이지안 JIKS 11
현재 수많은 건축물은 지진에 견딜 수 있도록 내진 설계가 잘 되어 있다. 도대체 어떤 구조로 되어 있길래 지진과 같은 자연 재해에도 끄덕 없는 것일까? 지금부터 그 비밀에 대해 설명해보고자 한다.
지진 피해를 줄이려면 아무리 큰 지진이 와도 버틸 수 있는 건물, 또는 무너지더라도 상대적으로 안전하게 무너질 수 있는 건물을 지어야 한다. 지진에 견디는 건물 설계 방법은 크게 내진과 면진, 그리고 제진으로 구분할 수 있다.
첫 번째로 내진 설계란, 강한 규모의 지진파에도 건축물의 구조나 시설물들이 붕괴되지 않게 철근 콘크리트 등을 보강하여 튼튼하게 건축하는 것이다. 내진벽과 같은 부자재를 설치해 강한 흔들림에도 붕괴되지 않게 한다.
쉽게 말하자면, 지진이 발생했을 때 내구성으로 버틸 수 있도록 하는 구조인 것이다. 하지만, 이는 단순히 건물의 내구력만을 높인 것이라 건설비가 저렴하고 지진이 발생했을 시 건물의 내부가 손상될 위험이 상대적으로 크다.
두 번째로 제진 설계란, 땅으로부터 건물에 전달되는 진동을 감지하고, 그 진동에 대응하는 힘을 반대 방향으로 작용시키면서 건물의 흔들림을 막는 방법이다.
건물에 X자의 제진 장치를 보강하여 건물 전체를 보호한다. 철제 빔을 이용하여 제진 장치를 구성하고 있고, 지진이 발생하면 관성에 의해 건물이 진동하게 되는데 이때 X자의 철제 빔이 건물의 흔들림 방향과 반대로 건물을 잡아준다. 현재 고층 건물들은 거의 이러한 방식을 사용하고 있고, 내진 설계와 비교하여 상대적으로 더 안전하다고 볼 수 있다.
세 번째로 면진 설계란, 건물과 땅 사이에 고무 스프링과 댐퍼, 베어링 등을 설치해 흔들림이 건물로 전해지는 것을 막는 방식이다. 건물 자체와 지면을 분리시키는 Base Isolation 공법이라고도 불린다.
내진 설계와 제진 설계가 지진력을 버티는 데 초점을 두었다면, 면진 구조는 땅에서 전달되는 지진력 자체를 줄이는 데 중점을 둔다. 또한, 일반적으로 건물을 지을 때는 지면에 바로 기초 공사를 진행하는데, 면진 구조는 특수한 바닥재를 깔고 그 위에 기초 공사를 진행한다.
아주 강한 지진이 일어나도 집 안의 구조물이 쓰러지지도 않는 등 굉장히 강력하고 효과가 좋은 공법이다.
그렇다면 높은 강도의 지진에도 견딜 수 있는 훌륭한 구조를 가진 건축물에는 어떤 것이 있을까?
국내에 있는 건물로는 ‘아크로 서울포레스트’가 있다. 대림산업이 2017년 7월 서울 성수동에서 공급한 ‘아크로 서울포레스트’는 진도 9 지진에 견딜 수 있게 설계됐다.
국내 최초로 미국 초고층 내진 전문 구조 설계 업체인 MKA의 컨설팅을 받았다. 49층짜리 건물의 중심부인 28층에 두께 800㎜의 ‘아웃리거 월(Outrigger Wall)’을 설치했다. 비스듬하게 경사진 벽인 아웃리거 월은 건물이 좌우로 흔들릴 때 진동 폭을 줄여주는 역할을 한다.
국내 최고층(123층) 빌딩인 ‘롯데월드타워’에도 내진 신기술이 적용됐다. 국내 최대 규모인 가로 36m, 세로 36m의 코어월이 중심축이 되고, 약 40층 높이마다 건물 중심과 외벽을 대각선 방향으로 연결하는 대형 구조물(아웃리거)을 설치했다.
건물 중심축과 외벽이 따로 흔들려 균열이 생기는 것을 방지하는 장치이다. 건물 외벽을 따라 설치된 대형 기둥 8개를 띠(belt)처럼 하나로 묶어주는 ‘벨트 트러스’는 개별 기둥에 쏠리는 힘을 고르게 분산해 건물 흔들림을 줄여준다.
롯데월드타워를 시공한 롯데건설은 한국지진공학회 함께 실제 지진 데이터를 분석, 아파트 등 건물 부위별 안전성을 검토하는 차세대 내진 설계법을 개발했다. 현대건설은 1996년부터 국내 건설사 최초로 대규모 구조 실험동(棟)을 세워 지진의 흔들림을 재현하고, 이를 통해 각종 내진 기술을 개발하고 있다.
건설 전문가들은 “지진이 나면 기둥이나 벽체 등 건물의 ‘뼈대’가 붕괴해 발생하는 피해보다 외벽이나 인테리어, 천장, 유리창 같은 비(非)구조물 낙하와 파손으로 발생하는 2차 피해가 훨씬 심각하다”고 지적한다. 더 이상 이와 같은 피해들이 발생하지 않도록 설계 및 시공 기준을 강화하고 이를 어겼을 시의 처벌 규정을 상황에 맞게 다시 정해야 한다.
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