Class 3. 지점의 종류

Class 3

안녕하세요. 정역학 세번째 시간이 다가왔습니다.

저번 시간에는 힘의 분해에 대해서 배워봤는데요,

오늘은 조금 더 건축적으로 들어가서 지점에 대해서 배워보도록 하겠습니다.

​

지점을 영어로 하면 Support라고 합니다.

즉 무언가를 받치고 있는 지지점이라고 할 수 있겠습니다.

다른 말로 하면 "구조물의 하중이 최종적으로 전달되는 곳"이라고 말할 수 있겠네요.

​

지점의 종류에는 고정단(Fixed end), 회전단(Hinged end), 이동단(Roller end)

이렇게 3가지 종류가 있습니다.

각각을 그림으로 표현하는 방법은 다음과 같습니다.

고정단, 회전단, 이동단 이외의 또 하나의 지점이 있다고 한다면

그것은 바로 자유단(Free end)일 것입니다.

자유단은 어떠한 지지점도 없는 지점이며

그림으로 표현할 때에도 아무런 표시도 하지 않습니다.

즉 위의 고정단 그림에서

왼쪽은 고정단, 오른쪽은 자유단으로 형성되어 있다고 할 수 있습니다.

​

지점은 하중을 최종적으로 전달 받는 곳으로,

지점에는 하중에 대한 반력이 생기게 되는데

지점반력을 설명하기 전에 하중이란 무엇이고

건축물의 대표적인 부재에는 무엇이 있는지부터 알고 가겠습니다.

​

하중이란?

하중이란 물체에 작용하는 외부의 힘으로서 외력이라고도 할 수 있습니다.

저희가 힘의 평형에서 배웠던 수평으로 작용하는 힘은 수평 하중,

수직으로 작용하는 힘은 수직 하중,

모멘트로 작용하는 힘은 모멘트 하중이라고 할 수 있습니다.

그 이외에도 고정된 하중인지, 값이 바뀌는 하중인지에 따라

고정하중, 활하중이라고 나누기도 하고

하중을 주는 대상에 따라서 적재하중, 풍하중, 설하중 등으로 나누기도 합니다.

더욱 자세한 것은 하중 편에서 다루기로 하겠습니다.

지금은 일단 수평 하중, 수직 하중, 모멘트 하중만 알고 계셔도 충분합니다.

또한, 하중은 작용하는 범위나 형태에 따라

집중 하중, 등분포 하중, 등변분포 하중 등으로 나눌 수 있습니다.

집중 하중은 임의의 점으로 작용하는 하중이고

등분포 하중은 일정한 하중으로 범위를 가지고 분포하는 하중이고

등변분포 하중은 어떤 범위에서 하중의 크기가 변하면서 분포하는 하중입니다.

그림으로 표현하면 다음과 같습니다.

집중하중은 임의의 점으로 작용하는 하중이고

대각선으로 작용하는 힘들은 저번시간에 배웠던

힘의 분해를 이용하여 수평하중, 수직하중으로 나누어 계산하면 됩니다.

등분포 하중은 어떤 범위에서 일정한 힘으로 작용하는 하중으로

보통 kN/m로 표현합니다.

kN/m는 m당 가해지는 힘을 의미하는 단위로 등분포 하중의 총합을 구하기 위해서는

빨강색으로 빗금친 부분의 면적, 즉 직사각형의 면적을 구하면 됩니다.

3kN/m가 3m에 걸쳐서 작용하고 있으므로 3 X 3 = 9kN이 되고

이 9kN의 힘은 직사각형의 무게중심인 3 X 1/2 = 1.5m에서 작용하게 됩니다.

이 9kN을 집중하중처럼 생각하고 계산하시면 되는겁니다.

등변분포 하중은 어떤 범위에서 하중의 크기가 변해가면서 작용하는 하중으로

등분포 하중과 똑같이 kN/m로 표현합니다.

