구조물 비틀림강성 (torsional stiffness)
쉽게 풀면
구조물이 비틀리는 힘에 얼마나 잘 버티는지를 나타내는 정도예요. 두꺼운 고무막대와 얇은 고무막대를 양손으로 비틀어 보면 두꺼운 쪽이 훨씬 덜 돌아가는 것을 느낄 수 있는데, 이렇게 비트는 힘에 저항하는 정도가 비틀림강성이다. 건물에서는 코어나 전단벽처럼 평면상 강한 부재가 이 저항력을 주로 담당한다. 건물이 지진이나 바람을 받았을 때 한쪽으로 쏠려 비틀리지 않고 얼마나 잘 버티는지를 나타내는 값이다.
왜 중요한가
건물이 비틀림 하중을 받았을 때 이에 저항하는 정도를 나타내는 구조적 특성으로, 평면상 편심이 있는 건물에서 지진 시 발생하는 비틀림 응력을 제어하는 데 핵심적인 내진설계의 검토항목으로 다뤄진다. 비틀림강성이 부족한 건물은 지진 시 코어에서 먼 쪽 모서리 기둥에 예상보다 훨씬 큰 변위와 힘이 집중되어, 그 부분부터 손상이 시작되는 경우가 많다. 비틀림강성은 평면 형상이 정사각형이나 원형에 가까울수록 자연스럽게 커지는 경향이 있어, 평면 형태 자체가 비틀림 성능에 영향을 준다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
코어를 중앙에 배치해 비틀림강성을 높이고 비틀림 응답을 저감한 계획 전략을 설명한다.
비틀림강성을 높이려면 평면 중심뿐 아니라 외곽부 강성 요소 배치도 함께 고려해야 함을 보여주는 결과이다.
조금 더 깊게 보면
비틀림강성이 부족한 건물은 지진 시 단순한 수평이동뿐 아니라 회전운동까지 겪게 돼 특정 부위에 응력이 집중되므로, 구조계획 단계에서 코어와 내력벽을 평면 전체에 균형있게 배치해 비틀림강성을 확보하는 것이 중요한 설계원칙으로 다뤄진다. 비틀림강성은 평면상 저항요소를 외곽에 고르게 배치할수록 커지며, 비틀림강성이 부족한 건물은 지진 시 평면 가장자리 부재에 예상보다 큰 힘이 집중되어 국부적 손상이 발생하기 쉽다.
주의할 점
비틀림강성은 개별 부재의 강성뿐 아니라 평면 전체의 강성 요소 배치에 따라 결정되므로, 개별 부재 보강만으로는 전체 비틀림강성을 충분히 확보하지 못할 수 있다. 비틀림강성을 높이기 위해 전단벽을 평면 외곽에 배치하는 것이 유리하지만, 이는 건축 계획상 개구부 위치나 조망 확보와 상충할 수 있어 구조와 건축 계획의 협의가 필요하다.