북마크    
근의 공식    
원 계산기    
타원 넓이    
구의 부피    
캡슐 부피    
ROI 계산기    
IRR 계산기    
GDP 계산기    
CTR 계산기    
LTV 계산기    
CAC 계산기    
BMI 계산기    
1RM 계산기    
진법 변환    
급여 환산    
   추가
확률과 무작위 계산기
독립사건 확률
독립사건 확률
두 사건 확률 역산
두 사건 확률 역산
반복 시행의 확률
반복 시행의 확률
조건부확률·베이즈
조건부확률·베이즈
기댓값 계산기
기댓값 계산기
이항분포 계산기
이항분포 계산기
순열·조합
순열·조합
원순열·염주순열
원순열·염주순열
중복순열·중복조합
중복순열·중복조합
난수 생성기
난수 생성기
평균과 통계 계산기
평균 계산기
평균 계산기
대푯값 계산기
대푯값 계산기
표준편차 계산기
표준편차 계산기
사분위수 계산기
사분위수 계산기
도수분포표 계산기
도수분포표 계산기
상관계수 계산기
상관계수 계산기
정규분포 확률
정규분포 확률
z점수 계산기
z점수 계산기
신뢰구간 계산기
신뢰구간 계산기
표본 크기 계산기
표본 크기 계산기
표지 재포획법
표지 재포획법
p값 계산기
p값 계산기
비율과 백분율 계산기
퍼센트 계산기
퍼센트 계산기
증감률 계산기
증감률 계산기
퍼센트 차이
퍼센트 차이
오차율 계산기
오차율 계산기
비례식 계산기
비례식 계산기
할인율 계산기
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부가세 계산기
부가세 계산기
마진율 계산기
마진율 계산기
속력 계산기
속력 계산기
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밀도와 농도 계산기
밀도 계산기
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몰 농도 계산기
몰 농도 계산기
분자량·몰 질량
분자량·몰 질량
물리와 전기 계산기
옴의 법칙 계산
옴의 법칙 계산
와트·암페어 변환
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저항 색 코드
저항 색 코드
전압강하 계산
전압강하 계산
단위 변환 계산기
평 ↔ m² 환산
평 ↔ m² 환산
무게 단위 변환
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신발 사이즈 변환
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정수와 양수·음수 계산기
나눗셈 세로셈
나눗셈 세로셈
최소공배수
최소공배수
최대공약수
최대공약수
양수 음수 계산기
양수 음수 계산기
소인수분해
소인수분해
일차부정방정식
일차부정방정식
나머지 계산기
나머지 계산기
약수 계산기
약수 계산기
로마 숫자 변환
로마 숫자 변환
분수·소수와 어림하기 계산기
분수 계산기
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대분수 계산기
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약분 계산기
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분수 → 소수 변환
분수 → 소수 변환
소수 → 분수 변환
소수 → 분수 변환
반올림 계산기
반올림 계산기
방정식과 부등식 계산기
일차방정식 계산기
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연립방정식 계산기
연립방정식 계산기
근의 공식
근의 공식
절댓값 방정식
절댓값 방정식
이차부등식 계산기
이차부등식 계산기
다항식과 전개 계산기
이항정리 계산기
이항정리 계산기
제곱근과 거듭제곱근 계산기
근호 계산기
근호 계산기
거듭제곱근 계산
거듭제곱근 계산
지수와 로그 계산기
거듭제곱 계산기
거듭제곱 계산기
로그 계산기
로그 계산기
상용로그와 자릿수
상용로그와 자릿수
과학적 표기법
과학적 표기법
과학적 표기법 계산
과학적 표기법 계산
반감기 계산기
반감기 계산기
복소수 계산기
복소수 계산기
복소수 계산기
복소수 극형식
복소수 극형식
드무아브르 정리
드무아브르 정리
함수와 그래프 계산기
기울기 계산기
기울기 계산기
일차함수 계산기
일차함수 계산기
정비례·반비례
정비례·반비례
이차함수 계산기
이차함수 계산기
두 점 사이의 거리
두 점 사이의 거리
3차원 거리 계산
3차원 거리 계산
내분점·외분점
내분점·외분점
점과 직선의 거리
점과 직선의 거리
위도·경도 거리
위도·경도 거리
완전제곱식 계산기
완전제곱식 계산기
원의 방정식 계산기
원의 방정식 계산기
이차곡선 계산기
이차곡선 계산기
극좌표 변환 계산기
극좌표 변환 계산기
수열 계산기
등차수열 계산기
등차수열 계산기
등비수열 계산기
등비수열 계산기
피보나치 수열
피보나치 수열
점화식 계산기
점화식 계산기
벡터 계산기
벡터 계산기
벡터 계산기
외적 계산기
외적 계산기
행렬 계산기
행렬 계산기
행렬 계산기
행렬식 계산기
행렬식 계산기
역행렬 계산기
역행렬 계산기
평면도형 계산기
삼각비 계산기
삼각비 계산기
도 ⇔ 라디안 변환
도 ⇔ 라디안 변환
삼각함수의 합성
삼각함수의 합성
삼각형 계산기
삼각형 계산기
삼각형 넓이 계산기
삼각형 넓이 계산기
직각삼각형 계산
직각삼각형 계산
피타고라스 정리
피타고라스 정리
다각형의 내각·외각
다각형의 내각·외각
닮음비·넓이·부피
닮음비·넓이·부피
평행선과 각
평행선과 각
직사각형의 넓이
직사각형의 넓이
평행사변형 넓이
평행사변형 넓이
사다리꼴 넓이
사다리꼴 넓이
원 계산기
원 계산기
부채꼴 넓이
부채꼴 넓이
원주각 계산기
원주각 계산기
타원 넓이
타원 넓이
입체도형 계산기
정육면체 부피
정육면체 부피
정육면체 겉넓이
정육면체 겉넓이
직육면체 부피
직육면체 부피
직육면체 겉넓이
직육면체 겉넓이
원기둥 부피
원기둥 부피
원기둥 겉넓이
원기둥 겉넓이
구의 부피
구의 부피
구의 겉넓이
구의 겉넓이
구결의 부피
구결의 부피
구관의 넓이
구관의 넓이
타원체의 부피
타원체의 부피
타원체의 겉넓이
타원체의 겉넓이
사각뿔의 부피
사각뿔의 부피
사각뿔의 겉넓이
사각뿔의 겉넓이
원뿔의 부피
원뿔의 부피
원뿔의 겉넓이
원뿔의 겉넓이
원뿔대의 부피
원뿔대의 부피
원뿔대의 겉넓이
원뿔대의 겉넓이
파이프 부피
파이프 부피
캡슐 부피
캡슐 부피
캡슐 겉넓이
캡슐 겉넓이
날짜와 시간 계산기
만 나이 계산기
만 나이 계산기
일수 계산기
일수 계산기
며칠 후·전 날짜
며칠 후·전 날짜
몇 시간 후·전 계산
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요일 계산기
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시간 더하기 빼기
시간 더하기 빼기
시차 계산기
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근무시간 계산기
근무시간 계산기
시간 차이 계산기
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근무시간 계산기
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금융과 경제 계산기
복리 계산기
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단리 계산기
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이자 계산기
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재무용 계산기
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현재가치 계산기
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미래가치 계산기
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ROI 계산기
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IRR 계산기
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회수기간 계산기
회수기간 계산기
평균 수익률 계산기
평균 수익률 계산기
GDP 계산기
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웹 마케팅·광고 지표 계산기
CTR 계산기
CTR 계산기
전환율 계산기
전환율 계산기
CPC·CPM·CPA 계산
CPC·CPM·CPA 계산
ROAS 계산기
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손익분기 CPA
손익분기 CPA
LTV 계산기
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CAC 계산기
CAC 계산기
이탈률 계산기
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A/B 테스트 유의성
A/B 테스트 유의성
A/B 표본 크기
A/B 표본 크기
SEO 유입 예측
SEO 유입 예측
손익분기점 계산기
손익분기점 계산기
마진율·마크업률
마진율·마크업률
CAGR 계산기
CAGR 계산기
건강과 피트니스 계산기
BMI 계산기
BMI 계산기
수면 주기 계산기
수면 주기 계산기
칼로리 계산기
칼로리 계산기
기초대사량 계산기
기초대사량 계산기
TDEE 계산기
TDEE 계산기
표준체중 계산기
표준체중 계산기
체지방률 계산기
체지방률 계산기
제지방량 계산기
제지방량 계산기
칼로리 소모 계산기
칼로리 소모 계산기
단백질 계산기
단백질 계산기
탄단지 계산기
탄단지 계산기
탄수화물 계산기
탄수화물 계산기
지방 섭취량 계산기
지방 섭취량 계산기
예상키 계산기
예상키 계산기
스포츠 계산기
골프 핸디캡
골프 핸디캡
페이스 계산기
페이스 계산기
1RM 계산기
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목표심박수 계산기
목표심박수 계산기
날씨 계산기
열지수 계산기
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겨울 체감온도
겨울 체감온도
이슬점 계산기
이슬점 계산기
컴퓨터 계산기
진법 변환
진법 변환
서브넷 계산기
서브넷 계산기
다운로드 시간 계산
다운로드 시간 계산
가계와 공과금 계산기
가전 전기요금
가전 전기요금
전기요금 계산기
전기요금 계산기
연간 kWh→전기요금
연간 kWh→전기요금
에어컨 평형 계산
에어컨 평형 계산
에어컨 전기요금
에어컨 전기요금
난방 전기요금 비교
난방 전기요금 비교
가스 vs 전기 요금
가스 vs 전기 요금
LED 교체 절약액
LED 교체 절약액
급여 환산
급여 환산
가계 수지 계산
가계 수지 계산
자동차 계산기
주유비 계산기
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전기차 충전 요금
전기차 충전 요금
전기차 vs 휘발유차
전기차 vs 휘발유차
연비 계산기
연비 계산기
타이어 사이즈 계산
타이어 사이즈 계산
태양광 발전과 에너지 저장 계산기
태양광 발전량
태양광 발전량
태양광 패널 장수
태양광 패널 장수
태양광 회수기간
태양광 회수기간
ESS 용량·사용 시간
ESS 용량·사용 시간
집과 DIY 계산기
타일 수량 계산
타일 수량 계산
계단 치수 계산
계단 치수 계산
콘크리트 물량
콘크리트 물량
벽·천장·바닥 면적
벽·천장·바닥 면적
벽지 계산기
벽지 계산기
페인트 계산기
페인트 계산기
마루 계산기
마루 계산기
외벽 면적 계산
외벽 면적 계산
자갈 계산기
자갈 계산기
몰탈 배합 계산
몰탈 배합 계산
경사도 계산
경사도 계산
목재 재단 계산
목재 재단 계산
건폐율·용적률
건폐율·용적률
장판 필요량
장판 필요량
단열재 필요량
단열재 필요량
커튼 사이즈
커튼 사이즈
TV 크기·시청 거리
TV 크기·시청 거리
흙·배양토 필요량
흙·배양토 필요량
잔디 평수·장수
잔디 평수·장수
블록 담장 수량
블록 담장 수량
벽돌 필요 장수
벽돌 필요 장수
데크 자재 계산
데크 자재 계산
경사로 길이
경사로 길이
피스 가이드 홀
피스 가이드 홀
필요 환기량
필요 환기량
페인트 희석
페인트 희석
걸레받이 계산기
걸레받이 계산기
블라인드 사이즈
블라인드 사이즈
액자 거는 높이
액자 거는 높이
배수 구배·높이차
배수 구배·높이차
피스 수량 계산
피스 수량 계산
목재 재 계산
목재 재 계산
펜스 자재 계산
펜스 자재 계산
목재 수축량 계산
목재 수축량 계산
실리콘 필요량
실리콘 필요량
방 열손실 계산기
방 열손실 계산기
가구 반입 계산기
가구 반입 계산기
이사 박스 개수
이사 박스 개수
수납 용량 계산기
수납 용량 계산기
합판 재단 계산기
합판 재단 계산기
선반 처짐 계산
선반 처짐 계산

