[FSCM KOR ver.] 파사드 구조 계산 매뉴얼 1.3 반력편

 

들어가면서

 

이제 챕터 1.1의 마지막 개념 반력이다. 하중과 응력에 비해 간단하다. 앞서 구조물이 세워지면 반드시 하중의 도전을 받고, 그리고 하중을 내부에서 소화하거나, 붕괴하거나 두 가지의 선택지가 존재한다고 했었다. 구조물이 하중을 견디면서 발생하는 힘이 응력이라고 했는데, 발생한 응력이 최종적으로 도착하는 목적지가 있다. 바로 구조물이 올려져 있는 지반, 즉 땅이다. 건물이 잘 버티며 서있다는 것은 외부 하중의 총합과 땅이 받아주는 힘의 총합이 같다는 것이다. 그렇다면 지반은 어떻게 건물이 꺼지지 않게 받아주고 있을까? 바로 지반에 반력이 작용하기 때문이다.

 

(1) 반력의 정의

 

반력이란 지반에서 그 하중에 평형을 이루는 반대의 힘을 뜻한다. 따라서 반력은 하중 만큼 발생하게 된다. 응력이 구조물의 부재 내부에서 발생하는 힘이었다면, 반력은 응력이 최종적으로 도착하는 목적지에서 발생하는 힘이다. 건물 전체로 보았을 때 최종적인 반력은 지반에서 발생하게 되겠지만, 구조물의 각 부재들의 힘을 받아주는 부재에서도 반력이 발생한다. 이 반력에 따라 부재 사이의 결합 방식이 달라지게 되는데, 이는 지점 챕터에서 다루도록 하겠다.

 

지반에 대한 이야기를 연장하자면, 구조물에 가해진 하중을 모아서 지반에 연결하는 장치를 기초 시스템이라 하며 이는 구조물 전체의 힘이 집중되는 곳인 만큼 이 힘을 견뎌내기 위해서는 적절한 강도를 갖추어야 한다. ¹

 

(2) 지반의 반력, 지내력

 

지반이 견딜 수 있는 힘을 지내력이라고 표현하며, 건물에 가해지는 총하중보다 바로 이 지내력이 더 커야 할 것이다. 지내력이 약하다면 힘을 분산시켜 더 넓은 면적으로 힘을 받을 수 있도록 하는데, 점점 기초가 커지다 보면 건물 전체의 밑바닥을 기초로 하는 통 기초 공법을 사용하기도 한다. 그러나 통 기초로도 건물의 하중을 견디지 못할 만큼 건물이 무르다면 건물의 지내력을 높일 수 있도록 말뚝을 박는다.

 

• 지지 말뚝: 지지 말뚝은 말뚝의 끝이 무른 표층이 아니라 암반에 닿도록 깊게 설치하는 말뚝이다. 그러나 암반이 지나치게 깊어 말뚝을 설치할 수 없는 경우도 있는데 이때는 다른 방법을 사용한다.
• 마찰 말뚝: 마찰력은 반력을 높일 수 있는 좋은 방법이다. 마찰력은 마찰 면과 수직 되는 방향의 누르는 힘에 정비례하기 때문에 마찰력 향상을 위해 적절한 추가 하중을 일부러 주는 경우도 있다. ² 마찰력은 면이 울퉁불퉁해야 효과가 커 마찰 말뚝은 표면이 매우 거칠다.

 

나가면서

 

지금까지 구조 계산을 하는 데 있어서 필수적으로 알아야 하는 세 가지 개념, 하중, 응력, 반력에 대해서 알아보았다. 세 힘은 하중이 발생하는 순간 함께 발생하는 힘들로 항상 함께 묶여 다니는 요소들이다. 다음에는 이런 기본 개념들을 가지고 궁극적으로 구조 계산을 하는 그 목표가 무엇인지에 대해서 알아보고자 한다. 미리 예고를 한다면 우리의 목표는 바로 구조물의 평형이다.

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¹ 함인선, 구조의 구조, 발언, 2000

² 함인선, 구조의 구조, 발언, 2000