기술사가 알려주는, '캔틸레버' 총정리! (구조, 적용, 사고사례)
오늘은 "캔틸레버 구조"에 대해 포스팅 해보고자 합니다.
본 포스팅에서는 캔틸레버 구조의 정의와, 적용 그리고 사고사례 등에 대해 얘기해보고자 합니다.
캔틸레버란?
캔틸레버는 수평으로 뻗어 있으며 한쪽 끝에서만 지지되는 구조입니다. 일반적으로 벽과 같은 평평한 수직 표면에서 확장되며 단단히 부착되어야 합니다. 다른 구조 부재와 마찬가지로 캔틸레버는 빔, 플레이트, 트러스 또는 슬래브로 형성될 수 있습니다.
캔틸레버는 지지되지 않은 먼 쪽 끝에 구조 하중이 가해지면 하중을 지지대로 전달하여 전단 응력과 휨 모멘트를 가합니다.캔틸레버 구조는 안정성을 위해 토크와 모멘트 평형에 크게 의존합니다.
캔틸레버의 가장 친숙한 예로는, 우리가 흔히들 하는 ‘젠가’를 예로 들 수 있습니다.
어디에 쓰이나요?
1. 교량에서
캔틸레버는 교량에서 널리 사용됩니다. 캔틸레버 교량에서 캔틸레버는 일반적으로 중앙 교각에 고정된 채 양방향으로 지어지며 각 캔틸레버는 한쪽 끝을 지지하는 데 사용됩니다. 소형 인도교의 경우 캔틸레버는 단순한 빔일 수 있지만, 도로 또는 철도 교통을 처리하도록 설계된 대형 캔틸레버 교량은, 구조용 철제 트러스 또는 프리스트레스 콘크리트로 제작된 박스 거더를 사용합니다.
철제 트러스 캔틸레버 교량은 1,500피트(460m) 이상의 거리를 지지할 수 있고, 가설물을 거의 또는 전혀 사용하지 않아 어려운 교차로에서 더 쉽게 건설할 수 있기 때문에 처음 실용화되었을 때 엔지니어링의 획기적인 발전이었습니다.
단순 캔틸레버 경간은 교차해야 할 장애물의 양쪽에서 뻗어 오는 두 개의 'Cantilever Arm'이 중앙에서 만나며 형성됩니다. 일반적인 현수 경간의 중앙부에서는 캔틸레버 암이 직접 만나지 않고 대신 양방향의 캔틸레버 암 사이에 'Suspended Span'을 설치하며 최종적으로 연결됩니다. 현수 경간은 현장 외부에 건설하여 들어 올리거나(Lift-up공법) 크레인을 사용하여 제자리에서 건설할 수 있습니다.
국내 초장대 교량에서 주로 사용하는 공법은 Free Cantilever Method (FCM) 공법으로 보통 불리며, 아래 사진처럼 교각에 고정된 채 한 방향으로 쭉 뻗어 나갑니다.
2. 건축물에서
전통적으로 목조 건물의 캔틸레버를 Jetty라고 합니다. 미국에서는 역사적인 헛간 유형으로 통나무 구조의 캔틸레버 헛간이 있습니다.
독일의 jetty 아래쪽은 장식되어 있으며 윈드브레트(윈드보드)라고 불립니다. 아래 사진은 독일에서 전통적으로 사용하였던 브라켓으로 지지되는 jetty 의 예입니다.
현대 건축 분야에서는 축구경기장에서 캔틸레버 구조를 자주 사용합니다. 리즈유나이티드의 메인 구장인 엘랜드 로드 스타디움의 이스트 스탠드는 완공 당시 세계에서 가장 큰 캔틸레버 스탠드였으며 17,000명의 관중을 수용했습니다.
축구 경기장에서 캔틸레버가 선호되는 이유는 기둥이나 벽체로 지붕을 고정하지 않는 유일한 구조이기 때문입니다.스탠드 위에 지어진 지붕은 캔틸레버를 사용하여 어떤 지지대도 경기장 시야를 가리지 않습니다. 현재 유럽에서 가장 큰 캔틸레버 지붕은 뉴캐슬 유나이티드 FC의 홈구장인 세인트 제임스 파크에 있습니다
3. 기타
또한 캔틸레버는 비행기의 날개등에도 사용이 됩니다. 초기 항공기에는 와이어와 스트럿으로 보강된 가벼운 지지구조가 있었습니다. 그러나 이로 인해 공기 역학적 항력이 발생하여 성능이 제한되었습니다. 캔틸레버는 더 무겁지만 이 문제를 방지하고 비행기가 더 빠르게 비행할 수 있게 해줍니다.
캔틸레버 구조 관련 사고사례
[분당 정자교 붕괴 참사]
이번 캔틸레버 구조 교량 붕괴 사고는 매우 안타까운 사건입니다. 이러한 사건은 인명과 재산의 손실을 초래하며, 건설 산업에 대한 신뢰를 훼손시키고 교통 흐름에 영향을 미치기 때문에 매우 심각한 문제입니다.
캔틸레버 구조는 구성 요소 간의 연결 부재가 없으며, 건축 구조물의 디자인 및 건설에 있어서 매우 유용합니다. 하지만 이 구조는 그만큼 안정성 문제를 안고 있기 때문에 정기적인 유지보수와 검사가 필수적입니다. 이번 사건에서도 균열이 발생했다는 보고가 있었지만, 이에 대한 적절한 대처가 이루어지지 않은 것으로 보입니다.
따라서 건설산업에서는 안전과 유지보수에 대한 노력을 계속해야 합니다. 새로운 건물을 짓는 것 뿐만 아니라, 기존 건물의 안전 유지와 개선을 위한 조치도 중요합니다. 이를 위해 전문기술진들은 구조물 안전에 대한 강화된 기준과 검사 프로토콜을 개발해야 합니다. 또한 건물 소유자와 운영자들도 적극적으로 안전 관리를 수행해야 하며, 정부는 이러한 노력을 지원하고 강제적인 규제도 필요할 수 있습니다.
마지막으로, 이번 사건에서 인명피해가 발생했다는 사실은 매우 안타깝습니다. 피해자와 그 가족들의 마음을 헤아려 주는 동시에, 건설산업의 안전성 확보와 관련된 노력을 더욱 강화해야 할 필요성이 있습니다.
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