선반 처짐·내하중 계산기(재질·두께·스팬·하중으로 최대 처짐 계산 / 최대 스팬·최대 하중·필요 두께 역산)

‘무엇을 구할지’를 고르고 선반의 두께·깊이·스팬(받침 사이의 간격)·재질·하중을 입력하세요. 재질을 고르면 영률과 허용 휨응력의 기준값이 들어가며 바꿀 수도 있습니다. 역산에서는 허용 처짐(mm 또는 L/n)을 지정합니다.

mm
mm
mm
kg
배
재질의 기준값(재질을 고르면 입력됨. 변경 가능)
GPa
N/mm²
결과는 ‘양 끝에서 받친 균일한 판’의 기본 공식에 따른 어림값입니다. 영률이나 강도는 제품·등급·옹이·함수율에 따라 차이가 나며, 접합부나 선반 받침의 강도는 고려하지 않았습니다. 무거운 물건을 올리는 선반, 사람이 올라가는 선반, 구조용은 제조사의 사양이나 설계자에게 확인하세요.
계산 결과·도형
왼쪽 입력란에 선반의 두께·깊이·스팬(받침 사이의 간격)·재질·하중을 넣고 ‘계산’을 누르면 여기에 최대 처짐(mm)·처짐비(L/δ)·기준과의 비교·휨응력(참고)과 처짐을 과장해 그린 선반 그림이 표시됩니다.

이 페이지에서 할 수 있는 것

  • 선반의 두께·깊이·스팬(받침 사이의 간격)·재질·하중으로, 물건을 올렸을 때의 최대 처짐(mm)과 처짐비(\(L/\delta\): 스팬이 처짐의 몇 배인지)를 알 수 있습니다
  • 재질(삼나무·편백·소나무 집성목·참나무·합판·자작합판·MDF·PB·유리·알루미늄·강철)을 고르기만 하면 영률의 기준값이 들어갑니다(값은 바꿀 수 있습니다)
  • 하중은 ‘등분포 합계 kg’, ‘1 m당 kg’, ‘중앙 집중 kg’ 중에서 고를 수 있고, 지지 방식은 ‘선반 받침에 얹기만 함(단순지지)’과 ‘측판에 나사 고정·홈 끼움(양단 고정)’을 바꿀 수 있습니다
  • ‘처짐을 3 mm 이내(또는 스팬의 1/300 이내)로 하고 싶다’ 같은 허용 처짐으로 최대 스팬·최대 하중·필요한 두께를 역산할 수 있습니다
  • 장기 하중으로 목재의 처짐이 늘어나는 현상(크리프)을 계수로 반영할 수 있고, 참고로 휨응력과 재질의 허용 휨응력 기준값의 비교도 표시합니다
이 계산기는 선반을 ‘양 끝에서 받친 균일한 판(보)’으로 보고 재료역학의 기본 공식으로 처짐만 구합니다. 영률·허용 휨응력은 일반적으로 인용되는 기준값이며, 같은 재질이라도 제품·등급·옹이·함수율에 따라 크게 달라집니다. 내하중(부서지는지 여부)은 참고 표시일 뿐 안전을 보장하지 않습니다. 무거운 물건을 올리는 선반, 사람이 올라갈 수 있는 선반, 건물의 구조와 관련된 부재는 제조사의 사양이나 설계자에게 확인하세요.

이 계산은 어디에 쓰일까요?

DIY 책장에서 선반 두께와 측판 간격 정하기(목공·DIY)

‘폭 900 mm 책장을 만들고 싶은데 18 mm 집성목으로 충분할까’는 책장 만들기의 단골 고민입니다. 잡지나 전공서도 섞이는 책장을 가정해 책을 1 m당 30 kg(안전한 쪽의 기준)으로 하면, 깊이 250 mm·두께 18 mm·스팬 860 mm인 레드파인 집성목에서는 올린 직후의 처짐이 약 1.9 mm, 크리프를 2배로 예상하면 약 3.8 mm(\(L/224\))가 되어 기준인 \(L/300\)을 넘어 눈에 띌 수 있다고 숫자로 판단할 수 있습니다.
두께를 24 mm로 하면 처짐은 \((18/24)^3 \fallingdotseq 0.42\)배, 중간에 칸막이 판을 1장 넣어 스팬을 절반으로 하면 16분의 1이 됩니다. ‘두꺼운 판으로 바꾸기’, ‘칸막이 넣기’, ‘깊이를 줄여 올리는 양 줄이기’ 중 무엇이 효과적인지 만들기 전에 비교할 수 있습니다.

산 선반이 올리고 싶은 하중을 견딜 수 있는지 확인하기(수납·가구)

조립식 가구의 선반은 파티클보드(PB)나 MDF가 많아, 같은 두께라도 목재의 3분의 1 정도의 영률밖에 없습니다. 두께 18 mm·깊이 300 mm·스팬 800 mm인 파티클보드 선반에 파일이나 잡지를 합계 25 kg 꽂으면 올린 직후에 약 4.5 mm, 장기적으로는 9 mm 안팎 처지는 계산이 되어, ‘책이나 그릇 같은 무거운 물건은 폭이 좁은 선반에’라는 판단의 근거가 됩니다.
제조사가 ‘내하중 ○kg’을 표시한 경우에는 그 값이 우선입니다. 이 계산은 내하중 표시가 없는 선반이나 직접 선반을 추가할 때의 기준으로 쓰세요.

벽걸이 장식 선반·주방 벽선반에서 선반 받침 간격 정하기(주거·리모델링)

벽에 L자 선반 받침 철물로 판을 달 때는 철물의 간격이 그대로 스팬이 됩니다. 폭 1,200 mm 선반을 철물 2개로 받치면 스팬이 1,100 mm 정도가 되고, 깊이 250 mm·두께 20 mm인 소나무 집성목에서는 그릇을 합계 20 kg 올리기만 해도 올린 직후에 약 2.3 mm, 크리프를 2배로 예상하면 약 4.5 mm(\(L/243\)) 처지는 계산이 됩니다. 철물을 3개로 해서 스팬을 절반으로 하면 같은 방식으로 올렸을 때 처짐은 16분의 1입니다.
철물 자체의 내하중이나 벽 쪽(석고보드인지, 콘크리트 벽이나 목재 하지인지)의 강도는 이 계산에 들어 있지 않으므로, 그것들은 철물의 사양과 벽의 구조(앵커 종류)로 따로 확인해야 합니다.

TV 거치대·수조 받침대에서 가운데에 무거운 물건을 올렸을 때의 처짐 어림하기(가전·아쿠아리움)

60 cm 수조(2자 수조)는 물과 바닥재를 포함하면 70~80 kg이 되며, 상판 가운데 가까이에 집중해서 올라갑니다. 같은 무게라도 가운데에 집중시키면 고르게 놓을 때의 1.6배 처지므로, ‘중앙 집중’으로 계산해 두면 안전한 쪽입니다. 상판이 두꺼운 원목인지 얇은 마감 보드인지에 따라 결과가 크게 달라집니다.
수조나 TV처럼 ‘처져서 기울면 곤란한 물건’은 처짐을 1~2 mm 이내로 억제하고 싶은 경우가 많아, 필요 두께를 역산하는 모드가 쓸모 있습니다. 다만 수조 받침대는 전도·내진까지 고려해 전용 받침대를 쓰는 것이 원칙이며, 이 계산은 직접 만드는 받침대 설계의 기준으로만 쓰세요.

데크나 평상의 바닥판에서 장선 간격 정하기(조경·DIY)

바닥판은 장선 위에 얹히는 ‘스팬 = 장선 간격’의 보입니다. 두께 30 mm·폭 105 mm인 삼나무 바닥판에 장선 간격 600 mm로 사람이 1명(60 kg) 올라가면 판 1장에 체중의 일부가 집중하중으로 걸립니다. 판 1장의 가운데에 30 kg이 걸린다고 가정하면 처짐은 약 0.8 mm이고, 장선 간격을 900 mm로 하면 \((900/600)^3 \fallingdotseq 3.4\)배인 약 2.7 mm가 됩니다.
‘걸을 때 출렁이지 않게’ 하려면 장선 간격을 좁히는 것이 가장 효과적이라는 것을 숫자로 알 수 있습니다. 사람이 올라가는 바닥은 처짐뿐 아니라 강도나 고정 방법(나사 개수)도 중요하므로, 시공 지침이나 설계자의 확인을 전제로 하세요.

‘처짐은 스팬의 네제곱에 비례한다’를 실감하기(고등학교 물리·공학 계열 공부)

보의 처짐 공식은 대학의 재료역학에서 처음 배우는 공식 중 하나로, 훅의 법칙(힘과 늘어난 길이의 비례)을 휨으로 넓힌 것입니다. 식 안에서 스팬은 네제곱, 두께는 세제곱으로 효과가 난다는 ‘거듭제곱의 효과 차이’는 다리·건물·기계 부품 설계 모두에 공통되는 감각입니다.
가까운 책장에서 ‘측판 간격을 10% 넓히면 처짐이 약 50% 늘어난다(\(1.1^4 \fallingdotseq 1.46\))’, ‘판을 10% 두껍게 하면 처짐이 약 25% 줄어든다(\(1 \div 1.1^3 \fallingdotseq 0.75\))’를 숫자로 확인하면, 왜 다리의 거더가 높이가 큰 단면을 하고 있는지, 왜 긴 선반에는 중간에 받침이 있는지가 보입니다.

