2026년 5급 공채 구조역학 2번 (손계산으로 풀어 보기)

1.개요

5급 공채 구조역학 문제는 계산기 사용을 전제로 출제되는 경우가 많지만, 그중에서도 손계산으로 충분히 접근 가능한 문제들은 별도의 포스팅으로 정리하고 있습니다. 이러한 이유는 단순히 5급 문제를 소개하기 위함이 아니라, 7급·9급을 준비하는 수험생들에게도 손계산으로 해결할 수 있는 문제의 범위를 넓혀주고 구조역학을 바라보는 시야를 확장시키기 위함입니다. 실제로 상위 시험의 문제 중에는 계산량은 다소 많더라도 핵심 원리를 이해하고 있다면 손계산으로 충분히 해결 가능한 문제들이 적지 않습니다.

이전 포스팅에서는 부정정 프레임에서 중첩의 원리, 공액보법, 가상일법 등을 활용하여 처짐과 부정정력을 손계산으로 구하는 방법들을 소개하였습니다. 이번에는 2026년 5급 공채 구조역학에 출제된 프레임 문제를 손계산으로 해결하는 과정을 살펴보겠습니다.

이 문제의 핵심은 프레임을 하나의 복잡한 구조물로 바라보기보다, 서로 연결된 보(Beam)의 집합으로 이해하는 것입니다. 각 부재의 회전과 처짐이 접합부를 통해 다른 부재의 변형과 어떻게 연결되는지를 이해하면 해석이 훨씬 단순해집니다. 특히 이번 문제에서는 공액보법을 이용하여 접합부의 회전각을 먼저 산정하고, 이를 바탕으로 중첩의 원리를 적용하여 C점 스프링에 작용하는 힘을 미지력으로 설정한 뒤 적합조건을 만족시키도록 해를 구하였습니다.

또한 이 구조물은 스프링 반력을 미지력으로 선택하면 1차 부정정 구조물이 되므로, 부정정 해석의 가장 기본적인 사고과정인 '미지력을 제거한 기본구조 → 변형 계산 → 적합조건 적용'의 흐름을 연습하기에 매우 좋은 문제입니다. 계산 과정 자체보다도 어떤 해석 기법을 선택하고, 각 기법을 어떻게 유기적으로 연결하는지에 초점을 맞춰 읽어보시기 바랍니다. 이는 향후 7급과 5급의 다양한 부정정 구조물 문제를 해결하는 데에도 큰 도움이 될 것입니다.

2. 문제 풀이

(1) 스프링을 제외한 정정 프레임의 처짐 산정

스프링이 없을때의 처짐과 스프링력 (F)에 대한 C점의 처짐을 각각산정하여 최종 중첩법으로 산정

(2) C점에서의 적합 조건 

C점에서의 상대변위의 합은 0이다라는 조건식으로 미지력(F)가 산정

(3) 반력 산정

따라서 최종 결과는 다음과 같습니다.

(4) k=0 일때의 SFD, BMD 산정

위에 산정된 반력값에 k=0 대입시 

① BMD

② SFD

(5) k=∞ 일때의 SFD, BMD 산정

F와 , MA 값을 산정 하면 아래와 같습니다.

따라서 반력은 다음과 같습니다.

① BMD

② SFD

3. 마무리하며

이 문제는 계산 자체는 길어 보일 수 있지만, 실제로는 1차 부정정 구조물의 해석 과정을 얼마나 체계적으로 이해하고 있는지를 평가하는 문제입니다. 미지력을 선정하여 기본구조를 만든 뒤, 공액보법으로 회전각을 구하고 중첩의 원리를 이용해 적합조건을 만족시키는 일련의 과정은 부정정 구조해석의 가장 기본적인 사고방식을 그대로 보여줍니다.

특히 프레임 구조물이라고 해서 새로운 공식을 외우려 하기보다, 각 부재를 하나의 보로 생각하고 접합부에서 회전과 처짐이 어떻게 연속되는지를 이해하는 것이 무엇보다 중요합니다. 이러한 관점이 익숙해지면 프레임 문제도 결국 여러 개의 보 문제를 연결하여 해석하는 과정이라는 것을 자연스럽게 느낄 수 있습니다.

또한 이번 문제는 계산기를 사용할 수 있는 5급 문제임에도 불구하고, 적절한 해석 기법을 선택하면 손계산으로도 충분히 접근할 수 있는 좋은 예입니다. 계산량을 줄이는 핵심은 복잡한 연산이 아니라 구조물을 바라보는 관점과 적합한 해석 기법의 선택에 있습니다. 공액보법, 중첩의 원리, 가상일법과 같은 기본 개념들을 유기적으로 연결할 수 있다면 상위 시험의 문제도 충분히 손계산으로 해결할 수 있습니다.

결국 구조역학에서 가장 중요한 것은 공식을 많이 암기하는 것이 아니라 구조물의 거동을 이해하는 능력입니다. 이러한 사고방식이 쌓일수록 7급, 9급은 물론 5급 수준의 부정정 구조물도 훨씬 직관적으로 접근할 수 있게 될 것입니다. 이번 문제를 계기로 단순히 풀이만 따라가기보다, 각 단계에서 왜 이러한 해석 방법을 선택했는지를 함께 고민해 보시기 바랍니다. 이것이 구조역학 실력을 한 단계 끌어올리는 가장 빠른 방법입니다.