[보고서] 이스탄불 성 소피아 성당(Hagia Sophia)의 구조 및 내진 설계 분석
1. 건축 개요 및 구조적 특징
가. 건축적 위상
ㅇ (공사 기간) 서기 532년부터 537년까지 단 5년 10개월 만에 완공된 비잔틴 건축의 정수임.
ㅇ (설계자 배경) 건축가가 아닌 수학자 안테미우스와 기하학자 이시도루스가 설계를 주도하여 고도의 수리적 계산이 반영됨.
나. 거대 돔(Main Dome)의 규모
ㅇ (제원) 지면으로부터 높이 약 56m, 직경 약 31m에 달하는 거대한 돔 구조를 가짐.
2. 하중 분산 및 구조 안정화 메커니즘
가. 펜던티브(Pendentive) 공법의 적용
ㅇ (하중 전이) 원형 돔의 무게를 4개의 거대한 아치와 삼각형 모양의 곡면 벽체(펜던티브)를 통해 하부 지지 기둥으로 분산시킴.
ㅇ (공간 확보) 이 기법을 통해 내부 기둥 없이 광활한 중앙 홀 공간을 확보함과 동시에 상부 하중을 수직으로 효과적으로 전달함.
나. 하중 경량화 및 재료 공학
ㅇ (경량 벽돌 사용) 돔의 자중을 줄이기 위해 일반 벽돌보다 가벼운 로도스 섬의 특수 벽돌을 사용함.
ㅇ (유연한 모르타르) 석회와 모래를 섞은 호라산 모르타르(Horasan Mortar)를 사용하여 구조체에 일정 수준의 유연성을 부여함.
3. 지진 저항(내진) 성능의 핵심 요소
가. 지지 구조 보강(Buttress)
ㅇ (측면 토압 저항) 돔이 밖으로 벌어지려는 횡압력을 견디기 위해 외부에 거대한 부벽(Buttress)을 설치하여 구조적 일체성을 강화함.
ㅇ (보수 이력) 16세기 오스만 제국의 천재 건축가 미마르 시난이 추가적인 외벽 보강 작업을 수행하여 현재까지 내진 성능을 유지함.
나. 기초 및 지반 안정성
ㅇ (기초 설계) 암반 지층까지 깊게 파 내려간 직접 기초(Spread Footing) 방식을 채택하여 지진 시 지반 가속도에 의한 부등 침하를 방지함.
4. 토목·구조적 시사점
ㅇ (역학적 최적화) 고대 기하학을 활용하여 아치, 돔, 펜던티브를 유기적으로 결합함으로써 현대 건축의 응력 분산 이론을 선제적으로 구현함.
ㅇ (내진설계의 표본) 반복적인 지진 하중에도 불구하고 1,500년 이상 구조물이 유지되는 것은 재료의 특성과 하중 전달 경로 설계의 완벽함을 입증함.
