건물의 기초에 관하여

건물을 짓기 위해서 먼저 땅에 깊은 구멍을 파 건물의 기초를 만들어야 한다.
대개 거대한 콘크리트 덩어리로 만들어지는 기초는 건물의 수명이 다할 때까지 건물을 지면에 단단히 고정해 건물이 가라앉거나 기울어지는 것을 막아준다.
건물의 기초는 건물의 무게를 지탱해야 할 뿐만 아니라 거센 바람에도 잘 견딜 수 있도록 하여야 한다. 어떤 건물은 단단한 암석 위에 세워지는데, 암석은 무겁고 높은 건물을 잘 지탱해 준다. 그러나 요즘에는 지반이 약한 흙이나 모래로 이루어진 곳에도 대형 건물들이 들어서는데, 이러한 곳에 건물을 세우기 위해서는 연약한 지반에도 함몰되지 않는 특수한 기초가 필요하다.
예를 들어, 이탈리아의 중부 도시 피사에 있는 어느 대리석 종탑은 너무 기울어져서 곧 넘어질 것 같다는 이유로 세상에서 가장 유명한 건축물 중의 하나가 되었다. 이 탑의 높이는 54.5m이고 수직선으로부터 4.2 기울어져 있다.
연약한 지반 위에 세워져 이 높은 탑을 제대로 받쳐 줄 만큼 기초가 충분하지 않았기 때문에 기울어지게 된 것이다.
이 피사의 사탑이 계속 기울어 지자 붕괴할 수 있기 때문에 기초 보강공사와 턱을 약간 똑바로 세우는 작업이 진행되었고, 더 이상 기울어지지 않게 된 것이다.
이처럼 단단한 기초는 정말 중요하다. 건물을 지을 때에는 우선 땅을 파낸 다음, 콘크리트로 단단한 기초를 만들어 그 위에 건물을 세우는데, 건물의 기초는 크면 클수록 좋다. 이러한 기초는 대개 건물 면적보다 넓은 면적에 건물의 무게를 고르게 분포시켜 지반이 무너지지 않게 한다. 만약 지반이 약하면 기다란 기둥 모양의 말뚝을 땅 밑의 암반에까지 박은 다음, 그 위에 콘크리트 기초를 만들고 건물을 짓는다.

금세기 동안 뉴욕시의 중심에 있는 섬 맨해튼에는 하늘을 찌를 듯한 마천루가 빽빽이 들어찬 반면에, 런던의 중심부는 낮은 건물들이 주류를 이룬다. 그 이유는 무엇일까.
맨해튼섬의 지반은 고층 건물을 지탱해 줄 수 있는 암반으로 이루어져 있으나, 런던은 연약한 흙으로 이루어진 넓은 강 유역에 자리 잡고 있어서 고층 건물을 받쳐 줄 수 없는 것이다.
하지만, 말뚝을 박아 연약한 지반을 강화하는 현대의 건물 기초 공사 기술 덕분에 이러한 곳에서도 높은 건물을 세울 수 있게 되었다. 

건물이나 주택은 건물을 지탱시켜 주고 내부의 공기를 따뜻하게 또는 시원하게 유지해 주는 아주 튼튼한 벽을 필요로 한다. 내벽은 콘크리트 블록으로 쌓고 외벽은 석재나 벽돌로 쌓는 이중벽도 있다. 건물의 벽을 쌓는 재료로는 석재나 벽돌이 주로 많이 사용되므로 블록이나 석재, 벽돌로 벽을 세울 때에는 견고한 구조를 갖는 양식으로 하나씩 쌓아 올리면서 시멘트로 접합한다. 이중벽 사이에는 열을 보존해 주는 단열재를 삽입한다. 나무판자로 만들어지는 바닥은 벽에 고정된 들보 위에 설치하고 대부분의 건물은 벽과 바 득을 콘크리트로 만드는데 이는 내구력이 강할 뿐만 아니라 건물의 모양을 마음대로 할 수 있기 때문이다

