삼각형의 집합, 트러스 구조

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[우지혜 기자]

[문화뉴스 MHN 우지혜 기자] 우리는 이것을 하루에 몇 번씩이나 지나치고 건너가며 그 위에서 많은 시간을 보낼 수도 있다. 건물, 교량, 송신탑, 콘서트장 등 우리의 주변에 많이 사용되는 '트러스(Truss) 구조'가 오늘의 주인공이다.

직관적으로 생각했을 때 사각형의 구조물보다 삼각형의 구조물이 기하학적으로 더 안정하다는 것은 상상하기 쉬울 것이다. 각 꼭짓점이 힌지(Hinge)로 연결되어 있다고 가정하면 직사각형의 한 꼭짓점을 손으로 밀면 미는 방향으로 밀린다. 하지만 삼각형 구조물은 어느 꼭짓점을 밀어도 형태의 변형이 생기지 않는다. 이러한 구조적 특성을 이용해서 만들어진 구조를 '트러스(Truss) 구조'라고 한다.

트러스구조의 가장 큰 특징은 휨이나 전단이 생기지 않고 오직 압축과 인장력만 작용한다는 것이다. 휨이 생기지 않으므로 재료의 낭비를 막을 수 있으므로 교량, 기둥, 지붕 등 다양한 곳에서 사용되고 있다. 대표적인 트러스 구조에는 프랫(Pratt) 트러스, 하우(Howe) 트러스, 워런(Warren) 트러스가 있다.

출처: 문화뉴스 DB

보통의 보(Beam)를 생각해보면 양단에 걸쳐져 있어 가운데가 아래로 휘게되고 보 하면에는 인장력이 보 상면에는 압축력이 걸린다. 그리고 이 인장력과 압축력은 보의 축에서 멀어질 수록 커진다. 안전하게 설계하기 위해서는 보에 걸리는 최대 인장력과 압축력이 구조기준에서 요구하는 것보다 작아야 파괴가 일어나지 않을 것이므로 보의 가운데는 재료의 낭비가 발생한다. 따라서 이 보 안에 수직재로 보강을 해서 압축력과 인장력이 양단으로 고르게 전달되도록 하는 것이 트러스 구조의 하중 전달 과정이다.

이러한 구조적 이점때문에 다양한 곳에서 사용되고 있는 트러스 구조의 예시를 살펴보자. 전세계에서 오고가는 사람들을 수용해야하는 국제공항에 넓은 지간(Span)의 천장은 필수적인 요소이다. 인천국제공항에 가면 천장이 트러스구조인 것을 확인할 수 있다.

인천국제공항 천장부 출처: Phillip Stewart

그 다음 가장 아름다운 트러스 구조물 중의 하나로 프랑스 파리의 에펠탑을 꼽을 수 있다. 하단부 아치의 옆을 자세히 보면 바닥에서 정상으로 올라가는 큰 기둥 안의 트러스의 부재 또한 3차원 트러스라는 것을 알 수 있다.

출처: Hippopx

건축을 아름답게 보이기 위해서 공학적으로 꼭 필요하지 않아도 추가하는 장식에는 언제나 비판의 요소가 존재한다. 건물의 가장 근본적인 역할인 하중 지지의 역할을 수행하면서 구조 그 자체로 아름다인 구조미를 자랑하는 트러스 구조는 앞으로도 언제나 우리 곁에서 함께 할 것이다.

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삼각형의 집합, 트러스 구조

트러스구조란?
교량, 기둥, 지붕 등 다양한 곳에서 사용

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