케이블의 형태

케이블을 활용하면 기둥 간격을 넓혀 공간을 크게 만들 수 있습니다. 수심이 깊은 강이나 바다에 케이블구조로 교량을 만들면 적은 개수의 기둥으로 긴 거리를 지지할 수 있기 때문에 시공도 용이하고 교량 하부에도 배가 지나다닐 수 있을 만큼 넓은 공간을 확보할 수 있습니다. 케이블은 어떤 형태로 만들어질까요?

 

케이블의 형태

케이블은 힘이 가해지면 팽팽하게 당겨져서 형태가 만들어집니다. 케이블의 형태는 당겨지는 방식에 따라 달라지는데 세 가지 형태로 분류할 수 있습니다. 

사장교(Cable-stayed bridge)는 바닥판을 직접 주각과 연결하는 방식입니다. 메인 케이블을 양쪽 주각에 고정하고 상판을 매단 케이블을 메인 케이블에 연결하면 현수교(Suspension bridge)가 만들어집니다. 이 곡선은 하중에 따라 모양이 약간 달라지는데 거미줄처럼 자중만으로 케이블을 따라 등분포하중이 가해지면 현수선(Catenary)이 되지만, 바닥판을 따라 케이블을 등간격으로 달아매면 포물선(Parabola)이 됩니다.

 

케이블의 형태

 

사장식 건축물

사장교식 구조시스템은 건축물에 그대로 응용될 수 있습니다. 보통 지붕의 하중을 케이블로 직접 당겨서 만들 수 있습니다. 케이블은 기둥을 많이 만들지 않고 긴 경간을 지탱할 수 있습니다. 따라서 전시관이나 체육관처럼 가운데 기둥이 있으면 기능적으로 문제가 되는 넓은 공간을 만드는 데 유리합니다.

 

사장식 건축물

 

케이블구조는 케이블 단면에 인장응력만 발생하기 때문에 비교적 가는 부재로 지탱할 수 있습니다. 같은 축방향 응력이라도 압축은 좌굴을 막기 위해 두껍게 만들어야 합니다. 다만 케이블구조는 케이블의 장력뿐 아니라 안쪽으로 오그라드는 추력에 저항해야 하기 때문에 기초가 육중해집니다([구조디자인] - 케이블 구조의 역학). 

 

현수식 건축물

현수선은 케이블을 따라 연속해서 하중이 가해질 때 만들어집니다. 현수선에 맞추어 지붕재를 설치하면 곡선으로 휘어진 지붕 라인을 만들어 낼 수 있습니다. 그러나 현수선이 지탱하는 무게가 충분히 무겁지 않으면 불안정하게 됩니다. 지붕위로 바람이 세게 불면 상승 압력이 생겨 위로 들릴 수 있습니다. 따라서 현수식 케이블 지붕은 아래로 당겨서 날아가지 않도록 고정해야 합니다. 따라서 현수선 방식은 아래로 오목한 메인 케이블과 위로 볼록한 보조 케이블로 지붕 라인이 형성됩니다.

 

현수식 건축물

사장식이나 현수식 건축물은 케이블이 상대적으로 얇아 보이기 때문에 외관이 경쾌하고 날렵하게 보입니다. 다른 구조시스템은 이런 이미지를 만들기 어렵죠.

 

특수구조 등 구조디자인과 관련된 내용들입니다.

▶ [구조디자인] - 구조시스템의 분류

▶ 케이블 구조의 역학
▶ 케이블과 진동
▶ 케이블 건축물 - 일본 국립 요요기 경기장

 

▶ 보우 빔
▶ 보우 빔을 활용한 건축물

 

▶ 아치구조
▶ 아치구조의 역학
▶ 가우디와 아치
▶ 로마와 반원형 아치
▶ 돔(Dome) 구조 - 펜텐티브와 판테온

▶ 고딕 - 리브 볼트와 첨두 아치
▶ 고딕 - 플라잉 버트레스, 부축벽, 첨탑

 

▶ 쉘(Shell)구조
▶ 쉘구조 건축물

 

▶ 트러스구조
▶ 트러스 건축물 - 퐁피두센터
▶ 트러스 - 스페이스 프레임

 

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