耐震設計
Seismic design/Earthquake-resistant design
목차
1 개요
내진(耐震)은 건축에서 지진에 견디는 특성을 의미하며, 내진설계는 지진에 건물이 무너지는 것을 막기 위해 지진에 견딜 수 있도록 건축물을 설계하는 것을 말한다.
현대에 들어서는 지어지는 모든 건축물에 적용되다시피 하는 설계 방법이다. 국내에서는 지진이 상대적으로 적고 비용도 절감하기 위해 법 제정 연도인 88년까지 필수적으로 도입하지 않았으나 홍성 지진으로 인해 관련 논의가 계속되어 오다가 관련 법 제정 이후 거의 필수가 되었다. 다만 아직도 3층 미만의 건물에는 제대로 적용되지 않고 있어 이에 대한 비판도 제기되어 오고 있다[1] .
지진 대처를 가장 잘하는 국가인 일본은 당연히 내진설계가 최고로 잘 되어 있다. 도호쿠 대지진에서도 그 큰 빌딩들이 버틸 정도.[2] 비슷한 규모의 지진이 일어났던 칠레[3]나 아이티가 건물이 일부 붕괴되거나 아예 맥없이 무너졌던 것과 매우 비교된다.
건축물을 튼튼하게 짓는것은 기본중에 기본이지만, 내진 설계의 경우 견고하게 짓는다보다 안 넘어지게 짓는다가 중요해서 일반적인 설계와는 다르다. 예를 들어 망치는 단단하기 때문에 일정 이상의 충격을 주지 않는 이상 부서져 버리진 않지만, 이 망치를 책상 위에 세워두고 책상을 흔들어도 안무너지도록 세우는 것은 다르다 라는 것.
이렇듯 지진을 버티기 위한 인간의 대처법 중 가장 효과적인 대처법이 내진설계지만, 이러한 내진설계 또한 상하로 흔들어대는 지진의 경우 역시 버티지 못하고 맥없이 무너진다. 이런 사례는 굉장히 적은 편이지만 하나 꼽자면 고베 대지진[4]이 있다.
내진 설계는 특별한 구조의 설계가 절대 아니다. 지진이 일어났을 시의 자체 하중을 버틸 수 있도록 더 튼튼하게 짓는 것이다. 철근 콘크리트 구조의 경우 철근을 더 많이 넣어 하중 강도를 높이거나 기둥 등의 지지 기반을 추가하는 등의 설계방식을 내진 설계라고 부른다. 최근에는 기술이 발전함에 따라 면진이나 제진 같은 특별한 설계 방식이 늘어나고 관련 특허도 증가하는 편.
일반적인 목조 건물도 얕은 규모의 지진은 견딜 수 있듯이, 튼튼한 건물을 더 튼튼하게 지어서 지진 시에 발생하는 하중을 버틸 수 있도록 짓는 방식이다.
2 방식
지진발생시 고층건물이나 단층 건물들보다, 6-15층 사이의 건물들이 공진주파수의 영향때문에 제일 무너질 위험이 높다.
슬라이드 3 참조 이러한 건물들의 resonance(공명)를 지진시 최소화하기위해 mass damper[5]나 slosh tank의 설치를 내진설계에 도입하기도 한다. 위키
2.1 내진 구조
건물 구조를 지진에 버틸수 있을 만큼 튼튼하게 건설하는 것으로, 지진이 발생했을때 내구성으로 버틸수 있게 만든 구조이다. 하지만 당연하게도 그냥 건물의 내구력만 높인거라서 건설비가 타 구조보다 저렴하긴 하나 지진 발생시 건물이 손상될 위험이 상대적으로 높아 현재 내진 설계로는 거의 사용하지 않는 구조이다.
2.2 제진 구조
건물에 따로 설치된 장치로 건물의 흔들림을 제어하는 방식이다. 건물의 옥상 등에 추를 설치해서, 지진이 발생하게 되면 컴퓨터로 제어되는 추가 건물의 진동 방향과 반대로 진동해 지진력을 일정량 상쇄시키는 방식이다. 건설비가 내진 설계보다 더 많이 들지만 지진시 내진 설계보다 더 안전하기 때문에 많이 사용되고 있는 방식 중에 하나다.
2.3 면진 구조
앞서 말한 두 구조가 지진의 지진력을 버티는 데 중점을 두었다면 면진 구조는 땅에서 전달되는 지진력 자체를 줄여버리는데 중점을 둔 설계이다. 보통의 건물이 지면에 바로 기초공사를 진행하는 것과 달리 특수한 바닥재를 깔고, 그 위에 기초공사를 진행하는 것이다.