공식과 그림

단면 2차 모멘트와 단면계수(선반 단면의 ‘휘기 어려운 정도’)
그림
수학 표기 (일반적인 수식)
\(I\) \(=\) \(b\) \(\times\) \(h^{3}\) \(\div\ 12\)
\(Z\) \(=\) \(b\) \(\times\) \(h^{2}\) \(\div\ 6\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
③ 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴) \(=\) ① 선반의 깊이 \(b\)(mm) \(\times\) ② 두께의 세제곱 \(h^3\) \(\div\ 12\)
⑤ 단면계수 \(Z\)(mm³) \(=\) 선반의 깊이 \(b\)(mm) \(\times\) ④ 두께의 제곱 \(h^2\) \(\div\ 6\)
공식을 말로 읽으면
① 선반의 깊이(\(b\)) 에
② 두께의 세제곱(\(h^3\)) 을 곱하고 12로 나누면
③ 단면 2차 모멘트(\(I\)) 가 됩니다(처짐 계산에 씁니다)
④ 같은 깊이에 두께의 제곱(\(h^2\)) 을 곱하고 6으로 나누면
⑤ 단면계수(\(Z\)) 가 됩니다(휨응력 계산에 씁니다)
간단한 예
깊이 250 mm·두께 18 mm인 소나무 집성목 선반의 단면 2차 모멘트와 단면계수는 다음과 같습니다.
단면 2차 모멘트 \(I\) \(=\) 깊이(250 mm) \(\times\) 두께(18 mm)의 세제곱 \(\div\ 12\)
단면계수 \(Z\) \(=\) 깊이(250 mm) \(\times\) 두께(18 mm)의 제곱 \(\div\ 6\)
\(I = \dfrac{250 \times 18^{3}}{12} = \dfrac{250 \times 5{,}832}{12} = 121{,}500\ (\mathrm{mm^4})\)
\(Z = \dfrac{250 \times 18^{2}}{6} = \dfrac{250 \times 324}{6} = 13{,}500\ (\mathrm{mm^3})\)
이해의 핵심
판을 휘면 윗면은 줄어들고 아랫면은 늘어나며, 한가운데(중립축)는 늘어나지도 줄어들지도 않습니다. 중립축에서 먼 부분일수록 크게 늘고 줄며 휨에 저항하므로, ‘단면의 넓이가 중립축에서 얼마나 떨어진 곳에 얼마나 있는가’가 휘기 어려운 정도를 정합니다. 이것을 하나의 수로 정리한 것이 단면 2차 모멘트 \(I\)이며, 직사각형 단면에서는 \(I = \dfrac{b h^3}{12}\)입니다. 두께 \(h\)가 세제곱으로 효과를 낸다는 점이 핵심입니다. 두께를 18 mm에서 25 mm로 바꾸면 \(I\)는 \(\left(\dfrac{25}{18}\right)^3 \fallingdotseq 2.7\)배가 되고, 처짐은 2.7분의 1이 됩니다. 반면 깊이 \(b\)는 1제곱이므로 깊이를 2배로 해도 처짐은 절반밖에 되지 않습니다(올리는 하중도 2배가 되기 쉬워서 실제로는 달라지지 않는 경우도 많습니다). 단면계수 \(Z = \dfrac{b h^2}{6}\)는 휨응력(재료의 표면에 걸리는 힘)을 구할 때 쓰는 양으로, \(I\)를 중립축에서 표면까지의 거리 \(\dfrac{h}{2}\)로 나눈 것입니다(\(\dfrac{b h^3}{12} \div \dfrac{h}{2} = \dfrac{b h^2}{6}\)).
최대 처짐(전체에 고르게 걸리는 하중 = 등분포하중)
그림
수학 표기 (일반적인 수식)
\(\delta\) \(=\) \(\dfrac{5}{384}\) \(\times\) \(w\) \(\times\) \(L^{4}\) \(\div\) \(E\) \(\div\) \(I\)
\(\delta\) \(=\) \(\dfrac{1}{384}\) \(\times\) \(w\) \(\times\) \(L^{4}\) \(\div\) \(E\) \(\div\) \(I\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
⑤ 최대 처짐 \(\delta\)(mm), 단순지지 \(=\) \(\dfrac{5}{384}\) \(\times\) ① 1 mm당 하중 \(w\)(N/mm) \(\times\) ② 스팬의 네제곱 \(L^4\) \(\div\) ③ 영률 \(E\)(N/mm²) \(\div\) ④ 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴)
최대 처짐 \(\delta\)(mm), 양단 고정 \(=\) \(\dfrac{1}{384}\) \(\times\) 1 mm당 하중 \(w\)(N/mm) \(\times\) 스팬의 네제곱 \(L^4\) \(\div\) 영률 \(E\)(N/mm²) \(\div\) 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴)
공식을 말로 읽으면
① 1 mm당 하중(\(w\)) (합계 하중 \(W\)를 스팬 길이로 나눈 값. kg은 9.80665를 곱해 N 단위로 바꿉니다)에
② 스팬의 네제곱(\(L^4\)) 을 곱하고, 단순지지라면 \(\dfrac{5}{384}\)(양단 고정이라면 \(\dfrac{1}{384}\))를 곱해서
③ 영률(\(E\)) 로 나누고
④ 단면 2차 모멘트(\(I\)) 로 나누면
⑤ 최대 처짐(\(\delta\)) 이 됩니다(선반 가운데가 내려간 양)
간단한 예
깊이 250 mm·두께 18 mm(\(I = 121{,}500\) mm⁴)인 소나무 집성목(영률 9 GPa = 9,000 N/mm²) 선반을 스팬 900 mm의 선반 받침에 얹고, 책을 합계 30 kg(= 294.2 N. 1 mm당 \(294.2 \div 900 \fallingdotseq 0.3269\) N/mm) 고르게 꽂았을 때의 최대 처짐은 다음과 같습니다.
최대 처짐 \(\delta\)(단순지지) \(=\) \(\dfrac{5}{384}\) \(\times\) 1 mm당 하중(0.3269 N/mm) \(\times\) 스팬(900 mm)의 네제곱 \(\div\) 영률(9,000 N/mm²) \(\div\) 단면 2차 모멘트(121,500 mm⁴)
\(\delta = \dfrac{5 \times 0.3269 \times 900^{4}}{384 \times 9{,}000 \times 121{,}500} = \dfrac{5 \times 0.3269 \times 6.561 \times 10^{11}}{4.199 \times 10^{11}} \fallingdotseq 2.55\ (\mathrm{mm})\)
\(\text{양단 고정이라면} \ \delta \fallingdotseq 2.55 \times \dfrac{1}{5} \fallingdotseq 0.51\ (\mathrm{mm})\)
이해의 핵심
이것은 재료역학에서 ‘등분포하중을 받는 단순지지보(양단 지지보)’의 최대 처짐으로 알려진 공식으로, 선반·바닥판·다리의 거더처럼 ‘양 끝에서 받치고 옆에서 하중을 받는 부재’에 그대로 쓸 수 있습니다. 분자는 ‘하중의 크기 × 스팬의 네제곱’, 분모는 ‘재료의 단단함(영률) × 단면의 휘기 어려운 정도(단면 2차 모멘트)’로, 직관 그대로 ‘무거울수록·길수록 처지고, 단단할수록·두꺼울수록 덜 처진다’를 식으로 나타낸 것입니다. 효과가 나는 방식이 다르다는 점이 핵심입니다. 스팬 \(L\)은 네제곱이므로 스팬을 10% 늘리기만 해도 처짐은 \(1.1^4 \fallingdotseq 1.46\)배, 20% 늘리면 \(1.2^4 \fallingdotseq 2.07\)배가 됩니다. 반대로 두께 \(h\)는 \(I\) 안에서 세제곱으로 효과를 내므로, 두께를 10% 늘리면 처짐은 \(1.1^3 \fallingdotseq 1.33\)분의 1로 줄어듭니다. ‘처지는 선반을 고치려면 중간에 받침을 더해 스팬을 줄이거나 두꺼운 판으로 바꾸는 것이 효과적’이라는 말은 이 식의 네제곱과 세제곱에서 나옵니다. 양단 고정(측판에 나사 고정·홈 끼움)으로 하면 끝이 회전하지 못하는 만큼 처짐은 단순지지의 \(\dfrac{1}{5}\)이 됩니다. 다만 실제 선반은 완전한 고정이 되지 않고 단순지지와 양단 고정의 중간이 되므로, 안전하게 보려면 단순지지로 계산해 두는 것이 무난합니다. 하중 \(w\)는 ‘1 mm당 N’으로 넣습니다. 선반 전체의 합계가 \(W\)(N)라면 \(w = W \div L\)이며, 이때 식은 \(\delta = \dfrac{5 W L^3}{384 E I}\)로 고쳐 쓸 수 있습니다(네제곱이 세제곱이 됩니다). kg으로 잰 무게는 \(9.80665\)를 곱해 N 단위로 바꿉니다(1 kg인 물건을 올리면 약 9.8 N의 힘이 걸립니다). 영률은 GPa(기가파스칼)로 나타내는 경우가 많으며, \(1\ \mathrm{GPa} = 1{,}000\ \mathrm{N/mm^2}\)입니다.
최대 처짐(중앙에 집중된 하중 = 집중하중)
그림
수학 표기 (일반적인 수식)
\(\delta\) \(=\) \(P\) \(\times\) \(L^{3}\) \(\div\) \(E\) \(\div\) \(I\) \(\div\ 48\)
\(\delta\) \(=\) \(P\) \(\times\) \(L^{3}\) \(\div\) \(E\) \(\div\) \(I\) \(\div\ 192\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
⑤ 최대 처짐 \(\delta\)(mm), 단순지지 \(=\) ① 중앙의 집중하중 \(P\)(N) \(\times\) ② 스팬의 세제곱 \(L^3\) \(\div\) ③ 영률 \(E\)(N/mm²) \(\div\) ④ 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴) \(\div\ 48\)
최대 처짐 \(\delta\)(mm), 양단 고정 \(=\) 중앙의 집중하중 \(P\)(N) \(\times\) 스팬의 세제곱 \(L^3\) \(\div\) 영률 \(E\)(N/mm²) \(\div\) 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴) \(\div\ 192\)
공식을 말로 읽으면
① 중앙의 집중하중(\(P\)) (kg은 9.80665를 곱해 N 단위로 바꿉니다)에
② 스팬의 세제곱(\(L^3\)) 을 곱하고
③ 영률(\(E\)) 로 나누고
④ 단면 2차 모멘트(\(I\)) 로 나눈 뒤, 다시 단순지지라면 48(양단 고정이라면 192)로 나누면
⑤ 최대 처짐(\(\delta\)) 이 됩니다(하중 바로 아래 = 가운데가 내려간 양)
간단한 예
깊이 300 mm·두께 25 mm(\(I = 390{,}625\) mm⁴)인 참나무 선반(영률 11 GPa = 11,000 N/mm²)을 스팬 800 mm로 받치고, 가운데에 20 kg(= 196.1 N)인 물건을 올렸을 때의 최대 처짐은 다음과 같습니다.
최대 처짐 \(\delta\)(단순지지) \(=\) 집중하중(196.1 N) \(\times\) 스팬(800 mm)의 세제곱 \(\div\) 영률(11,000 N/mm²) \(\div\) 단면 2차 모멘트(390,625 mm⁴) \(\div\ 48\)
\(\delta = \dfrac{196.1 \times 800^{3}}{48 \times 11{,}000 \times 390{,}625} = \dfrac{196.1 \times 5.12 \times 10^{8}}{2.0625 \times 10^{11}} \fallingdotseq 0.49\ (\mathrm{mm})\)
\(\text{양단 고정이라면} \ \delta \fallingdotseq 0.49 \times \dfrac{1}{4} \fallingdotseq 0.12\ (\mathrm{mm})\)
이해의 핵심
‘가운데에 집중하중을 받는 단순지지보’의 최대 처짐 공식입니다. 등분포하중의 공식과 비교하면 스팬이 네제곱이 아니라 세제곱인데, 하중이 ‘1 mm당’이 아니라 ‘합계 힘’으로 주어지기 때문입니다(등분포도 합계 \(W\)로 쓰면 \(\dfrac{5 W L^3}{384 E I}\)로 세제곱이 됩니다). 같은 합계 무게라면 가운데에 집중시켰을 때의 처짐은 고르게 분포시켰을 때의 \(\dfrac{1/48}{5/384} = \dfrac{384}{240} = 1.6\)배입니다. TV나 수조처럼 무거운 물건 하나만 선반 한가운데에 올리면 같은 무게의 책을 꽂을 때보다 60%나 더 처진다고 기억해 두면 기준이 됩니다. 반대로 무거운 물건을 선반 끝(받침 가까이)으로 옮기면 처짐은 훨씬 작아집니다. 양단 고정에서는 계수가 48에서 192가 되어 처짐은 단순지지의 \(\dfrac{1}{4}\)입니다. 등분포일 때의 \(\dfrac{1}{5}\)과 조금 다르다는 점에 주의하세요.
장기 처짐(크리프)과 처짐비 L/δ
수학 표기 (일반적인 수식)
\(\delta_{\text{장기}}\) \(=\) \(k_c\) \(\times\) \(\delta_0\)
\(n\) \(=\) \(L\) \(\div\) \(\delta_{\text{장기}}\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
③ 장기 처짐 \(\delta_{\text{장기}}\)(mm) \(=\) ② 크리프 계수 \(k_c\) \(\times\) ① 올린 직후의 처짐 \(\delta_0\)(mm)
⑤ 처짐비의 분모 \(n\)(\(L/n\)의 \(n\)) \(=\) ④ 스팬 \(L\)(mm) \(\div\) 장기 처짐 \(\delta_{\text{장기}}\)(mm)
