공기막구조

요약 공기압을 이용하여 막면(膜面)의 장력(張力)을 안정화시켜 눈이나 바람 등의 외력에 견딜 수 있도록 한 구조로, 공기 폐쇄방법에 따라 단일막구조와 이중막구조로 분류되는데, 막의 재료로 합성섬유나 유리섬유가 주로 쓰이나, 내구성과 내화성이 부족하므로 가설적인 구조에 사용된다.

공기를 폐쇄시키는 방법에 따라 단일막구조와 이중막구조로 분류된다. 단일막구조는 바닥에 막을 펴고 바닥과 막 사이에 공기를 넣은 것으로, 돔 모양의 것을 에어돔(air dome)이라 한다. 단일막구조에서는 건물 내외의 기압차를 유지해야 되기 때문에 큰 개구부(開口部)를 설치하는 것이 불가능하여 폐쇄형의 내부공간이 되며, 온실·전시장·홀 등의 지붕으로 이용된다.

막으로 공기를 싸넣은 방식이 이중막구조이며, 공기의 기밀성(氣密性)은 막으로 유지된다. 따라서 막구조가 구조물의 부품의 성격을 띠며, 용도에 따라 형태를 택할 수 있다. 이중막구조는 개방적인 공간을 필요로 하는 구조체에 이용되며, 창고·공장·차고 등의 용도에 쓰인다. 이러한 공기압에 의한 구조물의 시도는 18세기 후반 열기구(熱氣球)의 연구에서 비롯되었으며, 비행선도 이중막구조의 이용이다.

본격적인 건물에의 적용은 1957년 풀장용의 에어돔이 시초이다. 막은 인장력(引張力)을 전하며, 압축력을 받으면 오므라들어 힘의 전달능력을 잃는다. 즉, 막면에는 인장응력(引張應力)은 존재하나 압축응력은 존재하지 않는다. 인장응력만이 존재하는 구조를 텐션(tension)구조라 하며, 공기막구조는 케이블구조와 함께 텐션구조의 대표적인 것이다. 목적한 형태를 얻기 위해서는 그 형태가 막구조로 형성될 수 있는 곡면이어야 한다. 그러므로 단일막구조로는 구(球)나 원통이 이용된다.

형태의 자유도(自由度)를 증가시키기 위하여 동일한 인장구조인 케이블을 조합시키는 경우도 있다. 또 케이블을 보강재(補强材)로 사용하는 경우가 많다. 공기막구조의 공기압은 외압(外壓)과의 차를 0.003∼0.015kgf/㎠(단일막구조), 0.1∼10kgf/㎠(이중막구조) 정도로 하지만, 적설시나 강풍시에는 내압(內壓)을 일시적으로 높일 필요가 있고, 개구부에서 유출되는 양을 보충할 필요가 있으므로 유지관리에 유의해야 한다.

막의 재료로는 합성섬유나 유리섬유가 주로 쓰이나, 내구성과 내화성이 부족하므로 가설적인 구조밖에 안 된다. 이러한 결점을 극복하기 위하여 금속막(金屬膜)의 이용이 시도되고 있다.