Thechnical theater 에선 가장 잘 알려진 책이다.
기본적으로 timber industry 와 steel industry 그리고 plywood industry의 construction manual을 참고로 무대기술에 적당한 부분만 정리하여 놓은 책이다. 이 곳 Technical Design & Production Department의 Chairman인 Ben Sammler 교수가 쓴 책이다.
12 chapter 중, 1학년 2학기 중반인 현재 chapter 8 까지 수업 시간에 진행하였다. 초반에는 기본적인 정역학(움직이지 않는 하중)의 소개에서 시작하여 여러가지 하중의 구성과 그 다양한 적용, 그리고 그 하중의 형태에 따른 적당한 목재와 철재로 만들어진 상 혹은 보(beam)와 그 기하학적 특성(geometric properties)을 배운다.
막상, 책을 처음 들여다 보면 많은 양의 수학적 공식들로 보기도 전에 질려 버리지만, 수업 시간에 하나 하나 짚어가며 진행하다 보면 그다지 어렵지 않다. 거의 이미 정해져 있는 패턴에 변수들만 입력하는 수준이라고 할 수 있다. 그리고, 현실에서는 공식을 적용하여 매번 계산을 해야할 정도로 다양한 공학적 적용이 불필요할 만큼 제한된 방법을 사용하므로, 대부분의 경우에 상황에 맞추어 공학적 계산을 수행하기 보다, 현실을 검증된 계산에 맞추는 것이 현장에서의 경향이다. 예를 들면, 한번 덧마루의 제작 방법이 계산되어 검증되면, 다음번엔 대부분 그 방법을 별다른 계산없이 따르게 되므로, 덧마루를 제작할 때마다 계산을 해야하는 것이 아니란 것이다. 그렇게 놓고 보면 공학적 계산이 무대 제작에서 빈번하다고 할 수는 없다.
더우기 한국적 현실에서는 그 적용에 있어 몇가지 제한마저 있다.
한국에서는 더우기 미국에서 보다 목재의 종류에 있어 다양하지 않고, 그 크기에 있어서도 공식을 적용하기 어려울 정도로 작은 목재들(1x1, 2x4)을 사용하기 때문에, 사실 이런 공학적 계산이 한국의 무대 제작 상황에 적용되려면 대안이 필요하겠다.
공학적 계산에 목재들이 사용되려면 보(beam)로서 고유의 data를 가지고 있어야 한다.
그 data들은 보(beam) 나 기둥(cloumn)을 디자인할 때 사용되는 숫자들이며, 세가지 종류의 data 가 있다. 기하학적 특성(geometric properties)과 base design value 그리고 하중(loading condition) 이렇게 세가지로 압축할 수 있다.
기하학적 특성(geometric properties)은 재료의 사이즈의 따라
- 단면 계수(section modulus): 보(beam)에 외력이 가해져서 변형이나 변형력이 일어날 때, 이를 계산하는 데 쓰이는 계수를 말하는데, 이는 단면의 형태에 의해서 정해지는 상수이다.(Naver 지식인으로 부터)
사실, 이 단어의 의미가 잘 다가오지 않지만, 계속 사용하다보면 그런가 보다 하고, 그냥 받아들이게 된다. 단면 계수는 물질의 종류와 관계없이 형태 즉, 크기와 모양에 관계하는 것이므로, 나무로 만들어 진 것이든, 철재로 만들어진 것이든 그 값은 같다.
- 관성 모멘트(moment of inertia): 회전축을 중심으로 회전하는 물체가 계속해서 회전을 지속하려고 하는 성질의 크기를 나타낸 것이다. 질량과 회전축으로부터의 거리의 제곱에 비례하기 때문에 납작하고 넓은 물체일수록 같은 무게일 때 관성모멘트가 크다.(naver 지식인으로 부터)
항상 단어의 정의는 그 단어 자체 만큼이나 이해하기 어렵다. 그러나 정의의 첫 줄에서 처럼 모멘트라는 것이 회전과 축에 관계하므로, 관성 모멘트라는 것은 무게 중심(center of gravity)과 그 것과의 거리와 관계된다. 잘 알려져 있듯이 어떤 형태의 물체라도 무게 중심을 찾으면 평형을 유지할 수 있다. 어느 기인이 불규칙한 모양의 돌들을 서로 쌓아올리듯이 각각의 무게 중심을 지구의 중력과 일치 시키면 쓰러트리지 않고 쌓을 수 있게 되는 것이다. 그런 무게 중심과 그 곳으로 부터의 거리에 비례하여 이 관성 모멘트는 증가한다.