공식을 말로 읽으면
① 올린 직후의 처짐(\(\delta_0\)) 에
② 크리프 계수(\(k_c\)) (목재라면 1.5~2 정도를 예상하는 경우가 많습니다)를 곱하면
③ 장기 처짐(\(\delta_{\text{장기}}\)) 이 됩니다
④ 스팬(\(L\)) 을 장기 처짐으로 나누면
⑤ 처짐비의 분모(\(n\)) 가 되며, ‘처짐은 스팬의 \(n\)분의 1’로 읽을 수 있습니다(\(n\)이 클수록 처짐이 작습니다)
간단한 예
스팬 1,200 mm인 삼나무 선반(깊이 300 mm·두께 24 mm·1 m당 30 kg의 책)에서 올린 직후의 처짐이 3.28 mm이고 크리프 계수를 2로 하면 다음과 같습니다.
장기 처짐 \(=\) 크리프 계수(2) \(\times\) 올린 직후의 처짐(3.28 mm)
처짐비의 분모 \(n\) \(=\) 스팬(1,200 mm) \(\div\) 장기 처짐(6.57 mm)
\(\delta_{\text{장기}} = 2 \times 3.28 \fallingdotseq 6.57\ (\mathrm{mm})\)
\(n = 1{,}200 \div 6.57 \fallingdotseq 183 \quad \Rightarrow \quad \text{처짐은 스팬의 } 1/183\)
이해의 핵심
목재나 목질 보드(합판·MDF·파티클보드)는 하중을 계속 올려 두면 시간이 지나면서 처짐이 조금씩 늘어납니다(크리프). 책장처럼 몇 년이고 하중을 올려 두는 선반에서는 올린 직후 처짐의 1.5~2배 정도가 되는 경우가 많다고 하며, 습도가 높은 곳(여름 장마철 등)이나 파티클보드에서는 더 늘어나기도 합니다. 이 계산기는 크리프 계수 \(k_c\)를 곱해 장기 처짐을 어림합니다(기본값은 1 = 올린 직후의 값. 강철이나 유리에서는 크리프를 거의 무시할 수 있습니다). 처짐을 ‘몇 mm’로만 보면 스팬이 긴 선반일수록 불리해집니다. 그래서 ‘스팬에 대해 어느 정도인가’를 나타내는 처짐비 \(L/\delta\)가 자주 쓰이며, 처짐이 잘 눈에 띄지 않는 기준으로 \(L/300\)(스팬의 300분의 1) 이하, 용도에 따라서는 \(L/200\) 정도까지라는 값이 실무에서 인용됩니다. 함께 ‘3 mm 이하’ 같은 절댓값 기준도 씁니다. 이것들은 겉보기나 사용감에 대한 경험적인 기준이며 안전성의 기준이 아닙니다. 이 계산기의 ‘실용 기준과의 비교’는 장기 처짐으로 \(L/300\)·\(L/200\)·3 mm를 판정합니다.
역산(허용 처짐으로 최대 스팬·최대 하중 구하기)
수학 표기 (일반적인 수식)
\(L_{\max}^{4}\) \(=\) \(\dfrac{384}{5}\) \(\times\) \(E\) \(\times\) \(I\) \(\times\) \(\delta_a\) \(\div\) \(w\) \(\div\) \(k_c\)
\(w_{\max}\) \(=\) \(\dfrac{384}{5}\) \(\times\) \(E\) \(\times\) \(I\) \(\times\) \(\delta_a\) \(\div\) \(k_c\) \(\div\) \(L^{4}\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
④ 최대 스팬 \(L_{\max}\)의 네제곱 \(=\) \(\dfrac{384}{5}\) \(\times\) 영률 \(E\)(N/mm²) \(\times\) 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴) \(\times\) ① 허용 처짐 \(\delta_a\)(mm) \(\div\) ② 1 mm당 하중 \(w\)(N/mm) \(\div\) ③ 크리프 계수 \(k_c\)
⑥ 최대 하중 \(w_{\max}\)(N/mm) \(=\) \(\dfrac{384}{5}\) \(\times\) 영률 \(E\)(N/mm²) \(\times\) 단면 2차 모멘트 \(I\)(mm⁴) \(\times\) 허용 처짐 \(\delta_a\)(mm) \(\div\) 크리프 계수 \(k_c\) \(\div\) ⑤ 스팬의 네제곱 \(L^4\)
공식을 말로 읽으면
① 허용 처짐(\(\delta_a\)) 에 영률 \(E\)·단면 2차 모멘트 \(I\)·\(\dfrac{384}{5}\)를 곱한 것을
② 1 mm당 하중(\(w\)) 으로 나누고
③ 크리프 계수(\(k_c\)) 로 나누면
④ 최대 스팬의 네제곱(\(L_{\max}^4\)) 이 됩니다(등분포하중·단순지지인 경우. 네제곱근을 구하면 최대 스팬 \(L_{\max}\)입니다)
⑤ 같은 분자를 크리프 계수와 스팬의 네제곱(\(L^4\)) 으로 나누면
⑥ 최대 하중(\(w_{\max}\)) 이 됩니다(1 mm당 N. 1,000을 곱하고 9.80665로 나누면 kg/m)
간단한 예
깊이 250 mm·두께 18 mm(\(I = 121{,}500\) mm⁴)인 소나무 집성목(9,000 N/mm²) 선반에 책을 1 m당 25 kg(\(25 \times 9.80665 \div 1{,}000 \fallingdotseq 0.2452\) N/mm) 꽂고 처짐을 3 mm 이내로 하고 싶을 때의 최대 스팬(크리프 계수 1)과, 스팬 900 mm일 때의 최대 하중은 다음과 같습니다.
최대 스팬 \(L_{\max}\)의 네제곱 \(=\) \(\dfrac{384}{5}\) \(\times\) 영률(9,000) \(\times\) 단면 2차 모멘트(121,500) \(\times\) 허용 처짐(3 mm) \(\div\) 하중(0.2452 N/mm) \(\div\) 크리프 계수(1)
\(L_{\max} = \sqrt[4]{\dfrac{384 \times 9{,}000 \times 121{,}500 \times 3}{5 \times 0.2452 \times 1}} = \sqrt[4]{\dfrac{1.2597 \times 10^{12}}{1.226}} \fallingdotseq \sqrt[4]{1.0275 \times 10^{12}} \fallingdotseq 1{,}006\ (\mathrm{mm})\)
\(w_{\max} = \dfrac{384 \times 9{,}000 \times 121{,}500 \times 3}{5 \times 1 \times 900^{4}} = \dfrac{1.2597 \times 10^{12}}{3.2805 \times 10^{12}} = 0.384\ (\mathrm{N/mm}) \quad \Rightarrow \quad 0.384 \times 1{,}000 \div 9.80665 \fallingdotseq 39.16\ (\mathrm{kg/m})\)
이해의 핵심
처짐의 공식 \(\delta = \dfrac{5 w L^4}{384 E I} \times k_c\)를 알고 싶은 양에 대해 다시 푼 것일 뿐입니다. ‘처짐을 \(\delta_a\) 이내로 하고 싶다’는 조건을 \(\delta_a = \)(우변)로 두고 \(L\)에 대해 풀면 최대 스팬, \(w\)에 대해 풀면 최대 하중이 됩니다. 두께를 알고 싶을 때는 먼저 필요한 단면 2차 모멘트 \(I_{\text{필요}} = \dfrac{5 w L^4 k_c}{384 E \delta_a}\)를 구하고, \(I = \dfrac{b h^3}{12}\)를 \(h\)에 대해 푼 \(h_{\min} = \sqrt[3]{\dfrac{12 I_{\text{필요}}}{b}}\)로 필요한 두께가 나옵니다. 집중하중·양단 고정일 때도 계수(\(\dfrac{5}{384}\)를 \(\dfrac{1}{384}\)·\(\dfrac{1}{48}\)·\(\dfrac{1}{192}\)로)와 \(L\)의 지수(합계 하중이나 집중하중이면 세제곱)를 바꾸기만 하면 같은 순서입니다. 이 계산기는 고른 조건에 맞춰 자동으로 바꿉니다. 허용 처짐을 \(L/n\) 꼴(예: \(L/300\))로 지정했을 때는 \(\delta_a\) 자체가 스팬에 비례하므로, 최대 스팬을 구하는 식은 \(L\)의 지수가 4에서 3으로 내려간 꼴(\(L_{\max} = \sqrt[3]{\dfrac{384 E I}{5 w k_c n}}\))이 됩니다. 역산 결과는 안전한 쪽이 되도록 최대 스팬은 1 mm 단위로 버림, 최대 하중은 0.1 단위로 버림, 필요한 두께는 0.1 mm 단위로 올림해서 표시하고, 그 값으로 처짐·응력을 다시 계산해 표시합니다(위의 예라면 최대 스팬 1,006.8 mm → 1,006 mm, 최대 하중 39.16 kg/m → 39.1 kg/m). 시중의 판재는 두께가 9·12·15·18·24·30 mm처럼 띄엄띄엄하므로(한국의 합판·집성목 기준), 필요한 두께가 19.4 mm로 나오면 그보다 두꺼운 24 mm를 고르게 됩니다.
휨응력(참고: 재료가 부서지지 않는지의 기준)
수학 표기 (일반적인 수식)
\(M\) \(=\) \(w\) \(\times\) \(L^{2}\) \(\div\ 8\)
\(\sigma\) \(=\) \(M\) \(\div\) \(Z\)
말로 쓴 표기 (기호를 말로 바꾼 식)
③ 최대 휨모멘트 \(M\)(N·mm) \(=\) ① 1 mm당 하중 \(w\)(N/mm) \(\times\) ② 스팬의 제곱 \(L^2\) \(\div\ 8\)
⑤ 휨응력 \(\sigma\)(N/mm²) \(=\) 최대 휨모멘트 \(M\)(N·mm) \(\div\) ④ 단면계수 \(Z = \dfrac{b h^2}{6}\)(mm³)
공식을 말로 읽으면
① 1 mm당 하중(\(w\)) 에
② 스팬의 제곱(\(L^2\)) 을 곱하고 8로 나누면(등분포하중·단순지지인 경우)
③ 최대 휨모멘트(\(M\)) 가 됩니다(선반 가운데에서 최대)
④ 그것을 단면계수(\(Z\)) 로 나누면
⑤ 휨응력(\(\sigma\)) 이 됩니다(선반의 윗면·아랫면에 걸리는 단위 면적당 힘)
간단한 예
스팬 900 mm·깊이 250 mm·두께 18 mm(\(Z = 13{,}500\) mm³)인 소나무 집성목 선반에 책을 합계 30 kg(1 mm당 0.3269 N/mm) 꽂았을 때의 휨응력(단순지지)은 다음과 같습니다.
최대 휨모멘트 \(M\) \(=\) 하중(0.3269 N/mm) \(\times\) 스팬(900 mm)의 제곱 \(\div\ 8\)
휨응력 \(\sigma\) \(=\) 휨모멘트(33,097 N·mm) \(\div\) 단면계수(13,500 mm³)
\(M = \dfrac{0.3269 \times 900^{2}}{8} = \dfrac{0.3269 \times 810{,}000}{8} \fallingdotseq 33{,}097\ (\mathrm{N \cdot mm})\)
\(\sigma = \dfrac{33{,}097}{13{,}500} \fallingdotseq 2.45\ (\mathrm{N/mm^2}) \quad \Rightarrow \quad \text{허용 휨응력 기준값 } 9\ \mathrm{N/mm^2} \text{의 약 } 27\%\)
이해의 핵심
‘처진다’와 ‘부서진다’는 다른 이야기입니다. 처짐은 겉보기·사용감의 문제이고, 부서지는지 여부는 재료 안에 걸리는 힘(응력)이 재료의 강도를 넘는지로 정해집니다. 보에서는 하중으로 생기는 휨모멘트 \(M\)을 단면계수 \(Z\)로 나눈 휨응력 \(\sigma\)가 재료의 허용 휨응력 \(f_b\) 이하인 것이 ‘부서지지 않는 기준’이 됩니다. 최대 휨모멘트는 등분포하중·단순지지라면 \(\dfrac{w L^2}{8}\)(가운데), 등분포하중·양단 고정이라면 \(\dfrac{w L^2}{12}\)(양 끝), 가운데 집중하중이라면 단순지지에서 \(\dfrac{P L}{4}\)(가운데), 양단 고정에서 \(\dfrac{P L}{8}\)(양 끝)입니다. 이 계산기는 고른 조건에 맞춰 자동으로 바꿉니다. 보통의 책장에서는 목재의 허용 휨응력(장기로 8~10 N/mm² 정도가 기준)에 비해 휨응력은 몇 N/mm² 안에 드는 경우가 많아, ‘부서지기 전에 보기 싫을 만큼 처지는’ 것이 보통입니다. 즉 선반 설계는 처짐으로 정해지는 경우가 많고, 그래서 이 페이지는 처짐을 주인공으로 삼고 있습니다. 다만 얇은 판에 무거운 물건을 올리거나, 파티클보드처럼 강도가 낮은 재료를 쓰거나, 선반 받침이나 나사가 빠져 받침이 먼저 부서지는 경우에는 응력 쪽이 문제가 됩니다. 여기서 보여 주는 허용 휨응력은 ‘일반적으로 인용되는 기준값’으로, 실제 강도는 수종·등급·옹이·함수율·제품의 편차에 따라 크게 달라지며, 선반 받침·다보·나사 같은 접합부의 강도는 이 계산에 들어 있지 않습니다. 이 참고 표시는 안전을 보장하지 않습니다. 무거운 물건을 올리는 선반, 사람이 올라갈 수 있는 선반, 건물의 구조와 관련된 부재는 제조사의 사양이나 설계자에게 확인하세요.
선반은 ‘양 끝에서 받친 보’이므로, 최대 처짐은 하중 × 스팬의 네제곱(집중하중이면 세제곱) ÷ (영률 × 단면 2차 모멘트)에 계수(\(\dfrac{5}{384}\)·\(\dfrac{1}{384}\)·\(\dfrac{1}{48}\)·\(\dfrac{1}{192}\))를 곱해 구합니다. 단면 2차 모멘트는 깊이 × 두께의 세제곱 ÷ 12이므로, 처짐을 줄이려면 스팬을 줄이거나(네제곱으로 효과) 두께를 늘리는 것(세제곱으로 효과)이 효과적입니다. 장기 하중에서는 크리프로 1.5~2배를 예상하고, 처짐비 \(L/300\)~\(L/200\)이나 3 mm를 실용 기준으로 삼습니다. 부서지는지 여부는 휨응력 \(M/Z\)를 허용 휨응력과 비교하지만, 참고값일 뿐 안전을 보장하지 않습니다.

