[건축 구조 – 힘의 평형]아는 게 힘이다! 건축물을 둘러싼 수많은 힘

세계에서 가장 하늘에 가까운 부르즈 칼리파, 광활한 바다를 가로지르는 인천대교!  이러한 건축물들을 보면 아슬아슬해 보이면서도 무너지지 않고 튼튼히 서있는 것이 참 대단한데요. 이렇게 건축물이 안정적으로 서있을 수 있는 이유는 건축물이 가지고 있는 안정적인 구조 때문입니다.

 

이번 포스트에서는 건축 구조에 가해지는 여러 힘과 이 들이 이루는 힘의 평형에 대해 이야기 하고자 하는데요. 알고 보면 어렵지 않은 건축 구조의 힘 이야기! 지금 바로 시작해보겠습니다. XD

구조물을 서있을 수 있는 이유! 힘의 평형

 

힘의 평형은 사물에 가해지는 힘의 합이 0인 상태를 의미합니다. 힘의 합이 0이기 때문에 사물이 안정적인 상태라고 할 수 있는데요. 

이 평형 중에서도 움직이지 않는 평형상태를 정적 평형상태라고 합니다. 건축물들은 자칫하면 무너질 수 있기 때문에 구조적으로 정적 평형상태를 유지하는 것이 굉장히 중요하겠죠? B-)

힘이 평형을 이루기 위해선 구조물의 내력과 외력 모두 평형을 이루어야 합니다. 외력은 구조물의 외부에서 가해지는 힘들을 의미하고, 내력은 외력으로 인해 부재 단면에 생기는 힘을 말하는데요. 이 두 힘에 대해 더 자세히 알아볼까요?  

안정적 구조의 조건 1. 외력의 평형

(1) 하중

건축물에는 수많은 힘이 작용하고 있습니다. 예를 들어 아파트를 생각해 보면, 아파트 자체의 무게와 아파트 내부에서 발생하는 힘이 작용하고 있는데요. (가구, 움직이는 사람 등) 이러한 힘들을 외력 또는 하중이라고 합니다.

하중에는 움직이지 않고 영구적으로 작용하는 하중인 고정하중, 사람과 가구처럼 움직일 수 있는 활하중, 바람으로 인해 생기는 풍하중, 지진으로 인한 지진하중 등이 있습니다. 용어가 어려우시다면, 하중은 건축물의 무게라고 생각하시면 쉽습니다.

* 무게는 내력으로 볼 수 있지 않나요?

>> 무게는 중력이 있기 때문에 생기는 힘 입니다. 때문에 내부가 아닌 외부에서 가해지는 힘인 외력에 속하는 것이죠!

(2) 반력 

지면을 향해 가해지는 하중만 존재한다면 건축물이 계속해서 땅 속으로 파고 들겠죠? 하중에 대해 평형을 유지시켜주는 힘이 바로 반력 입니다.

반력은 지면에 작용되는 하중에 반작용하여 생기는 힘으로, 학창 시절 배웠던 작용 반작용 법칙을 생각하면 쉽게 이해되실 거에요! :D

안정적 구조의 조건 2. 내력의 평형

(1) 인장력과 압축력

앞서 말했듯 내력은 외력으로 인해 부재 단면에 생기는 힘을 의미합니다. 대표적으로 인장력과 압축력이 있는데요. 예를 들어 어떤 봉을 양쪽에서 잡아 당겼을 때 생기는 힘을 인장력, 서로 밀었을 때 생기는 힘을 압축력 이라고 합니다. 이들 모두는 외부에서의 힘이 없다면 당연히 생기지 않는 힘이기에 내력에 속하는 것이 맞겠죠?

* 내력에는 인장력과 압축력 외에도 부재를 수직,수평으로 자르려는 힘인 전단력과 부재의 휨을 발생하게 하는 휨 모멘트 등이 있습니다.

(2) 응력

인장력이나 압축력이 계속 된다면 구조물이 찢어지거나 쭈그러들 것 입니다. 때문에 내력의 평형을 이루기 위해 이에 응하는 응력이 생기게 되는데요. 인장력에 대해선 인장응력이 압축력에 대해서는 압축응력이 발생하게 됩니다. 덕분에 구조의 내력이 평형 상태를 유지할 수 있는 것이죠!

외력과 내력, 모두 중요하다!

이렇게 건축물에 작용하는 외력과 내력이 서로 평형을 이루기 때문에 건축물이 안정적으로 서있을 수 있는 것입니다. 외력의 평형과 내력의 평형이 어느 하나라도 깨진다면 건축물에 손상이 갈 수 있겠죠? 

지금까지 삼성물산 건설부문에서는 건축물을 둘러싼 여러 힘과 힘의 평형에 대해 이야기 했습니다. 대수롭지 않게 지나쳤던 수많은 건축물들도 그 안에는 여러 힘이 서로 평형을 이루고 있다는 사실이 정말 놀라운데요. 이렇게 우리 주변에 사소한 것들에 담겨진 구조적 원리를 더 찾아보는 것도 좋을 것 같습니다! XD 

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