이 글의 목적은 샤클과 후크의 안전계수 개념을 정확히 이해하고, WLL 산정·보정·선정·점검까지 현장에서 바로 적용할 수 있는 절차와 예시를 체계적으로 제공하는 것이다.
1. 핵심 용어 정의와 관계
안전계수(Safety Factor, SF)는 파단하중과 사용하중 한계의 비를 의미한다. 일반적으로 아래 관계를 따른다.
- WLL(Working Load Limit) 또는 정격하중: 정상 조건에서 연속적으로 사용할 수 있는 최대 하중이다.
- MBL(Minimum Breaking Load) 또는 최소파단하중: 가장 약한 개체도 보장해야 하는 최소 파단 하중이다.
- Proof Load(증명하중): 제품 검증 시험 시 일시적으로 가하는 하중이다. 영구 변형이 없어야 한다.
일반적으로 다음 식이 성립한다.
안전계수(SF) = MBL / WLL MBL = SF × WLL 샤클과 후크는 같은 인양계열 하드웨어이나 설계·사용 특성이 달라 안전계수 운용도 다르다. 현장에서는 카탈로그 표기 WLL을 기준으로 선정하고, 작업 조건에 따라 보정계수를 곱하여 실제 허용 하중을 계산한다.
2. 샤클·후크에 적용되는 일반적 안전계수
국내외 산업현장에서 보편적으로 채택되는 범위는 다음과 같다. 특정 규격·제조사·사용 범주에 따라 상이할 수 있으므로 제품 표시와 기술자료를 우선한다.
| 품목 | 일반적 안전계수(SF) | 설명 |
|---|---|---|
| 샤클(포지드 합금강, 리깅용) | 5 : 1 | 광범위한 리깅 작업에서 표준적으로 적용되는 설계계수 범주이다. |
| 후크(크레인·리깅용 합금강) | 4 : 1 | 인양 후크류에 일반적으로 적용되는 설계계수 범주이다. |
| 와이어로프 슬링 | 5 : 1 | 참고용이다. 슬링 장비와의 조합 시 시스템 안전계수 검토가 필요하다. |
| 섬유 슬링(웹슬링·라운드슬링) | 6~7 : 1 | 소재 특성상 더 높은 계수를 채택하는 경우가 많다. |
주의 : 본 표는 일반적 산업 관행의 요약이다. 실제 적용은 제품에 각인된 WLL, 제조사 카탈로그, 계약·규격 요구조건을 우선하여 확인해야 한다.
3. WLL에 영향을 주는 보정요소
정격하중은 특정 기준 조건에서 유효하다. 실제 현장 조건이 달라지면 보정계수를 적용해 허용작업하중(Allowable Working Load)을 다시 산정해야 한다.
| 요소 | 대표 영향 | 현장 적용 가이드 |
|---|---|---|
| 슬링 각도(β) | 각도 작아질수록 다리별 장력 증가 | 두 다리 슬링에서 60° 기준 계수≈1.155, 45°≈1.414, 30°≈2.000을 적용하여 다리 장력을 계산한다. |
| 샤클 측하중 | 핀과 바디의 편심 응력 상승 | 측하중은 지양한다. 불가피 시 45° 약 70%, 90° 약 50% 수준으로 WLL을 감산한다. |
| 후크 팁 로딩 | 개구부 변형·국부응력 | Tip 로딩 금지이다. 후크 목부까지 고르게 걸리도록 배치한다. |
| 온도 | 재료 강도 변화 | 합금강은 고온에서 WLL 저하가 발생한다. 일반 가이드: 200~300°C 구간에서 감산을 고려한다. 저온(-40°C 부근)에서도 취성 위험을 고려한다. |
| 충격·동적계수 | 가속·급정지 | 조작이 거칠면 1.2~1.5의 추가 계수를 적용하여 요구 WLL을 상향한다. |
| 도금·부식 | 단면 감소·균열 | 유효단면이 감소하면 사용 중지한다. 부식 심화 시 전량 교체한다. |
주의 : 보정계수는 표준·제조사 데이터에 근거하여 결정한다. 불확실하면 가장 보수적으로 산정한다.
4. 슬링 각도·장력 계산식
두 다리 슬링으로 W를 인양하고 슬링 각도(수평대비) β일 때 각 다리 장력 T는 다음과 같다.
T = W / (2 × sin β) 예) W = 8 t, β = 60° → T = 8 / (2 × 0.866) = 4.62 t 링·샤클·후크에는 다리 장력 T가 흐른다. 따라서 각 부품의 허용하중은 T 이상이어야 하며, 각도 작을수록 요구 정격이 급증한다.
5. 샤클 안전계수와 선정 절차
- 하중 분해: 작업 하중 W와 슬링 구성을 확정한다.
- 각도 영향 반영: 다리 장력 T를 계산한다.
- 측하중 여부 판단: Bow형(오메가형) 샤클은 여러 방향 로드에 유리하나, 핀은 반드시 축방향으로 하중이 걸리게 배치한다.