용어·기호 해설

기호

\(\delta\) 델타 최대 처짐(mm)입니다. 그리스 문자 델타(\(\delta\))는 변위(위치의 어긋남)를 나타낼 때 자주 씁니다. 이 페이지에서는 선반 가운데(양단 고정·집중하중에서도 가운데)가 내려간 양입니다. \(\delta_0\)은 올린 직후의 처짐, \(\delta_{\text{장기}}\)는 크리프를 반영한 장기 처짐, \(\delta_a\)는 허용 처짐(allowable의 머리글자)입니다.
\(w\) 더블유(소문자) 1 mm당 하중(N/mm)입니다. 등분포하중의 크기를 나타내며 weight(무게)에서 왔습니다. 선반 전체의 합계 힘 \(W\)를 스팬 \(L\)로 나눈 값입니다.
\(W\) 더블유(대문자) 선반에 올리는 하중의 합계(N)입니다. kg으로 잰 무게에 9.80665를 곱해 N 단위로 바꿉니다. 1 mm당 하중은 \(w = W \div L\)입니다.
\(P\) 피 가운데의 집중하중(N)입니다. 힘을 나타내는 기호로, 하중(load)이나 point load(집중하중)의 뜻으로 자주 씁니다. kg으로 잰 무게에 9.80665를 곱해 N 단위로 바꿉니다.
\(L\) 엘 스팬(mm)입니다. length(길이)의 머리글자로, 받침과 받침 사이의 거리입니다. 선반의 바깥 치수가 아니라 측판 안쪽끼리(또는 선반 받침끼리)의 거리를 씁니다.
\(E\) 이 영률(세로 탄성계수)입니다. elasticity(탄성)의 머리글자로, 재료가 변형되기 어려운 정도를 나타냅니다. GPa로 나타내는 경우가 많으며, 계산에서는 \(1\ \mathrm{GPa} = 1{,}000\ \mathrm{N/mm^2}\)로 N/mm²로 바꿔 씁니다.
\(I\) 아이 단면 2차 모멘트(mm⁴)입니다. moment of inertia of area(단면의 관성 모멘트)의 머리글자로, 단면 모양에 따른 휘기 어려운 정도를 나타냅니다. 직사각형 단면에서는 \(I = \dfrac{b h^3}{12}\)입니다.
\(b\) 비 선반의 깊이(mm)입니다. 보 단면의 폭(breadth)에 해당하며, 올리는 물건의 앞뒤 방향 치수입니다.
\(h\) 에이치 선반의 두께(mm)입니다. 보 단면의 높이(height)에 해당합니다. 처짐에 세제곱으로 효과가 나는, 가장 영향이 큰 치수입니다. \(h_{\min}\)은 허용 처짐 안에 들게 하기 위한 필요 두께입니다.
\(k_c\) 케이 시 크리프 계수입니다. creep(크리프)의 머리글자로, 장기 하중으로 처짐이 몇 배로 늘어나는지를 나타냅니다. 기본값은 1(올린 직후의 처짐)이며, 목재나 목질 보드에서는 1.5~2 정도를 예상하는 경우가 많습니다.
\(n\) 엔 처짐비 \(L/n\)의 분모입니다. 스팬을 처짐으로 나눈 값으로, ‘처짐은 스팬의 \(n\)분의 1’로 읽습니다. \(L/300\)이라면 \(n = 300\)입니다.
\(M\) 엠 최대 휨모멘트(N·mm)입니다. moment(모멘트)의 머리글자로, 판을 휘게 하려는 힘의 크기입니다. 등분포하중·단순지지에서는 가운데에서 \(\dfrac{w L^2}{8}\)이 됩니다.
\(Z\) 제트 단면계수(mm³)입니다. 휨응력을 구할 때 쓰는 단면의 양으로, 직사각형 단면에서는 \(Z = \dfrac{b h^2}{6}\)입니다.
\(\sigma\) 시그마 휨응력(N/mm²)입니다. 그리스 문자 시그마(\(\sigma\))는 응력(단위 면적당 힘)을 나타내는 기호로 씁니다. \(\sigma = M \div Z\)로 구하고 허용 휨응력 \(f_b\)와 비교합니다.
\(f_b\) 에프 비 허용 휨응력의 기준값(N/mm²)입니다. f는 허용 응력(보통 소문자 f), 첨자 b는 bending(휨)입니다. 장기 하중에 대해 재료가 안전하게 견딜 수 있다고 보는 휨응력의 상한으로, 재료의 기준 강도에 안전율을 반영한 값입니다.
\(\mathrm{N}\) 뉴턴 힘의 단위입니다. 1 kg인 물건에 걸리는 중력은 약 9.80665 N입니다(\(1\ \mathrm{kgf} = 9.80665\ \mathrm{N}\)). 이 페이지는 kg으로 입력한 무게를 내부에서 N 단위로 바꿔 계산합니다.
\(\mathrm{N/mm^2}\) 뉴턴 매 제곱밀리미터 응력·영률의 단위입니다. 1 mm²당 몇 N의 힘이 걸리는지로, \(1\ \mathrm{N/mm^2} = 1\ \mathrm{MPa}\)(메가파스칼)입니다. 영률은 \(1\ \mathrm{GPa} = 1{,}000\ \mathrm{N/mm^2}\)입니다.
\(\fallingdotseq\) 거의 같다 ‘대략 같다’를 나타내는 기호입니다. 나누어떨어지지 않는 값을 소수로 반올림해 쓸 때 씁니다.

