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강–약 설계(Capacity Design) 구조 설계에서 가장 어려운 질문 중 하나는 이것이다. “모두를 강하게 만들 수 없다면, 무엇을 먼저 지켜야 하는가?” 현실의 구조물은 재료, 비용, 시공성이라는 한계 안에서 만들어진다. 모든 부재를 동일하게 강하게 만드는 것은 비효율적일 뿐 아니라, 오히려 재난 상황에서 더 위험한 결과를 낳을 수 있다. 강–약 설계는 이 현실을 정면으로 받아들인다. 즉, 구조물 전체의 강도를 무작위로 키우는 대신, 어떤 부재는 반드시 버티게 하고, 어떤 부재는 먼저 항복하도록 의도하는 설계 전략이다. 이 개념의 핵심은 강도의 크기가 아니라, 강도의 위계다. 지진이나 극한 하중이 작용하면 구조물 내부에서는 항복이 가장 약한 지점부터 시작된다. 이때 모든 부재가 비슷한 강도를 가지고 있다면, 항복은 예측할 수 없는 위치.. 2025. 12. 18.
붕괴 메커니즘(Collapse Mechanism) 구조물은 한순간에 갑자기 무너지지 않는다. 겉으로 보기에는 멀쩡해 보이다가도, 그 내부에서는 이미 명확한 붕괴의 순서가 진행되고 있다. 이 순서를 이해하지 못하면, 설계자는 구조의 실패를 “예상 밖의 사고”로 받아들이게 된다. 하지만 재료역학과 구조공학의 관점에서 붕괴는 우연이 아니다. 붕괴는 미리 정해진 경로를 따라 진행되는 구조적 시나리오이며, 이 시나리오 전체를 우리는 붕괴 메커니즘(Collapse Mechanism)이라고 부른다. 즉, 구조물이 어떤 부재부터 항복하고, 그 항복이 어떻게 다른 부재로 전이되며, 어느 지점에서 더 이상 하중을 전달하지 못하게 되는가에 대한 이야기다. 앞선 글에서 다룬 소성 힌지는 붕괴 메커니즘의 출발점이다. 하중이 증가하면서 한 지점에 소성 힌지가 형성되면, 구조.. 2025. 12. 17.
소성 힌지(Plastic Hinge) 구조물이 하중을 받을 때 가장 이상적인 상태는 모든 부재가 탄성 범위 안에서 거동하는 것이다. 하중이 사라지면 원래 형태로 돌아오고, 흔적도 남지 않는다. 하지만 지진처럼 극단적인 하중에서는 이 상태를 끝까지 유지하는 것이 거의 불가능하다. 어느 순간 응력은 항복점을 넘고, 재료는 소성 변형에 들어간다. 이때 구조 전체가 무작위로 망가지는 대신, 특정 위치에서 변형이 집중되도록 만든 개념이 바로 소성 힌지(Plastic Hinge)다. 소성 힌지는 구조가 실패하기 직전의 현상이 아니라, 실패를 피하기 위해 의도적으로 허용된 변형의 형태라고 보는 것이 더 정확하다. 소성 힌지가 형성된다는 것은 그 지점이 회전하기 시작한다는 뜻이다. 마치 문이 경첩을 중심으로 열리듯, 부재의 한 구간에 변형이 집중되면서 다.. 2025. 12. 17.
허용 손상(Damage Acceptance) 구조 설계를 처음 접하는 사람에게 “일부러 망가지는 구조”라는 말은 직관에 반한다. 보통 우리는 구조물이 손상 없이 버티는 것을 이상적인 상태로 생각한다. 하지만 지진이나 대형 충격 같은 극한 상황에서는 아무런 손상도 없이 버틴다는 가정 자체가 비현실적이다. 성능기반 설계가 받아들인 중요한 전제는 이것이다. 구조물은 언젠가 반드시 손상되며, 문제는 손상 여부가 아니라 손상의 위치와 순서, 그리고 그 결과다. 허용 손상이라는 개념은 이 불가피한 손상을 통제 가능한 영역으로 끌어들이기 위한 사고방식이다. 허용 손상의 핵심은 선택이다. 구조물 전체가 무작위로 망가지는 대신, 설계자가 의도한 부위에서 먼저 손상이 발생하도록 유도한다. 이 부위는 구조 전체의 안정성에 치명적이지 않으며, 교체나 보수가 상대적으.. 2025. 12. 17.
성능기반 설계(Performance-Based Design) 구조 설계에서 오랫동안 지배적이었던 질문은 단 하나였다. “이 구조물은 주어진 하중을 견딜 수 있는가?” 이 질문은 단순하고 명확하지만, 현실을 모두 담아내지는 못한다. 지진, 폭풍, 충돌 같은 극단적 상황에서 구조물은 설계자가 가정한 하중을 훨씬 넘어서는 조건에 노출되며, 그 순간 구조는 더 이상 ‘견디느냐 못 견디느냐’의 문제가 아니라 어떤 상태로 남느냐의 문제에 직면한다. 성능기반 설계는 바로 이 지점에서 등장한 사고방식이다. 즉, 구조물을 단순한 저항체가 아니라 상황에 따라 다른 행동을 보이는 시스템으로 바라보는 관점이다. 기존의 설계 방식은 안전율이라는 숫자로 모든 것을 정리하려 했다. 하중에 일정 배수를 곱해도 버티면 안전, 아니면 위험이라는 방식이다. 하지만 이 접근법은 구조물이 실제로 .. 2025. 12. 16.
구조 복원력(Resilience) 지진이 지나간 뒤의 풍경을 떠올려보자. 완전히 붕괴된 건물도 있지만, 겉보기에는 멀쩡해 보이면서도 출입이 통제된 건물도 있다. 반대로 벽에 균열이 조금 생겼을 뿐인데, 며칠 후 다시 사용되는 건물도 있다. 이 차이를 만드는 개념이 바로 구조 복원력(Resilience)이다. 복원력은 단순히 “강해서 안 무너졌다”는 뜻이 아니다. 그보다는 손상을 받아도 기능을 유지하거나, 빠르게 회복할 수 있는 능력에 가깝다. 즉, 재난 이후의 시간을 포함해서 구조를 바라보는 관점이다. 전통적인 구조 설계는 오랫동안 하나의 질문에 집중해 왔다. “이 구조물은 최대 하중을 견딜 수 있는가?” 하지만 현대 공학은 그 질문만으로는 부족하다는 걸 깨달았다. 지진처럼 극단적인 사건에서는 ‘견디는 것’보다 더 중요한 질문이 생긴다... 2025. 12. 16.

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