[FSCM KOR ver.] 파사드 구조 계산 매뉴얼 2.1 평형편

 

들어가면서

 

1.2 챕터에서는 앞서 배운 개념인 하중, 응력, 반력의 개념의 종착지가 어디인지 알아본다. 구조물에 가해지는 외적인 힘을 하중이라고 했다. 하중에 저항하여 구조물 내부에서 응답하는 힘이 응력이다. 응력은 최종적으로 지반의 반력이 받아준다. 그리고 이러한 힘의 흐름을 보이며 그 과정에서 재료들이 스스로도 파괴되지 않을 때, 그런 건물을 보며 우리는 평형을 이루고 있다고 말한다. 평형은 구조 설계의 최종 목표이다. 

 

(1) 평형의 종류

 

• 동적 평형: 움직이면서 평형을 이루는 상태를 동적 평형이라고 한다. 예를 들어 자전거를 타는 것이나, 비행기가 하늘을 나는 것, 태양과 지구의 사이도 동적 평형 상태이다. 비행기의 경우를 좀 더 자세히 살펴보자. 비행기가 난다는 것은 비행기를 땅으로 끌어내리려는 중력과 비행기를 띄우는 양력 사이에서 동적인 줄타기를 하는 것이다.
• 정적 평형: 건축물에서 목표로하는 평형은 정적 평형이다. 움직이는 상태가 아닌 물체가 잘 서있을 수 있는 평형 상태를 추구하는 것이기 때문이다. 구조체에 힘이 가해지면 힘을 받은 각 부재들은 변형되면서 외부의 힘을 자신의 변형 안에 가둔다.¹

 

(2) 건축물의 평형

 

건축물에서 추구하는 평형의 상태는 정적 평형이라고 했다. 그런데 이 정적 평형 상태를 크고 작게 나누어보면 또다시 외적 평형과 내적 평형으로 나눌 수 있다. 

 

• 외적 평형:외적 평형은 건물의 구조 시스템 전체와 외부 하중과의 평형이다.
• 내적 평형: 내적 평형은 구조 시스템을 이루고 있는 구조 부재들이 각자의 위치와 역할에 따라 작용하는 힘과 그 부재 사이의 평형이다. 구조 부재의 위치와 역할에 따라 발생하는 힘(force)에 대해서는 이후에 더 자세히 다루도록 하겠다.

 

나가면서

 

좋은 구조 설계의 핵심은 좋은 평형을 이루게 하는 것이다. 좋은 평형의 특징 중 하나는 외부의 힘에 대하여 충분하고 빠르게 회복 가능하다는 것인데, 이를 구조적으로 해석하자면 구조물 전체가 골고루 회복 가능한 탄성 상태에 들어가 있어 충격이 오면 이내 그것을 내부적으로 잘 소화해내는 것이다.²

 

철이 사용되기 시작하면서 재료의 강도는 그 이전에 비해 수십 배 강해졌다. 그러나 아무리 강한 재료들이라고 하더라도, 이들이 불건전한 평형을 이루고 있다면 약한 재료들로 이루어진 건강한 평형보다 못하다. 

 

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¹ 함인선, 구조의 구조, 발언, 2000

² 함인선, 구조의 구조, 발언, 2000