Trevi drinker

들어가면서 인장력과 압축력에 이어 다른 힘들에 대해서 알아본다. 이번 포스트에서 다룰 힘 휨력, 밴딩 모멘트로 건축 구조 설계에서도 그렇지만 특히 파사드 구조 부재 설계를 할 때 정말 많이 등장하는 중요한 개념이다. (1) 모멘트와 휨력(밴딩 모멘트) 개인적으로 힘의 종류에 대해서 이해할 때 가장 어려웠던 힘이다. 이유는 밴딩 모멘트라는 단어에서 오는데 다른 힘들이 xx force라는 이름이라면 밴딩 모멘트는 force 가 아니라 moment 이기 때문이다. 그런데 사실 이 이름에서 휨력과 다른 힘들과의 차이를 알 수 있다. 모멘트는 회전시키려는 힘을 뜻 하는데 모멘트라는 개념이 등장한 이유는 힘 force을 나타내는 요소인 크기, 방향, 작용점이 세 요소로 회전하는 힘을 표현할 수가 없었기 때문이다. ..

들어가면서 지난 포스트에서 예고했던 것처럼, 각 부재에 어떤 힘이 작용하는 지를 알아볼 차례이다. 먼저 하중과 힘의 관계를 정리하자면, 하중 load이 구조 시스템 밖에서 가해지는 외력이라면 힘 force은 이로 인해 시스템 안에서 생기는 내력이다. ¹ 구체적으로, 건물에 하중이 작용을 하고, 이 하중은 부재에 따라 특정한 힘으로 변환된다. 그리고 그 힘의 종류에 따라 힘에 응답하는 응력의 종류가 달라진다. 부재에 작용하는 응력은 대단히 복합적이지만, 구조 계산을 위해서는 가해지는 힘들을 나누어서 생각해볼 필요가 있다. 힘은 크게 다섯가지 종류로 나뉜다. 축방향력(Axial force) 의 인장력(Tensile force) 과 압축력(Compressive force) 축과 수직으로 작용하는 전단력(She..

들어가면서 결국 구조 계산의 목표는 부재에 작용하는 힘의 평형을 이루는 것이다. 그렇다면 각 부재에 어떤 힘이 작용하는 지를 알아야한다. 이 이야기는 본격적인 구조 계산에 직결되는 이야기들로, 그 전에 힘을 표현하고 읽는 단위에 대해서 알아보려고 한다. 건축 구조는 계산 공식을 이루는 단위의 상태들만 잘 파악해도 계산 개념을 잘 파악할 수 있기 때문에 단위를 세심하게 살펴보는 것이 구조 계산의 팁이라고 할 수 있다. (1) 힘 (Force) 의 단위 힘의 국제 표준 단위는 N이라고 쓰고 "뉴턴"이라고 읽는다. ex. 1N, 9.8N 등 (2) 힘 (Force) 의 뜻 그렇다면 우리가 1N 이라고 쓴다면 그건 무엇을 의미하는 것일까? 학교 물리학 시간에 배운 아주 대표적인 공식을 하나 떠올려 보자. F =..

들어가면서 지난 챕터에서 우리는 변형과 파괴가 각각 무엇인지에 대해서 알아보았다. 잠시 복습해보자면 변형은 재료가 외부의 힘을 내부에서 소화하면서 벌어지는 변화였고, 파괴는 변형의 극단에서 재료가 힘을 버티지 못하고 끊어지거나 부수어지는 것을 뜻했다. 오늘은 변형과 파괴의 양상에 대한 이야기를 해보려고 한다. (1) 탄성과 소성 (Elsatic and Plastic) 탄성: 변형은 있으되 힘만 제거되면 원상태가 회복되는 성질 소성: 파괴되지는 않지만 힘이 제거된다고 해도 원상태로 회복되지는 않는 성질 모든 재료는 정도의 차이가 있겠지만 일정 정도의 탄성을 가지고 있다. 오른쪽의 그래프는 응력-변형율 그래프로, 탄성 고체에 외력을 가했을 때 나오는 선도이다. 그래프에 따르면 응력이 높아져도 변형률의 정도가..

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 ..

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 중..

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..

들어가면서 이제 하중이 무엇인지에 대해 알았다. 그다음으로 중요한 구조 계산의 기본기는 무엇일까? 바로 응력이다. 응력은 영어로는 스트레스라고 한다. 스트레스가 외부 상황에 의해 우리가 받는 피로라고 한다면 좀 더 직관적인 용어라고 할 수 있겠다. 하중이 외부에서 구조물에 전달된 힘이었다면, 구조물은 전달된 힘을 어떻게든 처리해야 하는 상황이다. 이 상황에서 구조물이 선택할 수 있는 선택지는 두 가지이다. 하나는 견디는 것이고, 다른 하나는 붕괴되는 것이다. 만약 구조물이 견딘다고 생각을 해보자. 이 선택지에서 구조물은 어떤 상태인 걸까? (1) 응력의 정의 구조물은 외부로부터 받은 하중을 내부에서 소화하여 최종적으로 힘이 전달되어 해소되도록 열심히 일하고 있는 중일 것이다. 이렇게 내부에서 힘을 소화하..

들어가면서 모든 건축 구조 계산의 가장 첫 단추는 하중을 구하는 것이다. 건물에는 여러 하중이 작용한다. 건축 구조를 계산할때는 건축물에 작용하는 여러 하중들을 도식화하고, 재조합하는 작업이 필요하다. 그러나 건축물의 파사드에 작용하는 하중은비교적 간단한 편이다. 밑에서 다루겠지만, 파사드 설계시에 주로 고려하는 하중은 자중과 풍하중 정도이다. 지붕을 설계할때는 설하중도 고려한다. 최근에는 내진설계가 일반화됨에 따라 파사드의 내진 설계 또한 법적으로 요구하고 있다. 이때는 지진하중을 생각해야 한다. 이번 글에서는 건축물의 구조 계산시에 가장 기초가 되는 하중의 정의와 종류에 대해서 개괄적으로 알아본다. 매뉴얼의 1번 챕터는 뒤이어 나올 2,3번 챕터의 기본기라고 생각하면 된다. (1) 하중의 정의 하중은..