강도계산과 구조계산의 차이점

제목 : 강도 계산(Mechanical Calculation)과 구조 계산(Structure Calculation)의 차이점

 

 

현업을 수행하다 보면 많은 사람들이 ‘강도 계산’과 ‘구조 계산’의 차이에 대한 혼돈을 하는 경우를 볼 수 있다. 필자는 이 둘의 수행 범위와 그 특성에 대한 차이점을 정리하고자 한다.

 

먼저, ‘강도 계산’은 영문으로 Mechanical Calculation 또는 Strength Calculation ‘구조 계산’은 Structure Calculation이라고 한다. 여기에서 Mechanical라는 용어의 학문적 분류를 따져보면 기계(Machine)의 의미가 아닌 ‘역학’이라는 뜻에 해당된다. 물론 영어 사전 중 기계에 관한 의미 해석이 되어있는 경우도 있으나, 엄밀히 말하면 Mechine(기계)는 형용사적인 뜻으로 사용되며 결코 기계(Mechine)라는 명사적인 뜻은 아니다. 다시 말하면, Mechanical 용어는 명확하게 ‘기계의 역학적인’ 뜻으로 사용하는 것이 맞는 말이다. 따라서, Mechanical 라는 용어는 기계역학으로 해석하는 것이 보다 정확한 표현이며 간단히 “강도계산”으로 사용된다. 그렇다면 구조계산으로 사용하는 Structure Calculation용어는 무슨 뜻이며, 강도계산과 어떤 차이가 있는지 보다 상세하게 살펴보자.

 

‘구조 계산’은 흔히 강구조물에서 사용된다. 강구조물은 특화된 구조가 아니고, 설계자(기계 엔지니어 또는 건축사(건축구조) 분야 기술자가 강구조를 보다 경제적이고 안정적인 구조로서 구현할 수 있도록 구조적인 설계를 수행하는 용어로 사용된다. 즉, 기계분야의 특화된 공작물 또는 건축물이 아닌 경우가 여기에 해당된다. 반면에 기계 분야의 공작물은 대부분이 특화된 구조물로서 설계자의 임의의 구조 변경이 불필요하며 구조물에 대한 구조역학적인 사항을 만족하는 여부를 확인하는 절차를 말한다. 따라서 강도 계산은 대부분이 법령 또는 해당 규격별로 계산 과정이 수식으로 주어져 있어 구조적으로 고려할 필요가 없는 것이 특징이다. 예를 들어 미국기계학회(ASME), 또는 국내법규(가스공사, 에너지관리공단)에 따라 압력용기 강도계산 등이 여기에 해당된다. 이와 같이 압력용기 강도계산은 규정에 따라 수행하듯이 설계자가 임의의 역학적인 수식을 만들어서 수행할 필요가 없으며 상대자가 인정을 하지 않는 것이 특징이다.

 

반면에 구조물은 구조물의 형상을 어떻게 할 것인지 구조계산 기술자가 결정할 수 있다. 예를 들어 구조물을 트러스 형상으로 할 것인지 라멘구조로 할 것인지는 구조 설계자가 결정할 수 있는 것이 특징이다. 이와 같이 공작물 또는 건축물의 구조 형상을 결정하는 과정이 구조계산 범위에 포함되면 “구조계산“이라고 하고, 반면에 구조 형상이 이미 결정된 형상일 경우는 관련 규정에 따라 강도계산을 수행하면 되는데 간단히 이것을 강도계산과 구조계산의 차이점이라고 보면 된다. 물론 구조계산 범위 내에 KDS(한국설계표준), KBC(한국건축설계기준)와 같은 관련 규정도 있으나 이러한 규정은 구조 형상에는 크게 관련이 없으며 구조계산의 과정에 포함된 규정일 뿐이다.

 

따라서, 양자의 수행 범위를 표현하면 구조계산 범위에 강도계산이 포함된 것으로 이해할 수 있다. 즉, 강도 계산을 수행하는 대상물은 구조형상이 이미 결정되었다고 보면 된다. 압력용기 형상을 설계자가 임의로 형상을 결정할 수 없기에 “압력용기 강도계산”이라고 하지 “압력용기구조계산”이라고 하지 않는다.

 

참고로, 강도 계산과 구조 계산의 차이를 재료역학적으로 구분하면 강도와 강성의 차이와 같다.

즉,

- 강도 : 어떤 물체가 하중(외력)을 받을 때 저항하는 정도 (물체의 항복 강도와 관련)

- 강성 : 어떤 물체가 하중(외력)을 받을 때 변형에 저항하는 정도 (물체의 탄성계수와 관련)

 

따라서, 강도 계산은 물체의 저항하는 정도에 중점을 두며, 구조 계산은 물체의 강성에 중점을 두고 있다고 볼 수 있다. 바로 이것이 강도 계산과 구조 계산의 차이점이다.

끝으로, ‘강도 계산’에 해당하는 품목으로는 기계설비 장치기계와 같이 압력용기, 열교환기, 저장탱크 및 사이로, 프레스, 롤러기 등이 있으며, 반면에 강구조물 대부분은 ‘구조 계산’ 대상 품목에 해당된다.

 

㈜피이에스구조기술

대표 류창명(www.pes21.com)