브레이싱 (bracing)
쉽게 풀면
구조물이 옆으로 흔들리지 않도록 대각선으로 막대를 대는 것이에요. 책장을 앞뒤로 흔들어보면 옆판과 선반만으로는 쉽게 기우뚱거리는데, 뒤판에 대각선 막대 하나를 덧대면 훨씬 덜 흔들리는 것을 느낄 수 있다. 브레이싱은 이 대각선 막대를 건물 골조에 적용해 지진이나 바람에 흔들리지 않도록 잡아주는 역할을 한다. 네모난 기둥과 보 사이에 대각선 막대를 끼워 넣어 삼각형을 만들면, 그 네모 모양이 옆으로 밀려도 잘 찌그러지지 않게 된다.
왜 중요한가
구조물에 수평하중(지진력, 풍하중)이 가해질 때 대각선 부재로 저항력을 보강해 골조의 횡변형을 억제하는 구조요소로, 철골구조와 목구조에서 안정성을 확보하는 핵심 구조설계 기법으로 다뤄진다. 가새는 부재에 압축력과 인장력이 번갈아 작용하므로, 압축을 받을 때 좌굴되지 않도록 단면과 세장비를 함께 검토해야 한다. 가새는 구조 부재의 무게를 크게 늘리지 않고도 수평강성을 확보할 수 있어, 초고층 건물에서도 경제적인 횡력저항 시스템으로 널리 활용된다.
핵심 정리
- 기둥과 보로 이루어진 사각 골조는 옆으로 밀면 평행사변형으로 찌그러집니다. 대각 부재를 넣어 삼각형을 만들면 변형이 부재의 축력(인장·압축)으로 전달되어 적은 재료로 큰 횡강성을 얻습니다. 한국어로는 가새라고 하며 가새 항목도 있습니다.
- 배치 형태로는 단일 대각, X자, V자·역V자(chevron) 등이 쓰이는 중심형 가새, 보의 일부(링크)를 일부러 항복시켜 에너지를 소산하는 편심 가새(Popov & Engelhardt, 1988), 압축에서도 좌굴하지 않도록 심재를 구속한 좌굴방지가새가 있습니다.
- 횡하중이 양방향으로 번갈아 작용하므로 가새는 인장과 압축을 번갈아 받습니다. 압축을 받을 때는 좌굴이 설계를 지배하고, 세장비 KL/r이 클수록 압축 내력이 급격히 떨어집니다(Salmon, Johnson, & Malhas, 2009).
- 강접합 골조(라멘구조)와 달리 접합부를 강하게 하지 않고도 횡강성을 확보할 수 있는 대신, 대각 부재가 창이나 출입구 같은 개구부 계획과 겹칠 수 있습니다.
- 내진 설계에서 가새골조의 성능은 가새의 좌굴과 접합부의 파단 순서, 연성 확보 방식에 크게 좌우되며, Bruneau 등(2011)은 강구조의 연성 설계 관점에서 이를 체계적으로 설명합니다. 내진 일반은 내진설계를 참고하세요.
예시로 보기
층 높이 3.6 m, 기둥 간격 6.0 m인 한 칸에 대각 가새 하나가 층 전단력 200 kN을 전부 받는다고 단순화해 계산한 값입니다(가상의 예, 코드로 계산, 접합부와 하중계수는 무시).
| 항목 | 계산 | 값 |
|---|---|---|
| 대각 길이 | √(3.6² + 6.0²) | 약 6.997 m |
| 수평선과의 각도 θ | arctan(3.6 ÷ 6.0) | 약 31.0° (cos θ ≈ 0.8575) |
| 가새 축력 | 200 ÷ cos θ | 약 233.2 kN |
| 가새 축력의 수직 성분 | 233.2 × sin θ | 약 120 kN (= 200 × 3.6 ÷ 6.0) |
| 세장비 KL/r (K = 1, r = 45 mm 가정) | 6,997 ÷ 45 | 약 155.5 |
| 탄성 오일러 좌굴응력 (E = 200 GPa) | π²E ÷ (KL/r)² | 약 81.6 MPa |
가새가 받는 힘은 수평력보다 크고(233.2 kN > 200 kN), 수직 성분은 가새가 연결된 기둥으로 전달됩니다. 또 같은 단면이어도 세장비가 크면 탄성 좌굴응력이 구조용 강재의 항복강도(수백 MPa 수준)보다 훨씬 낮아서 압축 쪽 가새는 항복 전에 좌굴한다는 점이 드러납니다.