2.4 차진 구조
건물이 땅에 붙어있는 한 지진에서 완전히 안전한 것이 아니기 때문에 아예 건물을 땅에서 떼버리자는 괴랄한 발상에서 출발한, 궁극의 내진 설계이다. 면진 기술의 진보한 형태이며, 현재는 호버크래프트와 같은 방식이 연구중이다.
3 내진 보강
미국등의 선진국들도 1960 이전에 설계되지 않은 건물들은 내진설계가 안된채 건설된 건물들이 대부분이다. 이러한 건물들의 지진발생시 내구성을 강화하기 위하여 seismic retrofit을 실시한다. 즉 내진을 위해 건물을 개조하는 방식이다.
대한민국도 1980년대 이전에 건설된 아파트등은 내진설계가 안되있것을 고려하면 도입이 시급하다.
내진 개조방식도 여러 방법들이 있고 철저한 규정에 따른다.
더 자세한 내용이나 내진 개조방식들은 영문 위키피디아 참조
4 적용 현황
4.1 대한민국
한국의 경우 해방과 함께 한국 전쟁이 터졌기 때문에, 당장 일어날지 안 일어날지도 모르는 지진보다는 피난민과 실향민들이 살 주거지역을 하나라도 더 마련하는 것이 먼저였다. 그러나 고도성장을 이루고 건축에 대한 관심이 높아지면서, 여기에 결정적으로 1978년의 홍성 지진과 같은 해 속리산 부근에서 일어난 속리산 지진이 터지면서 지진에 대한 국민적 관심이 커졌고 1988년에 내진설계 의무규정을 도입했다.
4.1.1 우리집 내진설계 확인하기
인터넷에 보면 "우리집은 내진설계가 되어있나요?"라고 질문하는 사람들을 굉장히 많이 볼 수 있는데, 건축물정보와 내진설계기준이 공개되어 있기 때문에 시간을 내서 찾아보면 내진설계 대상인가 어느 정도까진 알아볼 수 있다. 우선 서울시민인 경우에는 당장 시에서 내진성능 자가점검 사이트를 운영하고 있으니 편리하게 이용하면 되고, 지방의 경우에도 위 홈페이지에서 '내진설계 여부 확인' 란에 들어가서 자기 집 정보를 입력하면 대략적으로 파악할 수 있다. 자가점검에 필요한 연면적이나 건물층수, 높이 같은 정보를 잘 모르겠다면 한국토지주택공사에서 제공하는 온나라부동산정보에 들어가 '온나라지도'에서 자기 집 더블클릭만 하면 알려주니 참고하도록 하자. 다만, '실제로 부실공사면 어떡하지?'라는 사람이나 '더욱 정확한 정보를 얻고 싶다!'는 분이 있다면 역시 주민회나 건축, 시공사에 문의하는 방법이 있을 것이다.
4.2 일본
4.3 유럽
4.4 미국
5 실제 지진에서의 사례
6 여담
이 항목은 2016년 경주 지진으로 시작되어 작성되었다.
자세한 내용은 추가바람.- ↑ 단, 3층미만의 건축물의 경우 건축물의 자체 하중이 너무 낮아 설계 단계에서 지진 하중에 의한 영향이 거의 없는 수준으로 떨어진다. 이런 건축물에선 보통 고정하중과 적재하중, 적설하중에 의해 설계가 결정난다.
- ↑ 진앙지에서 가장 가까운 고층건물 밀집지역이 센다이 시 아오바 구였는데, 관측된 진도가 6약이었다. 동일본대지진 관련 영상에 흔히 나오는 고층빌딩이 흔들리는 영상의 빌딩들이 있는 도쿄 23구는 진도 5강.
- ↑ 다만 칠레는 일본과 마찬가지로 지진이 빈발하는 국가라 기본적으로 대부분의 건물에 내진설계가 되어있다. 그덕에 2010년 콘셉시온 시와 그 주변을 덮친 매그니튜드 8.8의 강진때에도 규모에 비해 사상자는 그리 많지 않았다.
- ↑ 다만 이 지진에서 주로 피해를 입었던건 목조건물이었는데 여기에 화재까지 덮쳐 6천명이 넘는 인명피해가 발생한 것이다. 이에 비해 콘크리트 건물은 목조건물에 비해 피해가 적었다.
- ↑ 대상으로 하는 진동체의 고유 진동수를 공진 진동수로 부터 멀리 하기 위해 설치하는 추. _출처 : 네이버 자동차 용어사전