가새골조 vs 모멘트 저항 프레임

 

가새골조 vs 모멘트 저항 프레임

구조 엔지니어가 설명하는 핵심 차이 · 구조개념횡력저항

건물의 구조 계획 단계에서 반드시 결정해야 하는 것이 있습니다.
"수평 하중(지진·바람)을 어떤 시스템으로 막을 것인가?"

이 선택이 건물의 안전성, 경제성, 건축 자유도를 모두 좌우합니다. 오늘은 철골 구조에서 가장 많이 쓰이는 두 가지 횡력저항시스템인 가새골조(Braced Frame)와 모멘트 저항 프레임(MRF)을 철저히 비교합니다.

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1. 횡력저항시스템이란?

건물은 수직 하중(중력)뿐 아니라 수평 하중에도 저항해야 합니다. 수평 하중에 저항하지 못하면 건물이 옆으로 쓰러집니다.

수평 하중의 종류

• ① 지진하중 (Seismic Load) → 지진 시 각 층에 작용하는 수평 관성력
• ② 풍하중 (Wind Load) → 바람이 건물 외벽에 가하는 수평 압력

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2. 두 시스템 한눈에 보기

 

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3. 가새골조 (Braced Frame)

▶ 작동 원리

기둥과 보로 이루어진 프레임 안에 대각선 부재(가새, Brace)를 추가합니다. 가새가 트러스처럼 작용하여 수평력을 축력(인장·압축)으로 저항합니다.

N = H / sin θ    |    N: 가새 축력   H: 수평력   θ: 경사각 (30°~60°)

▶ 가새의 종류

• ① X형 가새 — 강성 최고, 개구부 불가
• ② V형/역V형 (Chevron) — 개구부 일부 확보, 보 불균형력 주의
• ③ K형 — ⚠ 내진 비선호
• ④ 편심 가새골조 (EBF) — ✅ 연성+강성 동시 확보

✅ 장점

• 높은 강성 → 층간변위 제어
• 단면 작아도 됨 → 경제적
• 빠른 시공

⚠ 단점

• 개구부 위치 제한
• 건축 평면 자유도 낮음
• 가새 좌굴 문제

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4. 모멘트 저항 프레임 (MRF)

▶ 작동 원리

보-기둥 접합부를 강접합(Rigid Connection)으로 만들어 모멘트(M)를 전달하는 방식으로 수평력에 저항합니다.

K ≈ 12EI / L³    |    E: 205,000 MPa(철골)   I: 단면 2차 모멘트   L: 기둥 높이

✅ 장점

• 평면 자유도 극대화
• 개구부 위치 제한 없음
• 연성 우수 → 내진 성능 높음

⚠ 단점

• 강성 낮음 → 층간변위 증가
• 단면 커짐 → 비용 증가
• 강접합 시공 복잡

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5. 한눈에 비교

항목	가새골조 (BF)	모멘트 프레임 (MRF)
저항 메커니즘	가새의 축력	접합부 모멘트
횡강성	★★★★★ 높음	★★★ 중간
연성	★★★ 중간	★★★★★ 높음
층간변위 제어	✅ 우수	⚠ 불리
건축 평면 자유도	제한적	매우 자유로움
경제성	✅ 유리	단면 커져 불리
주요 적용	중·고층 오피스·공장	저·중층, 필로티 구조

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6. 실무 선택 기준

💡 가새골조 — 층간변위 엄격, 경제성 중요, 가새 공간 확보 가능

💡 모멘트 프레임 — 개방 평면 필수, 고위험 내진 지역, 저층

💡 이중 시스템 (Dual) — 고층 건물, MRF 20% 이상 하중 분담 (KBC)

※ MIDAS, ETABS 등으로 강성 비교 검토 후 최종 결정

📌 핵심 요약

• 가새골조 = 축력 저항 · 강성 높음 · 평면 자유도 낮음
• 모멘트 프레임 = 모멘트 저항 · 연성 우수 · 평면 자유도 높음

→ 실무에서는 이중 시스템(Dual System) 조합이 가장 합리적인 경우가 많습니다.