힘과 응력 — 구조역학이 쓰는 낱말들

구조역학은 부재에 걸리는 힘과 그로 인한 변형을 다룬다. 응력은 단위면적당 힘으로 인장응력·압축응력·전단응력이 있고 단위는 힘을 넓이로 나눈 N/㎟(MPa)를 쓴다. 변형률은 원래 길이에 대한 변형량의 비이며, 응력과 변형률의 비가 탄성계수다. 힘을 없앴을 때 원래대로 돌아가면 탄성, 변형이 남으면 소성이라 하고 그 경계가 항복점이다. 부재에 걸리는 힘은 축력·전단력·휨모멘트로 나뉘며, 단순보에서는 전단력이 단부에서 최대이고 휨모멘트가 중앙에서 최대다. 그래서 늑근은 단부에 촘촘히, 주근은 중앙 하단에 많이 넣는다. 연속보에서는 지점 위쪽이 인장을 받아 주근을 위에 넣으므로 단순보만 생각하면 정반대로 배근하게 된다. 좌굴은 가늘고 긴 부재가 압축을 받아 옆으로 휘는 현상으로 길이가 길수록 잘 생기며, 기둥의 띠철근이 주근을 붙들어 그 휘는 길이를 짧게 끊는 것이 좌굴을 막는 방법이다. 지반의 허용지내력은 면에 작용하는 힘이라 kN/㎡ 단위를 쓴다.

역학의 낱말은 단위가 뜻을 말해 준다. kN은 힘 자체, kN·m는 모멘트, kN/m는 선하중, kN/㎡는 면하중과 응력, kN/㎥는 단위중량이다. 단위만 보고도 그 값이 무엇을 재는지 가릴 수 있으면 낯선 문제에서도 방향을 잃지 않는다. 그리고 「휨은 중앙, 전단은 단부」라는 한 줄이 철근 배근의 거의 모든 규정을 설명한다는 점도 함께 붙잡아 두어야 한다.