‘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.
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 계산은 어디에 쓰일까요?
‘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.
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.
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.
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.
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.
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
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) |
|
| 정비례와 반비례(중학교 1학년, 12~13세) |
|
| 문자와 식, 등식의 변형(중학교 1~2학년, 12~14세) |
|
| 제곱근·거듭제곱근(중학교 3학년~고등학교, 14~18세) |
|
| 지수 표기와 큰 수의 계산(고등학교 수학·물리, 15~18세) |
|
| 힘과 압력·훅의 법칙(중학교 과학·고등학교 물리, 12~18세) |
|
Excel로 계산하는 방법
| 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 |
| 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 |
| 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) |
| 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 |
| 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 |
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
| 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 |
| 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 |
| 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) |
| 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 |
| 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 |
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)")
LaTeX 등 수식 언어로 쓰는 법(복사 가능)
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
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)
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)
δ_장기 = k_c × δ₀, n = L ÷ δ_장기
\delta_{\mathrm{long}} = k_c \, \delta_0,\quad n = \frac{L}{\delta_{\mathrm{long}}}
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<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
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}}
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<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)
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
-
1숫자 입력계산하고 싶은 숫자를 입력란에 입력합니다
-
2계산‘계산’ 버튼을 누릅니다
-
3결과 확인계산 결과가 바로 표시됩니다. 계산의 원리와 공식 해설도 같은 페이지에서 확인할 수 있습니다
DataChef의 특징
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