등변분포 하중의 총합을 구하기 위해서는

빨강색으로 빗금친 부분의 면적, 즉 삼각형의 면적을 구하면 됩니다.

w = 3kN/m라고 쓰여져 있는 것은 삼각형의 높이를 나타내고

삼각형 밑변의 길이는 3m이므로

3 X 3 X 1/2 = 4.5kN이 되는 것입니다.

이 4.5kN의 힘은 삼각형의 무게중심인

삼각형 밑변(3m)의 2/3지점에서 작용하게 됩니다.

​

건축물의 대표적인 부재

건축물에서 대표적인 부재에는 '보'와 '기둥'이 있습니다.

기둥은 많이 들어보셨겠지만 보는 처음 들어보시는 분들이 많으실 것 같습니다.

기둥이 수직으로 서 있는 수직 부재라면, 보는 수평 부재입니다.

보는 기둥과 기둥을 연결하는 큰보(Girder)와

보와 보를 연결하는 작은보(Beam)으로 나뉩니다.

\

여기서 초록색으로 된 부재는 기둥이고

기둥과 기둥을 이어주는 파랑색 부재를 큰보라고 하며

큰보와 큰보를 이어주는 빨강색 부재를 작은보라고 합니다.

​

보와 기둥을 "선 부재"라고 하고

벽이나 바닥판 같은 부재를 "면 부재"라고 합니다.

​

보의 이름은 보를 지지하고 있는 지점의 종류에 따라서 이름이 바뀌게 되는데요,

보의 양단의 지점이 회전단, 이동단이라면 '단순보'라고 부르고

보의 한쪽이 고정단이고 다른 한쪽은 자유단이라면 '켄틸레버 보'라고 부릅니다.

이제 하중과 부재에 대한 설명이 모두 끝났으니

드디어! 지점반력에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

​

다른 하중들은 모두 무시하고 어떤 건축물에 중력만 작용한다고 생각해봅시다.

이 건축물은 중력을 어떻게 이겨내야 할까요??

중력은 밑으로 향하고 있으니까 딱 중력만큼의 힘을 위로 주게되면

합이 0이 되서 건물이 서 있을 수 있게 됩니다.

그런데 건축물이 스스로 중력에 반하는 힘을 만들어낸 것일까요??

정답은 ( X )입니다.

그 힘은 바로 지점에서 자연적으로 생기는 지점반력인 것입니다.

지점에서는 구조물의 힘의 평형을 이루기 위해서 하중에 반하는 힘이 생성되는데

이것을 지점반력이라고 합니다.

뉴턴의 제 3법칙인 작용-반작용 법칙을 생각하시면 쉬울 것입니다.

​

지점반력은 지점의 종류에 따라서 종류도 바뀌게 됩니다.

고정단은 회전하는 것도 고정, 수평이동도 고정, 수직이동도 고정되어 있으므로

고정단에서는 모멘트 반력, 수평 반력, 수직 반력이 생길 수 있습니다.

회전단은 회전하는 것은 풀어준 것이고 수평이동, 수직이동은 고정시켜 놓은 것이므로

회전단에서는 수평 반력, 수직 반력이 생길 수 있습니다.

이동단은 회전하는 것과 수평이동을 풀어주고 수직이동은 고정시켜 놓은 것이므로

이동단에서는 수직 반력만 생기게 됩니다.

다시 말하면, 고정단에서는 3개, 회전단에서는 2개, 이동단에서는 1개의 반력이 생길 수 있다는 것입니다.

​

오늘은 여기까지 해서 포스팅을 마치도록 하겠습니다.

다음 시간에는

"지점 반력" 편으로 집중하중, 등분포 하중, 등변분포 하중이 구조물에 가해졌을 때

각각의 지점 반력을 구해보도록 하겠습니다.

​

따로 질문이 있으신 분은 방명록에 질문을 올려주시면 대답해드리겠습니다.

"댓글과 공감은 저에게 많은 힘이 됩니다."

"공감 버튼 한 번씩 꾹 눌러주시고 댓글도 많이 달아주세요~~"

오늘도 밍밍한 공부방을 들려주신 여러분께 감사드리며

다음시간에 만나도록 하겠습니다~~