세장비 (slenderness ratio)
쉽게 풀면
세장비는 기둥의 유효길이를 단면의 회전반경으로 나눈 값입니다. 같은 굵기라도 길이가 길수록, 같은 길이라도 단면이 가늘수록 이 값이 커집니다. 값이 크면 기둥이 재료의 강도를 다 쓰기도 전에 옆으로 휘어져 무너지는 좌굴이 먼저 일어납니다. 그래서 구조설계에서는 기둥 단면을 정할 때 세장비를 먼저 확인합니다.
왜 중요한가
세장비는 기둥이 '강도로 지배되는가, 좌굴로 지배되는가'를 가르는 기준이어서 기둥 설계의 출발점이 됩니다. 설계기준에서는 세장비 한계값을 정해 두고 그 이상이면 좌굴을 고려한 별도의 저감계수를 적용하도록 하고 있습니다. 층고가 높은 공간이나 가느다란 철골 기둥을 다루는 연구에서 반복해서 등장하는 지표입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
세장비가 커지면 파괴 양상 자체가 강도 파괴에서 좌굴로 바뀐다는 점을 보여주는 문장입니다.
설계 조건(층고)이 바뀌면 세장비를 통해 단면 크기가 달라진다는 실무적 관계를 다룬 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
세장비는 유효길이를 단면2차반경으로 나눈 값이며, 유효길이는 기둥 양단의 구속 조건에 따라 달라집니다. 양단이 핀접합에 가까우면 유효길이가 길어져 세장비가 커지고, 강접합이면 짧아져 유리해집니다. 또한 x축과 y축의 단면 성질이 다르면 두 방향의 세장비를 각각 구해 큰 쪽이 설계를 지배합니다. 벽이나 가새로 기둥의 중간을 잡아 주면 유효길이가 줄어들어 같은 단면으로도 더 큰 하중을 버틸 수 있습니다.
주의할 점
세장비는 좌굴 위험을 판단하는 형상 지표일 뿐, 기둥이 실제로 견디는 힘을 바로 알려 주지는 않습니다. 재료 강도와 하중 조건까지 함께 넣어야 좌굴하중이 계산되므로, 세장비가 작다고 해서 안전이 보장되는 것은 아닙니다.