중세 대성당에서 배우는 현대 크레인 아웃리거 안정성

중세 대성당 건축자들은 자신들이 짓는 구조물을 실물 크기 모형으로 활용했습니다. 가해지는 하중에 대한 구조물의 반응은 건축자들에게 설계 조정이 필요하다는 신호로 작용했습니다. "도대체 이게 크레인 작동과 무슨 상관이 있죠?"라고 물으실 겁니다. 잠시만 기다려 주세요. 고딕 성당의 가장 뚜렷한 특징은 아마도 뾰족 아치일 것입니다(그림 1). 이 아치는 추력(thrust)이라고 불리는 수평력으로 중력에 저항하는 기능을 합니다. 이 구조물의 기능은 (크레인의 아웃리거처럼) 하중을 안전하게 지면에 전달하는 것입니다. 이러한 추력과 석재 블록의 무게가 합쳐져 ​​하중이 지면으로 향하는 경로를 따라 추력선이 형성됩니다.

 

추력선

건축가들은 구조물이 커짐에 따라 아치를 지지하는 벽에 균열이 생기는 것을 발견했습니다. 대성당의 디자인은 이러한 추력선이 지나가는 경로에 따라 결정되었습니다. 이상적으로는 추력선이 지면을 향해 똑바로 뻗어 있어야 합니다. 그러나 수평 추력이 이를 방해했습니다. 이러한 추력을 견뎌내기 위해 버트레스(buttress)라고 불리는 큰 돌담이 세워졌습니다. 건물이 커짐에 따라, 위쪽 벽을 지지하기 위해 플라잉 버트레스(flying buttress)라고 불리는 수평 지지대가 추가되었습니다. 그들은 추력이 돌덩어리의 중심을 훨씬 넘어 이동하면 균열이 생긴다는 것을 발견했습니다. 그들의 해결책은 버트레스 꼭대기에 첨탑이라고 불리는 무게추를 추가하여 추력을 수직 방향으로 회전시키는 것이었습니다. 이것이 그들이 구조물 꼭대기에 이 멋진 조각상들을 추가한 이유입니다(그림 2).

19세기 중반에 엔지니어들은 석조 구조물의 거동을 정량화하기 시작했습니다.1 1900년대 초반에는 석조 구조물 설계에 "중간 1/3"이라는 개념이 널리 사용되었습니다. 이 개념을 아웃리거 플로트에서 발생하는 상당한 하중을 지지 지면으로 전달하는 문제에 적용해 보겠습니다. 관심 있는 구조물은 크레인 매트입니다. 매트의 목적은 아웃리거 플로트에서 발생하는 상당한 점하중을 지표면을 따라 분산시키는 것입니다. "표준" 케이스(그림 3의 케이스 a)는 크레인 매트가 아웃리거 플로트 아래 중앙에 위치하는 경우입니다. 엔지니어에게 아웃리거 아래의 지면 지지력을 계산해 달라고 요청할 때, 이는 가정된 조건입니다. 크레인 매트 아래의 압력은 총 하중을 크레인 매트 면적으로 나눈 값입니다(다시 말하지만, 여기서는 휨을 무시하고 매트가 100% 유효하다고 가정합니다). 따라서 GBP, w = P/A입니다. 여기서 w는 지면 지지력(psf), P는 아웃리거 하중(lbs), A는 크레인 매트 면적(ft²)입니다.

 

 

 

 

https://www.cranebriefing.com/news/why-staying-centred-matters-lessons-from-gothic-cathedrals-to-modern-crane-outrigger-stability/8055901.article