건설기술 코너 구조계산 도구 — 구조공식집부터 P-M 상관도·옹벽검토·골조해석까지

왜 브라우저 계산도구인가

구조 실무의 계산은 상용 해석 프로그램과 개인이 만든 엑셀 시트로 나뉘는 경우가 많습니다. 해석 프로그램은 강력하지만 단면 하나, 공식 하나를 확인하기에는 무겁고, 엑셀 시트는 가볍지만 만든 사람이 아니면 수식을 추적하기 어렵고 버전이 여러 개로 흩어집니다.

건설기술 코너의 계산도구는 그 사이를 채우는 것을 목표로 합니다. 모든 도구는 설치 없이 브라우저에서 실행되고, 입력값을 바꾸면 결과와 계산 과정이 바로 갱신됩니다. Google 계정으로 로그인하면 작업을 서버에 저장하고 다시 불러올 수 있습니다. 같은 사이트의 건설기준 검색과 함께 쓰면, 기준 조문을 확인하고 바로 계산으로 이어갈 수 있습니다.

구조공식집

구조공식집에는 454개 공식 케이스가 분야별 트리로 정리되어 있습니다.

• 재료역학 공식 26 — 변형도, 탄성계수, 응력도, 단면 1·2차 모멘트, 처짐각과 처짐 등
• 단면성능 산출공식 53
• 보의 구조역학 계산공식 105
• 연속보 계산공식 131
• 라멘구조 계산공식(주각 핀·고정) 80
• 아치 계산공식 53
• 저판 중립축 위치의 계산도표 6

왼쪽 트리에서 공식을 고르면 공식과 변수 설명이 나타나고, 변수 값을 입력해 결과를 바로 계산할 수 있습니다. 공식집 책을 넘기며 찾고 계산기를 따로 두드리던 과정을 한 화면으로 줄인 것입니다.

구조공식집 — 공식 선택과 변수 입력 계산

단면 검토 도구

RC단면검토

철근콘크리트 단면의 재료(fck, fy)와 강도감소계수 또는 재료계수, 작용력과 철근량을 입력하면 휨모멘트·전단력·사용성 검토 결과와 계산과정을 보여 줍니다. 설계법은 한계상태설계법(도로교설계기준 2012)과 강도설계법(도로교설계기준 2010) 중에서 고를 수 있고, 계산과정은 복사하거나 텍스트로 저장해 계산서에 붙일 수 있습니다.

RC단면검토 입력 화면

P-M 상관도

RC 기둥의 2축 P-M 상관곡면을 산정하고 하중 케이스를 검토합니다. 직사각형·원형 단면과 중공 단면, 자유 형상을 지원하며, 철근은 레이어별로 배치합니다.

• 강도설계법(KDS 14 20 20): 등가직사각형 응력블록, 인장변형률에 따른 강도감소계수, 띠철근 0.80·나선철근 0.85의 축력 상한(cutoff)을 적용합니다.
• 한계상태설계법(KDS 24 14 21): 재료계수와 포물선-직선 응력-변형률 관계(파이버 적분)를 적용합니다.
• 모멘트 기준점은 소성중심이며, 중립축 각도별 단면·압축영역, Mx-My 등고선, 방향별 P-M 슬라이스를 함께 보여 줍니다.
• 최소편심, 세장효과에 의한 모멘트 확대, 2축 휨 검토(상반하중법·하중등고선법)와 같은 실무 검토 항목도 계산서에 정리됩니다.

2축 P-M 상관도 — 중립축, Mx-My 등고선, P-M 슬라이스

단면특성

절점 좌표를 폐곡선으로 입력하거나 직사각형·직각삼각형 조각을 조합해 단면을 만들고, 면적·도심·단면2차모멘트를 계산합니다. 재료를 2개로 두면 탄성계수 비를 반영한 환산단면으로 계산하고, 입력·출력 단위(mm·cm·m)와 계산 방법(Green 정리 선적분, 사다리꼴 분할)을 고를 수 있습니다. 중공 직사각형과 강박스거더 예제가 들어 있어 바로 사용해 볼 수 있습니다.

옹벽 검토

역T형 옹벽의 구조검토 계산서를 SI 단위(kN·m·MPa)로 작성합니다. 사용 재료, 지반조건, 지지력계수, 단면 치수를 입력하면 다음 항목을 상시와 지진시로 나누어 검토합니다.

• 안정검토: 전도, 활동, 지지력, 편심
• 부재설계: 벽체, 앞굽, 뒷굽의 휨과 전단

결과 상단에는 14개 항목의 O.K / N.G가 한눈에 표시되고, 아래에는 입력 치수를 반영한 단면 형상과 단계별 계산 과정이 이어집니다. 계산 엔진은 기존에 쓰던 엑셀 검토 시트의 결과값과 대조해 검증했으며, 완성된 계산서는 인쇄하거나 PDF로 저장할 수 있습니다.

역T형 옹벽 구조검토 — 종합 검토결과와 단면 형상

골조 해석

2D 골조와 트러스의 선형정적 해석 도구입니다. 왼쪽 편집기에 텍스트로 절점(NODE), 재료(MATERIAL), 단면(SECTION), 부재, 하중, 하중조합을 적으면 오른쪽에 구조 형상과 해석 결과가 즉시 갱신됩니다.

• 결과: 반력, 부재력(축력 N·전단력 V·모멘트 M), 처짐, 하중조합별 포락(Envelope)
• 스프링 지점과 하중조합 세트(ULS/SLS 등) 선택
• 문형 라멘, 단순보, 캔틸레버 등 예제 제공
• 결과 보고서 복사·다운로드

모델이 텍스트이기 때문에 수정 이력을 남기거나 다른 사람에게 그대로 전달하기 쉽고, 같은 모델을 조건만 바꿔 여러 번 해석하기에도 편합니다. 해석 엔진은 오픈소스 anaStruct(LGPL-3.0)를 기반으로 합니다.

골조해석 — 텍스트 모델과 문형 라멘 해석 결과

활용할 때 유의할 점

이 도구들은 반복적인 확인 계산과 초기 검토를 빠르게 하기 위한 것입니다. 각 도구가 따르는 설계기준과 판(版)이 화면에 표시되어 있으므로, 적용하려는 프로젝트의 기준과 일치하는지 먼저 확인해야 합니다. 최종 설계 성과품에 쓰는 경우에는 계산 과정을 검토하고, 필요하면 상용 프로그램이나 별도 계산으로 교차 확인하는 것을 권장합니다.