자주 하는 오해
| 오해 | 바로잡기 |
|---|---|
| 가새는 인장만 받는다. | 횡력이 양방향으로 번갈아 작용하므로 한쪽 대각은 압축을 받습니다. 인장만 받도록 가는 부재로 설계한 방식도 있으나, 그 경우에는 그에 맞는 별도 검토가 필요합니다. |
| 가새를 많이 넣을수록 안전하다. | 가새가 한쪽에 몰리면 강성의 중심이 치우쳐 비틀림이 생길 수 있고, 개구부와 동선도 제약됩니다. 배치는 구조와 건축 계획의 조율 결과입니다. |
| 가새는 전단벽과 같은 시스템이다. | 둘 다 횡력저항요소이지만 전단벽은 면 부재가 전단 변형으로, 가새는 선 부재가 축력으로 저항합니다. |
| 리모델링 때 가새는 비구조 부재라 떼어도 된다. | 가새는 횡하중 저항 경로의 일부여서 임의로 철거하면 건물의 횡력 저항이 크게 줄 수 있습니다. |
논문에서는 이렇게 쓰입니다
실제 논문에서
이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.
예시 문장
아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.
X자형 브레이싱을 통해 철골 프레임의 횡강성을 확보한 내진 보강 방식을 설명한다.
압축 시 좌굴을 방지하도록 개선한 브레이싱이 반복적인 지진 흔들림에서도 안정적인 성능을 유지함을 보여주는 결과이다.
조금 더 깊게 보면
브레이싱은 라멘구조(강접합 골조)에 비해 적은 부재로도 강한 횡력 저항성을 제공하지만, 대각선 부재가 공간 활용과 개구부 배치를 제약할 수 있어 건축계획과 구조계획 사이의 조율이 필요한 요소로 다뤄진다. 가새는 기둥과 보로 이루어진 사각 골조에 대각선 부재를 추가해 삼각형 형태로 만듦으로써 수평하중에 의한 변형을 억제하는 원리로, 강접합 없이도 라멘구조에 준하는 수평강성을 확보할 수 있다.
주의할 점
브레이싱은 배치 위치에 따라 건축 계획상 창호나 출입구 위치와 충돌할 수 있어, 구조 계획 초기 단계부터 건축 계획과 조율이 필요하다.
가새가 배치된 골조에서는 가새 부재를 임의로 철거하거나 절단하면 수평하중에 대한 저항 능력이 크게 줄어들 수 있어 리모델링 시 각별한 주의가 필요하다. 가새를 창이나 출입구 위치에 배치하면 개구부 계획과 충돌할 수 있어 건축 평면과 사전 조율이 필요하다.
헷갈리기 쉬운 용어
| 용어 | 횡력에 저항하는 방식 | 특징 |
|---|---|---|
| 가새(브레이싱) | 대각 선 부재의 축력 | 적은 재료로 강성 확보, 개구부 제약 |
| 좌굴방지가새 | 압축에서도 좌굴하지 않고 항복하는 가새 | 에너지 소산 성능이 안정적 |
| 전단벽 | 면 부재의 면내 전단 저항 | 강성이 크지만 평면 계획에 큰 영향 |
| 라멘구조 | 기둥-보 강접합의 휨 저항 | 개구부 자유로움, 접합부 비용 |
| 아웃리거구조 | 코어와 외곽 기둥을 수평 부재로 연결 | 초고층의 휨 강성 증대 |
참고 문헌
- Bruneau, M., Uang, C.-M., & Sabelli, R. (2011). Ductile Design of Steel Structures (2nd ed.). McGraw-Hill.
- Popov, E. P., & Engelhardt, M. D. (1988). Seismic eccentrically braced frames. Journal of Constructional Steel Research, 10, 321–354.
- Salmon, C. G., Johnson, J. E., & Malhas, F. A. (2009). Steel Structures: Design and Behavior (5th ed.). Pearson Prentice Hall.
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