용어

처짐 판이나 막대에 옆에서 힘이 걸려 휘면서 원래 위치에서 내려간 양(mm)입니다. 선반은 가운데가 가장 많이 내려가므로, 이 페이지의 ‘최대 처짐’은 가운데가 내려간 양을 가리킵니다. 처짐이 크면 보기 싫을 뿐 아니라 선반이 선반 받침에서 빠지거나 미닫이문이 움직이지 않는 등의 문제의 원인이 됩니다.
보 양 끝 등에서 받쳐지고 옆에서 하중을 받아 휘는 가늘고 긴 부재입니다. 선반·바닥을 받치는 장선·다리의 거더·건물의 보는 모두 같은 ‘보’로 계산할 수 있으며, 이 페이지의 공식은 재료역학의 ‘보의 처짐’ 기본 공식 그대로입니다.
스팬 받침과 받침 사이의 거리(mm)입니다. 선반이라면 측판 안쪽끼리, 선반 받침끼리의 간격이며 선반의 전체 길이가 아닙니다. 구조 분야에서는 ‘경간’이라고도 합니다. 처짐은 스팬의 네제곱(집중하중이면 세제곱)에 비례하므로, 중간에 받침을 더해 스팬을 절반으로 하면 처짐은 16분의 1이 됩니다.
등분포하중 판 전체에 고르게 걸리는 하중입니다. 책을 빽빽하게 꽂은 책장, 그릇을 늘어놓은 선반의 하중이 이에 가까우며, 1 mm당 하중 \(w\)(N/mm)로 나타냅니다. 선반 전체의 합계 \(W\)를 넣는 경우에는 \(w = W \div L\)로 바꿔 계산합니다.
집중하중 한 점에 걸리는 하중입니다. 선반 가운데에 TV나 수조 하나만 올리는 경우로, 같은 무게라면 등분포하중보다 1.6배 크게 처집니다. 하중을 받침 가까이로 옮기면 처짐은 훨씬 작아집니다.
단순지지 양 끝을 ‘얹기만’ 해서 받쳐, 끝이 자유롭게 기울 수 있는(회전할 수 있는) 지지 방식입니다. 선반 받침 철물이나 다보에 얹은 높이 조절 선반이 이에 가까우며, 같은 조건에서는 양단 고정보다 크게 처집니다. 헷갈리면 안전한 쪽인 이 방식으로 계산합니다. ‘양단 지지’라고도 합니다.
양단 고정 양 끝이 회전하지 않도록 단단히 고정된 지지 방식입니다. 측판에 나사로 고정하거나 홈에 끼워 고정한 선반이 이에 가까워지며, 처짐은 단순지지의 5분의 1(집중하중이면 4분의 1)이 됩니다. 다만 실제 선반은 완전한 고정이 되지 않으므로 단순지지와 양단 고정의 중간이 됩니다.
영률 재료가 변형되기 어려운 정도(단단함)를 나타내는 값으로, 세로 탄성계수라고도 합니다. 같은 모양·같은 하중이라면 영률이 2배인 재료는 처짐이 절반이 됩니다. 목재는 7~12 GPa, 합판은 6~10 GPa(자작합판은 약 10 GPa), MDF는 3~4 GPa, 파티클보드는 2~3 GPa, 유리는 약 70 GPa, 알루미늄은 약 69 GPa, 강철은 약 200 GPa가 일반적으로 인용되는 기준입니다. 목재는 섬유 방향과 직각 방향에서 크게 다르며, 이 페이지에서는 선반의 길이 방향(섬유 방향)의 값을 씁니다.
단면 2차 모멘트 단면의 모양이 휨에 대해 얼마나 강한지(휘기 어려운 정도)를 나타내는 양으로, 단위는 mm⁴입니다. 직사각형 단면에서는 깊이 × 두께의 세제곱 ÷ 12이고, 두께가 2배가 되면 8배가 됩니다. 같은 재료·같은 양이라도 단면을 ‘세로로 길게’ 쓸수록 커집니다(판을 눕히기보다 세우는 편이 덜 휘는 것은 이 때문입니다).
단면계수 휨응력을 구할 때 쓰는 단면의 양으로, 단위는 mm³입니다. 단면 2차 모멘트를 중립축에서 표면까지의 거리(직사각형이면 두께의 절반)로 나눈 것으로, 직사각형 단면에서는 깊이 × 두께의 제곱 ÷ 6이 됩니다.
중립축 판을 휘면 윗면은 줄어들고 아랫면은 늘어나는데, 그 중간에 늘어나지도 줄어들지도 않는 면이 있습니다. 그것을 중립축(중립면)이라 하며, 직사각형 단면에서는 두께의 딱 한가운데입니다. 중립축에서 먼 부분일수록 크게 늘고 줄며 휨에 강하게 저항합니다.
휨모멘트 판을 휘게 하려는 힘의 크기(N·mm)입니다. ‘힘 × 받침에서의 거리’로 정해지며, 등분포하중·단순지지인 선반에서는 가운데에서 최대인 \(\dfrac{w L^2}{8}\)이 됩니다. 양단 고정에서는 양 끝에서 최대가 됩니다.
휨응력 휨에 의해 재료의 표면(윗면·아랫면)에 생기는 단위 면적당 힘(N/mm²)입니다. 휨모멘트 ÷ 단면계수로 구하며, 이 값이 재료의 허용 휨응력을 넘지 않으면 ‘부서지지 않는 기준’으로 봅니다.
허용 휨응력 재료가 장기 하중에 안전하게 견딜 수 있다고 보는 휨응력 상한의 기준값(N/mm²)입니다. 재료의 기준 강도를 안전율로 나눈 값으로, 목재에서는 장기로 8~10 N/mm² 정도가 일반적으로 인용됩니다. 등급·옹이·함수율·제품에 따라 크게 달라지므로 이 페이지의 값은 참고이며 안전을 보장하지 않습니다.
크리프 일정한 하중을 계속 걸면 변형이 시간이 지나면서 조금씩 늘어나는 현상입니다. 목재·합판·MDF·파티클보드 같은 목질 재료에서 두드러지며, 장기 처짐은 올린 직후의 1.5~2배 정도가 되는 경우가 많다고 합니다. 습도가 높으면 더 늘어납니다. 강철이나 유리는 상온에서는 거의 무시할 수 있습니다.
처짐비 스팬을 처짐으로 나눈 값(\(L/\delta\))으로, ‘처짐이 스팬의 몇분의 1인가’를 나타냅니다. 실무에서는 \(L/300\)(스팬의 300분의 1) 이하면 눈에 잘 띄지 않고, \(L/200\)은 용도에 따라 신경 쓰이는 정도라는 기준이 자주 인용됩니다. 안전성의 기준이 아니라 겉보기·사용감에 대한 경험적인 기준입니다.
집성목 작은 나무 판(라미나)을 섬유 방향을 맞춰 접착해 큰 판으로 만든 재료로, 집성재라고도 합니다. DIY 선반의 대표 재료로, 레드파인·스프러스·삼나무·고무나무 집성목 등이 18 mm·24 mm·30 mm 두께로 많이 팔립니다. 원목보다 잘 휘거나 뒤틀리지 않고 품질이 안정적이지만, 영률은 원래 수종과 크게 다르지 않습니다.
MDF 나무 섬유를 수지로 굳혀 판으로 만든 목질 보드입니다. Medium Density Fiberboard(중밀도 섬유판)의 머리글자입니다. 표면이 평평하고 가공하기 쉬운 반면, 영률은 목재의 절반 이하(3~4 GPa)여서 처지기 쉽고 크리프도 큰 편입니다. 같은 두께라면 집성목보다 크게 처집니다.
파티클보드 나무 조각(칩)을 수지로 굳혀 판으로 만든 목질 보드로, 흔히 PB라고 부릅니다. 표면에 LPM 같은 마감재를 붙여 조립식 가구의 선반에 많이 씁니다. 영률은 2~3 GPa로 낮고 강도도 낮은 편이어서, 처짐과 내하중 양쪽에서 불리합니다. 긴 선반이나 무거운 책에는 맞지 않습니다.
N(뉴턴) 힘의 단위입니다. 1 kg인 물건에는 지구의 중력으로 약 9.80665 N의 힘이 걸립니다. 이 페이지는 kg으로 입력한 무게에 9.80665를 곱해 N 단위로 바꾸고, 힘의 단위로 계산합니다.