- 보정계수 적용: 측하중·온도·동적계수 등을 곱하여 요구 허용하중을 상향한다.
- WLL ≥ 요구허용하중인 샤클을 선택한다. 안전계수 5:1 기준에서 MBL = 5×WLL을 만족한다.
| 조건 | 권고 |
|---|---|
| 두 슬링 연결 지점 | Bow형 샤클 사용으로 베이트 링과의 간섭을 줄인다. |
| 직선 인라인 하중 | D형(체인) 샤클을 적용하되 측하중 금지이다. |
| 볼트-너트-코터 타입 | 장기 설치·진동 환경에 권장한다. |
| 스크류핀 타입 | 빈번한 체결·해체에 유리하나 풀림 방지 확인이 필요하다. |
주의 : 측하중 시 WLL 감산 예: 45° 약 0.7배, 90° 약 0.5배 적용한다. 측하중으로의 반복 사용은 금지하는 것이 원칙이다.
6. 후크 안전계수와 선택 기준
후크는 4:1 안전계수를 일반적으로 적용한다. 선정 시 아래를 확인한다.
- 래치(Latch): 이탈 방지용으로 설치한다. 필수 여부는 작업 특성·규정에 따른다.
- 개구부(Throat): 정격 하중에서 영구 변형이 없어야 하며, 사용 중 개구부 증가·휨·비틀림 발생 시 즉시 폐기한다.
- 스위블(Swivel): 회전이 필요한 작업에서 로프 꼬임·오프셋을 줄인다.
- 그레이드: 합금강 Grade를 확인하고, 슬링·체인 시스템과 동등 등급 이상으로 맞춘다.
주의 : Tip 로딩·사이클립 하중·비틀림 하중은 금지이다. 후크의 베일 구간까지 균일하게 하중이 전달되도록 체결한다.
7. 증명하중과 검사
제조 단계에서 증명하중 시험을 수행하여 탄성 범위 내에서 영구 변형이 없어야 한다. 사용자는 정기점검에서 크랙, 목부분 국부 변형, 핀·바디 마모, 스레드 손상, 휨·비틀림을 확인한다.
| 항목 | 샤클 사용중지 기준 예 | 후크 사용중지 기준 예 |
|---|---|---|
| 마모 | 핀·바디 직경이 원치수 대비 10% 이상 감소 | 목부·후크 섹션 10% 이상 마모 |
| 변형 | 바디·핀의 휨, 핀 구멍 타원화 | 개구부 증가, 옆굽힘, 비틀림(예: 10° 내외 기준 초과) |
| 균열 | 자분탐상·침투탐상에서 결함 검출 | 용단·크랙 흔적 |
| 표기 | WLL·규격 식별 불가 | WLL·등급 식별 불가 |
| 부속 | 볼트·너트·코터 손상 및 누락 | 래치 작동 불량·스프링 파손 |
주의 : 위 기준은 보편적 예시이다. 법규·규격·제조사 기준이 더 엄격하면 그에 따른다. 결함이 의심되면 사용을 즉시 중지하고 검사·교체한다.
8. 단계별 실무 계산 예제
예제 A) 8 t 하중, 2다리 체인슬링, 각도 60°, 상부 샤클·후크 선정
- 다리 장력 계산:
T = 8 / (2×sin60°) = 4.62 t이다. - 동적계수 1.2 가정: 요구 장력 =
4.62 × 1.2 = 5.54 t이다. - 샤클 선정: 측하중 없음. 각 다리 연결 샤클 WLL ≥ 5.54 t 필요하다. 여유를 고려해 WLL 6.5 t급 이상 선택한다. 안전계수 5:1이면 MBL ≥ 32.5 t이다.
- 후크 선정: 한 다리당 5.54 t 이상. WLL 6.8 t급 이상 선택한다. 안전계수 4:1이면 MBL ≥ 27.2 t이다.
예제 B) 12 t 하중, 2다리 와이어로프 슬링, 각도 45°, 하부 샤클 측하중 45° 불가피
- 다리 장력:
T = 12 / (2×sin45°) = 8.49 t이다. - 동적계수 1.3 적용:
8.49 × 1.3 = 11.04 t이다. - 샤클 측하중 45° 감산: 유효 WLL = 표기 WLL × 0.7로 본다. 따라서
0.7×WLL ≥ 11.04→WLL ≥ 15.77 t이다. WLL 17 t급 이상 선택한다. - 후크는 측하중 없이 인라인으로 배치한다. 후크 WLL ≥ 11.04 t 필요하다. WLL 12.5 t급 이상 선택한다.
주의 : 예제는 절차를 설명하기 위한 보수적 산정 예시이다. 실제 선택은 제품 치수 적합성(핀 직경, 개구부), 연결부 간섭, 회전 요구 등을 모두 확인한다.
