[FSCM KOR ver.] 파사드 구조 계산 매뉴얼 2.2 변형과 파괴편

 

들어가면서

 

지난 챕터 2.1 평형 편에서는 구조 설계의 최종 목표인 평형에 대해서 알아보았다. 이번 챕터에서는 평형과 씨실과 날실처럼 항상 같이 다니는 두 개념인 변형과 파괴에 대해서 알아보려고 한다. 

 

(1) 변형

 

물리학의 바탕이 되는 에너지 보존 법칙에 따라 어떤 부재에 힘이 가해진다면, 가해진 힘은 어떻게든 다른 형태로 보존이 된다. 예를 들어 스프링을 눌렀을 때, 누르는 힘은 스프링이 작아지면서, 즉 형태가 변화하면서 힘을 형태 안에 보존한다. 마찬가지로 구조 부재가 변형을 한다는 것은 힘을 받고 있고, 힘에 저항하는 형태라는 것이다. 구조설계에서는 부재가 자신을 변형함으로써 가해진 하중을 견딜만하도록 부재를 설계한다.

 

변형의 정도를 잘 조절하는 것은 효과적인 구조 설계의 핵심이다. 변형을 최대한 막기 위해 무조건적으로 두껍고 강한 재료를 쓴다면 되려 자기 자신의 무게가 지나치게 무거운 비효율적인 시스템이 될 수 있다. 그러나 구조 설계에 있어서 근본적으로 차단해야 할 게 있으니, 그것이 바로 파괴이다. 

 

(2) 파괴

 

더 이상 변형으로 외부의 힘을 감당할 수 없을 떄가 있다. 이 경우 재료는 끊어지거나, 깨지거나, 부서진다. 좀 전의 스프링을 이번에는 쭉 잡아당겨본다고 생각하자. 스프링은 자신의 몸체를 늘리면서 늘리는 힘을 감당한다. 그러나 그 힘이 어느 한계치를 넘어서 버리면 스프링은 끊어진다. 변형을 하다 하다 더 이상의 변형이 불가할 때 재료는 마지막 단계로서 파괴를 선택하는 것이다. 

 

파괴의 양상은 부재에 작용하는 응력의 종류에 따라 달라진다. 뒤이어 다루겠지만 대표적인 응력이라고 할 수 있는 압축력, 인장력, 전단력, 휨력 등에 따라 파괴의 양상은 압축 파괴, 인장 파괴, 전단 파괴, 휨 파괴와 이들의 복합적인 작용으로 인한 파괴가 나타날 수 있다.

 

나가면서

 

구조 설계에서 평형을 만든다는 말은 부재의 변형은 허용하되 파괴는 막는다는 뜻이다.