먼저 알아 두면 좋은 내용

이 페이지의 계산을 ‘의미를 알고’ 쓸 수 있도록, 먼저 이해해 두면 좋은 내용을 정리했습니다.
막히면 이 표의 내용으로 돌아가 복습하는 것이 지름길입니다.

거듭제곱의 계산(중학교 1학년, 12~13세)
  • \(18^3 = 18 \times 18 \times 18 = 5{,}832\)처럼 같은 수를 여러 번 곱하는 계산을 할 수 있는 것
  • ‘두께가 2배면 세제곱으로 8배’, ‘스팬이 2배면 네제곱으로 16배’처럼 거듭제곱의 효과 차이를 비교할 수 있는 것
정비례와 반비례(중학교 1학년, 12~13세)
  • ‘하중이 2배면 처짐도 2배(정비례)’, ‘영률이 2배면 처짐은 절반(반비례)’의 관계를 아는 것
  • 분수 꼴의 식에서 ‘분자에 있는 것은 정비례, 분모에 있는 것은 반비례’로 읽을 수 있는 것
문자와 식, 등식의 변형(중학교 1~2학년, 12~14세)
  • \(\delta = \dfrac{5 w L^4}{384 E I}\) 같은 문자식에 숫자를 대입할 수 있는 것
  • ‘\(\delta\)를 알고 \(L\)을 구하고 싶을’ 때 식을 \(L^4 = \cdots\) 꼴로 다시 풀 수 있는 것(역산)
제곱근·거듭제곱근(중학교 3학년~고등학교, 14~18세)
  • \(\sqrt[4]{x}\)(네제곱근)는 ‘네제곱하면 \(x\)가 되는 수’, \(\sqrt[3]{x}\)(세제곱근)는 ‘세제곱하면 \(x\)가 되는 수’임을 아는 것
  • 네제곱근은 ‘제곱근의 제곱근’으로 구할 수 있다는 것(\(\sqrt[4]{x} = \sqrt{\sqrt{x}}\))
지수 표기와 큰 수의 계산(고등학교 수학·물리, 15~18세)
  • \(4.096 \times 10^{11}\) 같은 표기로 큰 수를 다루고 곱셈·나눗셈을 할 수 있는 것
  • \(1\ \mathrm{GPa} = 1{,}000\ \mathrm{N/mm^2}\), \(1\ \mathrm{kgf} = 9.80665\ \mathrm{N}\) 같은 단위 환산을 할 수 있는 것
힘과 압력·훅의 법칙(중학교 과학·고등학교 물리, 12~18세)
  • 힘의 단위 N(뉴턴)과, 질량 kg에 걸리는 중력(약 9.8 N/kg)의 관계를 아는 것
  • ‘힘과 변형이 비례한다’는 훅의 법칙의 생각을 아는 것(영률은 그 재료판입니다)
  • 압력·응력이 ‘단위 면적당 힘’이라는 것을 아는 것

Excel로 계산하는 방법

아래 표를 통째로 복사해 Excel의 A1 셀에 붙여 넣으면 그대로 사용할 수 있습니다.
‘단면 2차 모멘트와 단면계수’를 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
단면계수 Z(mm³) =B1*B2^2/6
‘최대 처짐(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
스팬 L(mm) 900
영률 E(GPa) 9
하중 합계 W(kg) 30
크리프 계수 k_c 1
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
1 mm당 하중 w(N/mm) =B5*9.80665/B3
최대 처짐 δ(mm) =5*B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6
처짐비 L/δ의 분모 n =B3/B9
‘최대 처짐(가운데 집중하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 300
선반 두께 h(mm) 25
스팬 L(mm) 800
영률 E(GPa) 11
가운데의 집중하중 P(kg) 20
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
최대 처짐 δ(mm) =B5*9.80665*B3^3/(48*B4*1000*B6)
‘역산: 최대 스팬과 최대 하중(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
영률 E(GPa) 9
1 m당 하중 w(kg/m) 25
허용 처짐 δa(mm) 3
크리프 계수 k_c 1
스팬 L(mm, 최대 하중 계산용) 900
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
최대 스팬 L_max(mm) =(384*B3*1000*B8*B5/(5*B4*9.80665/1000*B6))^(1/4)
최대 하중 w_max(kg/m) =384*B3*1000*B8*B5/(5*B6*B7^4)*1000/9.80665
‘휨응력(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
스팬 L(mm) 900
하중 합계 W(kg) 30
허용 휨응력 기준값 f_b(N/mm²) 9
단면계수 Z(mm³) =B1*B2^2/6
최대 휨모멘트 M(N·mm) =B4*9.80665/B3*B3^2/8
휨응력 σ(N/mm²) =B7/B6
허용 휨응력에 대한 비율(%) =B8/B5*100
붙여 넣으면 B열의 위쪽 행이 입력란이 되고, 아래쪽 행이 자동 계산 결과가 됩니다.
첫 번째 표는 깊이 250 mm·두께 18 mm로, B3이 121500(mm⁴), B4가 13500(mm³)이 됩니다. 두 번째 표는 소나무 집성목(9 GPa)·스팬 900 mm·합계 30 kg으로, B9가 약 2.55(mm), B10이 약 352가 됩니다(처짐은 스팬의 1/352). 양단 고정으로 하려면 B9 식의 ‘5*’를 지워 ‘=B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6’으로 합니다.
세 번째 표는 참나무(11 GPa)·스팬 800 mm·가운데에 20 kg으로, B7이 약 0.49(mm)가 됩니다. 양단 고정이라면 ‘48’을 ‘192’로 바꿉니다. 네 번째 표는 허용 처짐 3 mm·1 m당 25 kg으로, B9가 약 1006.8(mm. 계산기는 안전한 쪽으로 버림해 1,006으로 표시), B10이 약 39.16(kg/m. 계산기는 0.1 단위로 버림해 39.1로 표시)이 됩니다. 다섯 번째 표는 휨응력으로, B8이 약 2.45(N/mm²), B9가 약 27(%)이 됩니다.
‘^’는 거듭제곱(B2^3은 두께의 세제곱), ‘*’는 곱셈, ‘/’는 나눗셈입니다. 영률은 GPa로 넣고, 식 안에서 1000을 곱해 N/mm²로 바꿉니다.

Google 스프레드시트로 계산하는 방법

아래 표를 통째로 복사해 Google 스프레드시트의 A1 셀에 붙여 넣으면 그대로 사용할 수 있습니다.
‘단면 2차 모멘트와 단면계수’를 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
단면계수 Z(mm³) =B1*B2^2/6
‘최대 처짐(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
스팬 L(mm) 900
영률 E(GPa) 9
하중 합계 W(kg) 30
크리프 계수 k_c 1
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
1 mm당 하중 w(N/mm) =B5*9.80665/B3
최대 처짐 δ(mm) =5*B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6
처짐비 L/δ의 분모 n =B3/B9
‘최대 처짐(가운데 집중하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 300
선반 두께 h(mm) 25
스팬 L(mm) 800
영률 E(GPa) 11
가운데의 집중하중 P(kg) 20
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
최대 처짐 δ(mm) =B5*9.80665*B3^3/(48*B4*1000*B6)
‘역산: 최대 스팬과 최대 하중(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
영률 E(GPa) 9
1 m당 하중 w(kg/m) 25
허용 처짐 δa(mm) 3
크리프 계수 k_c 1
스팬 L(mm, 최대 하중 계산용) 900
단면 2차 모멘트 I(mm⁴) =B1*B2^3/12
최대 스팬 L_max(mm) =(384*B3*1000*B8*B5/(5*B4*9.80665/1000*B6))^(1/4)
최대 하중 w_max(kg/m) =384*B3*1000*B8*B5/(5*B6*B7^4)*1000/9.80665
‘휨응력(등분포하중·단순지지)’을 구하는 표
선반 깊이 b(mm) 250
선반 두께 h(mm) 18
스팬 L(mm) 900
하중 합계 W(kg) 30
허용 휨응력 기준값 f_b(N/mm²) 9
단면계수 Z(mm³) =B1*B2^2/6
최대 휨모멘트 M(N·mm) =B4*9.80665/B3*B3^2/8
휨응력 σ(N/mm²) =B7/B6
허용 휨응력에 대한 비율(%) =B8/B5*100
Excel과 같은 식(거듭제곱의 ‘^’도 같음)을 그대로 쓸 수 있습니다. 표를 통째로 복사해 A1 셀에 붙여 넣고 B열을 자기 숫자로 바꿔 쓰세요.

Python으로 계산하는 방법

# 선반을 ‘양 끝에서 받친 보’로 보고 최대 처짐을 구한다(단위: mm·kg·GPa)
depth_mm = 250            # 선반 깊이 b(mm)
thickness_mm = 18         # 선반 두께 h(mm)
span_mm = 900             # 스팬 L(받침 간격, mm)
young_gpa = 9             # 영률 E(GPa). 소나무 집성목의 기준값
load_kg = 30              # 하중 합계 W(kg). 전체에 고르게 올린다
creep_factor = 1          # 크리프 계수(장기 하중이면 1.5~2 정도)
support = "simple"        # "simple" = 선반 받침에 얹기만 함(단순지지), "fixed" = 양단 고정
allow_stress = 9          # 허용 휨응력 기준값 f_b(N/mm²)

GRAVITY = 9.80665         # 1 kgf = 9.80665 N
young = young_gpa * 1000  # GPa → N/mm²
inertia = depth_mm * thickness_mm ** 3 / 12          # 단면 2차 모멘트 I(mm⁴)
section_modulus = depth_mm * thickness_mm ** 2 / 6   # 단면계수 Z(mm³)
load_n_per_mm = load_kg * GRAVITY / span_mm          # 1 mm당 하중 w(N/mm)

# 등분포하중의 최대 처짐: 단순지지 5wL⁴/(384EI), 양단 고정 wL⁴/(384EI)
coef = 5 / 384 if support == "simple" else 1 / 384
deflection = coef * load_n_per_mm * span_mm ** 4 / (young * inertia)
deflection_long = deflection * creep_factor
ratio_n = span_mm / deflection_long
print(f"단면 2차 모멘트 I = {inertia:,.1f} mm⁴")
print(f"최대 처짐 = {deflection:.2f} mm(장기 {deflection_long:.2f} mm, 처짐비 L/{ratio_n:.0f})")