9. 치수 적합성·간섭 검토 체크리스트
- 핀 직경 vs 연결구멍: 여유 없이 맞되 헐거워 핀 한쪽에 편심 하중이 생기지 않게 한다.
- 샤클 바디 폭 vs 연결부 폭: 베일·마스터링·슬링 태그와 간섭이 없어야 한다.
- 후크 개구부: 링·샤클 바디가 목부 전체로 고르게 접촉해야 한다.
- 표면 손상: 칩핑·버·노칭이 응력집중을 일으키지 않도록 연마·교체한다.
- 회전 요구: 스위블형 후크·샤클 선택 또는 회전링 추가를 검토한다.
10. 표기로 확인해야 할 정보
- 제조사명 또는 상표
- WLL(정격하중)과 단위
- 규격·등급·치수(예: 사이즈, 핀 직경)
- 열처리·재질 등급 표기
- 제조 로트·추적성 정보
11. 온도·환경 보정 개요
합금강 하드웨어의 일반 가이드는 다음과 같다. 정확 값은 제품 기술자료를 따른다.
| 온도 범위 | 권장 조치 |
|---|---|
| -40°C 이하 | 취성 위험. 사용 금지 또는 특별 규정·재질 확인 후 제한 사용 |
| -40~200°C | 대부분 합금강의 기준 구간. 표준 WLL 적용 |
| 200~300°C | WLL 감산 필요. 제조사 차트 준수 |
| 300°C 초과 | 특수 합금·전용 제품 필요. 일반 제품 사용 금지 |
주의 : 도금 손상·부식 진전·열영향 색 변화는 즉시 점검 사유이다.
12. 기록·관리 및 교체 주기
- 개체관리번호를 부여하고 최초 치수·무게·사진을 기록한다.
- 정기점검: 사용 빈도에 따라 일상·월간·분기 점검을 실시한다.
- 하중시험 이력과 불합격 기록을 보존한다.
- 수리 금지 품목: 바디·핀·후크의 용접·가열 성형 수리는 금지한다.
- 폐기 표시: 불량은 영구 마킹 후 물리적 폐기하여 재사용을 차단한다.
13. 빠른 선정 절차 요약(체크카드)
- 작업하중 W, 슬링 각도 β 결정
- 다리 장력 T 계산:
T = W / (n × sin β)(n=다리 수) - 동적·온도·측하중 등 보정계수 k 적용:
T_req = T × k - 샤클·후크 각각 WLL ≥
T_req충족 - 치수·간섭·배치 확인 후 선정
- 표기·외관 점검, 필요 시 증명하중 시험 확인
14. 현장 계산 예시 코드
# 두 다리 슬링 요구 WLL 계산 예시(파이썬 유사) import math
W = 8000 # 작업하중[kg]
beta_deg = 60
n = 2
k_dynamic = 1.2
k_side_shackle = 1.0 # 측하중 없으면 1.0, 45도 측하중이면 1/0.7 등 역으로 반영
T_leg = W / (n * math.sin(math.radians(beta_deg))) # 다리 장력[kg]
T_req = T_leg * k_dynamic # 동적계수 반영
WLL_shackle = T_req / k_side_shackle # 샤클 측하중 보정
WLL_hook = T_req # 후크 인라인 기준
print(round(WLL_shackle,1), round(WLL_hook,1))
출력: 샤클·후크 각각 필요한 최소 WLL[kg]
FAQ
샤클은 왜 5:1, 후크는 4:1을 많이 쓰나?
구조·하중 전달 특성이 다르기 때문이다. 샤클은 핀·바디가 결합된 연속 부재로 다방향 하중에 노출되며, 현장 변수가 커 보수적 계수를 적용하는 관행이 있다. 후크는 형상·열처리로 인장·굽힘 특성이 확보되어 4:1이 일반적이다. 다만 적용 규격·사용 범주에 따라 값이 달라질 수 있어 제품 표기를 우선한다.
측하중에서 샤클을 어떻게 계산하나?
원칙은 금지 또는 대체 배치이다. 불가피할 때는 제조사 지침의 감산계수를 적용한다. 보편 예로 45°는 약 70%, 90°는 약 50% 수준으로 WLL을 줄여 계산한다.
후크 래치는 반드시 필요한가?
이탈 방지에 유리하나 하중 지지 성능을 직접 높이지는 않는다. 공정·법규·위험평가에 따라 선택하며, 사람 상부를 통과하는 작업·진동·충격 가능성이 있으면 래치형을 기본으로 검토한다.
온도 보정은 어떻게 적용하나?
재질별 온도-강도 곡선을 참조한다. 보통 200~300°C 구간에서 WLL 감산이 시작되므로 제품 차트를 따른다. 저온에서는 취성 파괴 가능성을 고려한다.
증명하중 시험은 사용자가 해야 하나?
신규 납품품은 제조 단계에서 수행된다. 사용 중 규정상 필요하거나 손상 의심 시 공인 시험기관에서 실시한다.