is encountered in the structure's main cross beam. Because the gap between the main beam that supports the rafters in a two-column & five beam temple, the largest stress is encountered in a type E temple. Due to the fact that in each temple type the main beam is located in different areas, the effect of the roof load on the structures stress is different in each type of building. Because the ratio of maximum shear to maximum moment allowable stress is between 40-60%, the S temples are considered the most efficient. Because the main cross beam is the largest element in the structure and it receives the largest amount of stress, it is considered the most important element. Due to the fact that the direct stress does not interact with the main beam, the E temple's main beam stress is shown to be low. High columns experience same or greater axial load as compared to general columns because high columns are main structural elements in the building's construction. In comparing the structural system, it was determined that the total axial load in the front column of a one column & seven beam building was 45%. In two column & five beam and two column & nine beam buildings the axial load is divided evenly between the columns. Early Koran buiding planners determined the construction method of each building based on the final building size. Among the two column building types, the two column & nine beam structure is better at distributing the load evenly when compared to the two column & five beam structure. The reason traditional Korean wood structures have stood for hundreds of years is due to the even distribution of stress in the structural elements due to proper consideration of structural system. By cataloguing our studies and structural stress analyses of traditional Korean wood buildings, future generations will gain an insight into these building construction methods.
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