1. 개요
Steel frame건축 자재의 하나. 말 그대로 '철로 만든 뼈대'이다. 철근 콘크리트와 더불어 건축계에서 상당히 인기를 모으고 있는 대표적인 공법이다.
2. 특징
철골구조는 철근 콘크리트 건물과는 달리 건축시 콘크리트를 굳힐 필요가 없고 철골과 철골을 연결하기만 하면 되기 때문에 계절의 영향을 받지 않고[1] 공사 기간이 철근 콘크리트 건물에 비해 상당히 절약된다. 또한 철근 콘크리트 건물에 비해 하중이 작기 때문에 기둥이 많이 필요하지 않다. 이러한 이유로 철골 구조는 주로 공간이 많이 필요한 고층 오피스 빌딩에 많이 쓰인다. 지진이나 태풍과 같은 외력에도 강해서 일본에서 고층건물에 쓰이는 경우가 많다. 파괴까지의 변형 및 에너지 흡수 능력이 뛰어나서 구조적인 안정성이 다른 구조들보다 우수하다.300m 이상의 마천루는 경제적인 이유와 디자인의 유연성을 이유로 대부분 철골구조이다.[2] 초고층아파트를 철근콘크리트 구조로 짓게 되면 상층부 무게가 매우 무거워져 이를 지지하기 위한 하부 구조를 훨씬 더 두껍게 지어야하고, 이는 가용 면적이 상당히 줄어들게 된다. 또한 초고층부까지 콘크리트를 쏘아 올리기 위해서는 몇 배 더 높은 압력을 쏘아줄 수 있는 특수 파이프호수의 콘크리트 펌프가 필요하다. 초고층 건물을 철골 구조로 짓게 되면 콘크리트를 굳힐 필요가 없으므로 시공속도가 빠르고 철근콘크리트보다 가벼우므로 하부 구조에 부담이 덜하므로 가용면적이 늘어나게 된다. 근래에는 철골구조와 40MPa 이상의 고강도 철근 콘크리트 구조를 같이 사용하는 복합구조를 채택한 초고층 건물도 많이 등장하고 있다.
철골구조의 단점으로는 내화성(열)에 약해 열이 가해졌을 때 강재의 강도가 저하되기 쉽다. 또한, 강재는 강도가 크기 때문에 단면적에 비해 사용되는 부재의 길이가 길고 두께가 얇기 때문에 좌굴의 우려가 크다. 이 때문에 철골 구조물은 수직 또는 대각선 요소가 일반적인 철근 콘크리트 구조물에 비해서 더 굵거나 많이 필요하다. 이로 인한 디자인이나 공간 활용이 제한될 수 있으며, 내부 벽체나 파티션 설치에도 제약이 생길 수 있다. 또한, 철골구조의 건설은 주로 보와 기둥과 같은 주요 구조 부재와 형강 또는 강판을 재료로, 용접 또는 고력볼트를 이용해 접합하여 구성된다. 따라서 용접부의 용접실력에 따라 철골구조의 강도에도 영향이 끼칠 수 있다.
또, 철골 구조는 철근 콘크리트(RC구조: Reinforced Conrete)에 비해 처짐과 진동의 우려가 커 고려하여야 한다. 철근 콘크리트 구조는 철골구조 보다 진동이 적고 소음이 적게 발생한다. 간혹 아파트에 층간소음의 이슈가 많이 대두되는데, 아파트에 이용되는 주 구조가 철근 콘크리트 구조인데 왜 여기에서는 진동이 적고 소음이 적다고 적혀 있는가? 라고 생각 할 수 있다. 이에 대한 결론은 RC구조의 종류에 있다. RC구조의 종류에는 골조식 구조, 벽식 구조, 무량판 구조, 복합 구조 등이 있다. 골조식 구조는 기둥과 보가 사용된 구조로써 사무실 등에 이용되는 구조이고, 벽식 구조는 주거용 아파트에 주로 적용되는데 슬래브와 벽체로 만들어진 구조로써 건축물에 작용되는 수평하중과 수직하중을 위 두개의 부재가 저항하므로 층간 소음 및 진동이 벽체를 통하여 전달 되므로 층간소음으로 인한 문제가 대두되는 것이다. 벽식 구조는 골조식 구조 보다도 시공이 용이해 아파트 건설에 주로 쓰이는 방식이다. 예외로는 플랫슬래브를 이용한 '무량판 구조' 방식이 있다.
3. 철골을 사용한 대표적인 건축물
[1] 철근 콘크리트 구조는 말 그대로 콘크리트를 사용하기 때문에 콘크리트를 굳히면서 공사를 해야하는데 기온이 매우 낮은 겨울의 경우에는 콘크리트가 잘 굳지 않아 공사 기간이 매우 오래 걸리고 굳는다고 해도 불안정하게 굳어 콘크리트가 약해지는 문제가 있고, 여름에도 장마철에는 비가 콘크리트에 많이 들어갈수록 추후에 굳으면서 크랙이 많이 발생하기 때문에 비가 오는 날에는 타설하면 안 된다.[2] 완전히 철골만 쓰는 것은 아니다. 후술하겠지만 9.11 테러 이후 철골 구조의 화재 취약성이 적나라하게 드러났기 때문에 붕괴된 세계무역센터처럼 완전 철골만 쓰는 것은 아니고 철골을 기본으로 잡고 철골 주변을 콘크리트로 얇게 둘러싸는 방식을 많이 사용한다.[3] 특이하게도 아파트를 철골 구조로 짓고, 콘크리트로 마감했다.