외팔

외팔은 건축, 기계 공학, 교량 건설 등 다양한 분야에서 한쪽 끝만 고정되어 있고 다른 끝은 지지되지 않은 상태로 돌출된 구조 요소를 의미한다. 이러한 구조는 캔틸레버(cantilever)라고도 불리며, 하중을 지지할 때 굽힘 모멘트와 전단 응력이 발생한다.

특징

• 단일 지지: 외팔보는 한쪽 끝에만 고정되어 있어 구조적으로 독특한 특성을 갖는다.
• 굽힘 모멘트 및 전단 응력: 하중이 가해질 때 고정단에서 가장 큰 굽힘 모멘트와 전단 응력이 발생하며, 지지되지 않은 끝으로 갈수록 감소한다.
• 다양한 활용: 건축물의 발코니, 교량의 돌출된 부분, 기계 장치의 암(arm) 등 다양한 형태로 활용된다.
• 재료: 철, 콘크리트, 목재 등 다양한 재료로 제작될 수 있으며, 하중과 환경 조건에 따라 적절한 재료를 선택해야 한다.

설계 고려 사항

외팔보를 설계할 때는 다음과 같은 요소를 고려해야 한다.

• 하중: 예상되는 최대 하중을 정확하게 예측하고, 안전율을 고려하여 설계를 진행해야 한다.
• 처짐: 하중으로 인한 처짐을 최소화하기 위해 적절한 단면적과 재료를 선택해야 한다.
• 안정성: 굽힘 모멘트와 전단 응력에 대한 안정성을 확보해야 하며, 좌굴(buckling) 발생 가능성을 고려해야 한다.
• 진동: 진동에 취약할 수 있으므로, 고유 진동수를 파악하고 공진을 피할 수 있도록 설계해야 한다.

활용 예시

• 건축: 발코니, 차양, 현관 캐노피 등에 활용되어 건물의 미관을 향상시키고 기능적인 공간을 제공한다.
• 교량: 교량의 일부 구간을 지지 없이 연결하는 데 사용되어 교량의 스팬을 늘리고 복잡한 지형 조건을 극복할 수 있도록 한다.
• 기계: 기계 장치의 암(arm), 로봇 팔 등에 사용되어 작업 영역을 확장하고 정밀한 작업을 수행할 수 있도록 한다.

관련 용어

• 캔틸레버 (Cantilever)
• 굽힘 모멘트 (Bending Moment)
• 전단 응력 (Shear Stress)
• 처짐 (Deflection)
• 좌굴 (Buckling)