- 회전 반경(radious of gyration): 무게 중심에서과 질량의 평균의 거리.
뭔 소리냐면, 정확한 설명이 아닐지 모르지만, 그냥 개념을 이해하는 차원에서 예를 들겠다. 볼링볼의 회전을 돕기 위해 볼안에 코어를 넣는데, 무게 중심과의 거리에 따라 그 수치를 표기한다고 한다. 그 차이는 무게 중심과 질량의 평균의 거리가 가까울수록 볼의 회전 속도가 빠르고, 그 반대인 경우에는 볼의 속도가 느린 대신 볼의 움직임의 변화가 크다는 것이다. 즉 beam으로 보면 정사각형일수록 회전 반경의 치수가 작고, 직사각형일 수록 커진다.
그리고 목재나 철재의 종류에 따른 base design value는 다음과 같다.(목재는 다양한 수종이 존재하고 그에 따라 강도가 다르며, 철재도 제조 방법에 따라 강도가 다르다)
탄성(elasticity): 외부 힘에 의하여 변형을 일으킨 물체가 힘이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질로 일상 생활에서는 고무나 스프링 등에서 쉽게 볼 수 있다.(from Naver)
압축 강도(allowable compressive stress)
휨 강도(allowable bending moment)
인장 강도(tensile stress)
전단 강도(shear stress)
위의 강도들은 재료의 치수나 형태와 관계없이 그 물질의 특성과 관계하여 그 적용에 따른 허용 수치들이다.
마지막으로 하중(loading condition)은 그 형태에 따라
각기 다른 형태의 고르게 퍼진 하중(evenly distributed load)이 있고,
한 곳에 집중된 하중(point load)이 있으며
움직이는 하중(live load)이 있고,
정지 하중(dead load)이 있다.
퍼진 하중은 합판과 표면이 넓은 하중을 말하고, 집중된 하중은 기둥과 같이 접촉 면적이 적은 하중을 말한다. 움직이는 하중은 배우나 전환용 세트처럼 움직이는 하중을 말하고, 정지 하중은 무대 바닥 자체의 무게나 조명의 붐 베이스와 같이 고정된 하중을 말한다.
그리고 그 하중들과 덧마루를 지탱하는 기둥과의 상대적인 거리에 따라 moment가 증가하게 된다. moment란 토크나 지랫대의 원리에서 볼 수 있듯이 작용점과 하중의 거리가 멀수록 증가하는 힘의 종류다. 즉, 덧마루를 지탱하는 다리(기둥)에서부터 덧마루위에 있는 하중의 거리가 멀수록 보나 상(beam)에 작용하는 힘이 강해지는 것이다. 같은 무게의 하중이더라도, 기둥과 가까이 있으면, 보가 덜 휘고, 멀어지면 더 많이 휘게되는 이치이다.
이런 하중의 위치에 따라
휨 강도(bending moment)와 수직 전단 하중(vertical shear stress)이 있다.
이렇게 실재로 보(beam)을 디자인할 때는 물질의 특성에 관계된 숫자들(base design value)과 재료의 단면 크기에 관계된 숫자들(geometric properties) 그리고 그 재료의 보나 상(beam)이 지탱해야할 하중의 상태에 따른 숫자들(loading condition) 을 사용하게 된다.
한국적 무대 제작 환경에서의 한계를 설명하다가 말이 길어졌는데, 한국적 현실에서의 한계란 물질의 특성에 관계된 숫자들(base design value)에 있다. 철재같은 경우에는 어느 정도 그 수치들을 얻을 수 있다고 하지만, 목재에 있어서 그런 data를 얻기는 불가능하다고 하겠다. 그리고 무대에서 사용하기 적당한 목재의 종류가 미송에 국한되어 있고, 그 크기에 있어 1x1과 2x4로 제한되어 있다는 것이다.
그러나, 위와 같은 한국적 상황에서의 세가지 한계에도 불구하고 무대 제작에서의 구조 설계가 중요한 이유는 구조 설계의 접근 원리를 이해하고, 우리가 처한 한계의 정확한 원인을 파악하여 새로운 대안을 찾아 좀 더 예측 가능한 무대 제작 환경을 만들어 나가는 데 그 중요성이 있다고 생각한다. 우리는 여태까지 경험에 의존한 추측으로만 작업을 진행해 왔다. 한 분야의 전문인으로서 자신의 결과물에 대한 정확한 근거와 그에 따른 확신을 갖고, 다른 공연 관계자들에게 정확한 정보를 전달하는 것이 전문가라는 이름에 걸맞는 가장 큰 역활이라고 생각한다.