그러나 콘크리트는 항상 견고한 것이 아니다.
콘크리트로 만든 들보 위에 매우 큰 하중이 놓이며 들보가 휘어지며 금이 간다. 들보에 하중이 작용하면 윗부분은 콘크리트를 압박하는 압축력이 발생하여 더욱 견고해지지만, 아랫부분은 콘크리트를 잡아당기는 인장력이 생겨 약해진다. 하지만 길이 방향으로 압력을 받으면 들보 전체는 훨씬 더 강해진다. 이렇게 하기 위해서는 팽팽히 잡아 늘인 강철 바를 들보에 넣은 다음 양 끝을 고정한다.. 이 강철 바는 수축하면서 들보의 양 끝을 잡아당겨 압축력을 발생시켜 결국에는 콘크리트 들보가 강화되는 것이다. 

콘크리트를 만들기 위해서는 시멘트와 모래, 자갈을 물과 함께 섞어 반죽하여 원하는 모양의 틀에 액체 상태의 콘크리트를 넣어 굳히면 되는 것이다. 여기에 철근을 넣는다면 철근 주위에서 굳어 더 강화되어 강화 콘크리트가 된다.

저층 건물은 건물의 벽이 건물 구조를 지탱하도록 지을 수 있지만, 고층 건물의 경우에는 건물의 무게가 대단히 무겁기 때문에 벽으로만 건물의 하중을 지탱하려면 아랫부분의 벽두께가 많이 두꺼워져야 한다. 그렇기 때문에 고층 건물에는 콘크리트나 강철빔으로 이루어진 내부 골격에 가벼운 재질의 벽과 바닥으로 이루어져 있다. 
하지만 이러한 골격은 어느 정도의 유연성이 있기 때문에 지진에 의해 피해가 있을 수 있거나 높을 수록 바람에 의해 흔들리기가 쉽다.
이러한 단점을 줄이기 위해 고층 건물은 단단한 심이나 변형이 되지 않는 삼각형 모양의 구조, 또는 x모양의 버팀대로 골격을 보강해 주는 단계가 꼭 필요하다.
 
건물에는 지붕이 있다. 지붕은 추위 또는 더위, 바람, 돌풍 등을 피하게 해주며, 전체적인 외관의 모습에도 영향을 미치게 된다. 둥근 돔 형태의 지붕, 안장 모양의 지붕, 텐트 모양의 지붕, 지그재그 모양의 지붕, v 자를 거꾸로 한 모양의 지붕 등 다양한 지붕의 모양이 있다.
모양과는 관계없이 태풍이나 강한 바람에 견딜 수 있는 모양을 만들어져야 한다.
천막과 같은 지붕은 강화 플라스틱으로 만든 천을 케이블에 매달고 팽팽하게 잡아당겨 만든 지붕은 가벼우면서도 질기다. 이 지붕은 마치 공중에 매달린 여러 개의 텐트처럼 보이기도 한다. 
다각형 격자 돔 모양도 있다. 가볍고도 견고한 다각형 격자 돔은 직성의 봉들이 5면체 또는 6면체의 모양으로 결합한 공 모양의 틀로 이루어져 있다. 지붕은 다각형 격자 돔의 안쪽에 설치된다.
케이블 지붕은 케이블에 의해 지지가 되는데, 케이블은 기울어진 두 개의 기둥에 매달려있다.
접힌 원통 모양의 지붕도 있다. 이 지붕은 반으로 잘라 놓은 원통에 아코디언 주름을 잡은 것과 같은 모양을 하고 있다.
끝이 곡선을 그리며 치켜 올라간 지붕은 곡선을 그리며 구부러진 모양이 휘어지는 것을 막아주기 때문에 평지붕보다 견고하다. 평지붕은 그리 견고하지 않기 때문에 면적이 넓은 곳에 사용하려면 기둥이나 들보 설치가 함께 이루어진다.