# 휨응력(참고): M = wL²/8(단순지지) 또는 wL²/12(양단 고정), σ = M/Z
moment = load_n_per_mm * span_mm ** 2 / (8 if support == "simple" else 12)
stress = moment / section_modulus
print(f"휨응력 = {stress:.2f} N/mm²(허용 휨응력 기준값 {allow_stress}의 {stress / allow_stress * 100:.1f}%, 참고)")

# 역산: 처짐을 allow_mm 이내로 하는 최대 스팬(등분포, 1 m당 load_kg_per_m)과 최대 하중
allow_mm = 3
load_kg_per_m = 25
w = load_kg_per_m * GRAVITY / 1000                   # kg/m → N/mm
span_max = (384 * young * inertia * allow_mm / (5 * w * creep_factor)) ** 0.25
w_max = 384 * young * inertia * allow_mm / (5 * creep_factor * span_mm ** 4)
# 역산 결과는 안전한 쪽으로 버린다(최대 스팬은 1 mm 단위, 최대 하중은 0.1 단위)
span_max_floor = int(span_max)
w_max_kg_per_m_floor = int(w_max * 1000 / GRAVITY * 10) / 10
print(f"허용 처짐 {allow_mm} mm의 최대 스팬 = {span_max_floor} mm(1 m당 {load_kg_per_m} kg, 1 mm 버림)")
print(f"스팬 {span_mm} mm에서의 최대 하중 = {w_max_kg_per_m_floor} kg/m(0.1 버림)")
표준 라이브러리만으로 동작합니다. 맨 앞의 치수·영률·하중을 자기 숫자로 바꿔 실행하세요. 가운데 집중하중으로 하려면 처짐 줄을 ‘load_kg * GRAVITY * span_mm ** 3 / (48 * young * inertia)’(양단 고정이면 192)로, 휨모멘트를 ‘load_kg * GRAVITY * span_mm / 4’(양단 고정이면 8)로 바꿉니다. ‘** 3’은 세제곱, ‘** 0.25’는 네제곱근입니다.

LaTeX 등 수식 언어로 쓰는 법(복사 가능)

단면 2차 모멘트와 단면계수(선반 단면의 ‘휘기 어려운 정도’)
I = b × h³ ÷ 12,  Z = b × h² ÷ 6
I = \frac{b h^{3}}{12},\quad Z = \frac{b h^{2}}{6}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mi>I</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>b</mi><msup><mi>h</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mn>12</mn></mfrac>
    <mo>,</mo>
    <mi>Z</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>b</mi><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>6</mn></mfrac>
  </mrow>
</math>
I = (b h^3) / 12,  Z = (b h^2) / 6
{b*h^3/12, b*h^2/6}
Iz := b*h^3/12;  Z := b*h^2/6;
I = b*h^3/12;  Z = b*h^2/6;  % b는 깊이(mm), h는 두께(mm)
I = b h^3/12,  Z = b h^2/6
최대 처짐(전체에 고르게 걸리는 하중 = 등분포하중)
δ = 5 × w × L⁴ ÷ (384 × E × I)(단순지지),  δ = w × L⁴ ÷ (384 × E × I)(양단 고정)
\delta = \frac{5 w L^{4}}{384 E I}\ \text{(simply supported)},\quad \delta = \frac{w L^{4}}{384 E I}\ \text{(fixed ends)}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mi>δ</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mn>5</mn><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
    <mo>,</mo>
    <mi>δ</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
  </mrow>
</math>
delta = (5 w L^4) / (384 E I),  delta = (w L^4) / (384 E I)
{5*w*L^4/(384*Ey*Iz), w*L^4/(384*Ey*Iz)}
delta_simple := 5*w*L^4/(384*E*Iz);  delta_fixed := w*L^4/(384*E*Iz);
delta_simple = 5*w*L^4/(384*E*I);  delta_fixed = w*L^4/(384*E*I);  % w는 N/mm, L은 mm, E는 N/mm^2, I는 mm^4
δ = 5 w L^4/(384 E I),  δ = w L^4/(384 E I)
최대 처짐(중앙에 집중된 하중 = 집중하중)
δ = P × L³ ÷ (48 × E × I)(단순지지),  δ = P × L³ ÷ (192 × E × I)(양단 고정)
\delta = \frac{P L^{3}}{48 E I}\ \text{(simply supported)},\quad \delta = \frac{P L^{3}}{192 E I}\ \text{(fixed ends)}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mi>δ</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>P</mi><msup><mi>L</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mn>48</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
    <mo>,</mo>
    <mi>δ</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>P</mi><msup><mi>L</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mn>192</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
  </mrow>
</math>
delta = (P L^3) / (48 E I),  delta = (P L^3) / (192 E I)
{P*L^3/(48*Ey*Iz), P*L^3/(192*Ey*Iz)}
delta_simple := P*L^3/(48*E*Iz);  delta_fixed := P*L^3/(192*E*Iz);
delta_simple = P*L^3/(48*E*I);  delta_fixed = P*L^3/(192*E*I);  % P는 N, L은 mm, E는 N/mm^2, I는 mm^4
δ = P L^3/(48 E I),  δ = P L^3/(192 E I)
장기 처짐(크리프)과 처짐비 L/δ
δ_장기 = k_c × δ₀,  n = L ÷ δ_장기
\delta_{\mathrm{long}} = k_c \, \delta_0,\quad n = \frac{L}{\delta_{\mathrm{long}}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msub><mi>δ</mi><mi>long</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>δ</mi><mn>0</mn></msub>
    <mo>,</mo>
    <mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><msub><mi>δ</mi><mi>long</mi></msub></mfrac>
  </mrow>
</math>
delta_(long) = k_c * delta_0,  n = L / delta_(long)
{kc*delta0, L/(kc*delta0)}
delta_long := kc*delta0;  n := L/delta_long;
delta_long = kc*delta0;  n = L/delta_long;  % kc는 크리프 계수, delta0은 올린 직후의 처짐(mm)
δ_long = k_c δ_0,  n = L/δ_long
역산(허용 처짐으로 최대 스팬·최대 하중 구하기)
L_max = (384 × E × I × δ_a ÷ (5 × w × k_c))^(1/4),  w_max = 384 × E × I × δ_a ÷ (5 × k_c × L⁴)
L_{\max} = \sqrt[4]{\frac{384 E I \delta_a}{5 w k_c}},\quad w_{\max} = \frac{384 E I \delta_a}{5 k_c L^{4}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <msub><mi>L</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo>
    <mroot><mfrac><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi><msub><mi>δ</mi><mi>a</mi></msub></mrow><mrow><mn>5</mn><mi>w</mi><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac><mn>4</mn></mroot>
    <mo>,</mo>
    <msub><mi>w</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi><msub><mi>δ</mi><mi>a</mi></msub></mrow><mrow><mn>5</mn><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow></mfrac>
  </mrow>
</math>
L_max = root(4)((384 E I delta_a) / (5 w k_c)),  w_max = (384 E I delta_a) / (5 k_c L^4)
{(384*Ey*Iz*deltaA/(5*w*kc))^(1/4), 384*Ey*Iz*deltaA/(5*kc*L^4)}
Lmax := (384*E*Iz*deltaA/(5*w*kc))^(1/4);  wmax := 384*E*Iz*deltaA/(5*kc*L^4);
Lmax = (384*E*I*deltaA/(5*w*kc))^(1/4);  wmax = 384*E*I*deltaA/(5*kc*L^4);  % deltaA는 허용 처짐(mm), kc는 크리프 계수
L_max = (384 E I δ_a/(5 w k_c))^(1/4),  w_max = 384 E I δ_a/(5 k_c L^4)
휨응력(참고: 재료가 부서지지 않는지의 기준)
M = w × L² ÷ 8,  σ = M ÷ Z
M = \frac{w L^{2}}{8},\quad \sigma = \frac{M}{Z}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
  <mrow>
    <mi>M</mi><mo>=</mo>
    <mfrac><mrow><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>8</mn></mfrac>
    <mo>,</mo>
    <mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>M</mi><mi>Z</mi></mfrac>
  </mrow>
</math>
M = (w L^2) / 8,  sigma = M / Z
{w*L^2/8, (w*L^2/8)/Z}
M := w*L^2/8;  sigma := M/Z;
M = w*L^2/8;  sigma = M/Z;  % w는 N/mm, L은 mm, Z는 mm^3
M = w L^2/8,  σ = M/Z

ChatGPT 에게 물어서 계산하는 방법

당신은 재료역학(보의 처짐) 계산 도우미입니다. 다음 계산을 반드시 Python 코드를 실제로 실행해서 하고, 실행 결과의 숫자만을 근거로 답해 주세요(암산이나 추측으로 답하지 마세요).

깊이 250 mm·두께 18 mm인 소나무 집성목 선반(영률 9 GPa = 9,000 N/mm²)을 스팬 900 mm의 선반 받침에 얹고(단순지지), 책을 합계 30 kg 고르게 꽂습니다. 1 kg = 9.80665 N으로 합니다.
다음 값을 각각 구해 주세요.
1. 단면 2차 모멘트 I = b × h³ ÷ 12(mm⁴)와 단면계수 Z = b × h² ÷ 6(mm³)
2. 1 mm당 하중 w = 30 × 9.80665 ÷ 900(N/mm)과 최대 처짐 δ = 5 × w × L⁴ ÷ (384 × E × I)(mm), 처짐비 L/δ
3. 양단 고정(δ = w × L⁴ ÷ (384 × E × I))으로 한 경우의 최대 처짐(mm)
4. 크리프 계수 2를 반영한 장기 처짐(mm)과 그것이 L/300 이하인지 여부
5. 휨응력 σ = (w × L² ÷ 8) ÷ Z(N/mm²)와 허용 휨응력 기준값 9 N/mm²에 대한 비율(%)
6. 처짐을 3 mm 이내로 하기 위한 최대 스팬 L_max = (384 × E × I × 3 ÷ (5 × w))^(1/4)(mm. w는 1 m당 25 kg = 0.2452 N/mm로 합니다)

계산에 쓴 식과 실행 결과의 숫자를 보여 주세요.

사용법
  1. 1
    숫자 입력
    계산하고 싶은 숫자를 입력란에 입력합니다
  2. 2
    계산
    ‘계산’ 버튼을 누릅니다
  3. 3
    결과 확인
    계산 결과가 바로 표시됩니다. 계산의 원리와 공식 해설도 같은 페이지에서 확인할 수 있습니다
  DataChef의 특징
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무료로 횟수 제한 없이 변환
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