내진 삼대장

내진설계의 방법에는 내진, 면진, 제진 3가지가 있습니다. 건물의 특성에 맞게 세 가지 방법을 복합적으로 사용하여 내진설계를 하게 됩니다.

내진은 구조물이 가지고 있는 기본적인 강인함을 활용해 건물이 지진에 버틸 수 있게 하는 설계방식입니다. 구조물의 강성과 내력을 키우기 위해서는 벽을 두껍게 하고 기둥을 크게 지으면 됩니다. 하지만 지나치게 내진을 강조하게 되면 구조물의 실내공간이 줄어드는 부작용이 생길 수 있습니다.

면진은 땅과 건축물 사이에 충격을 흡수하는 구조물을 추가하여 지진피해를 줄이는 방법입니다. 땅과 건축물 사이에 들어가는 이 구조물은 수평으로 작용하는 힘을 흡수합니다. 예를 들면 면진구조물은 고무와 철판으로 이루어져있기에 충격을 흡수하면서도 건물하중을 견딜 수 있습니다. 또한 지진으로 인한 수평충격을 흡수해 상부구조 건물의 흔들림을 억제합니다.

제진은 건물에 설치된 장치가 수평으로 작용하는 힘을 흡수하여 피해를 줄이는 방법입니다. 제진은 지진뿐만 아니라 태풍으로 인한 흔들림도 억제합니다. 제진의 유명한 예로 대만의 타이페이101이라는 건물 안에는 무거운 추가 설치돼있습니다. 지진이 발생하면 건물 안의 무거운 추가 흔들리게 되고 추가 움직이면서 지진의 힘을 흡수해 건물이 받는 지진의 힘은 줄어들게 됩니다. 이외에도 슬라이딩 블록, 피스톤 등이 제진에 사용될 수 있습니다.

지진에 대비해 내진설계를 할 때 고려해야 할 점이 많습니다. 지반의 물렁함, 건물의 대칭성, 비틀림, 건물높이 등이 다양하게 고려돼 내진+면진, 내진+제진 등 복합적으로 설계됩니다. 이런 방법들로 내진설계를 해 지진에 대비할 수 있습니다. 그렇다면 내진설계의 기준은 어떻게 설정돼 있을까요.

놀랍게도 내진설계는 2400년에 한 번 일어나는 크기의 지진이 발생했을 때를 기준으로 설계를 한다고 합니다. 우리대학 건축공학과 김형준 교수는 “2400년에 한 번 일어나는 정도의 지진이 발생했을 때 건물에 적용되는 힘이 0.22G(1G=중력가속도)다. 대부분의 일반저층건축물은 이 힘을 받으면 붕괴하기 직전의 상태가 된다”며 “이 힘의 2/3정도의 수준에서 건물은 기울어져도 안에 있는 사람은 많이 다치지 않을 정도로 설계해야 한다는 기준이 있다”고 설명했습니다.

우리가 몰랐던 위험, 공진

오히려 저층건물이 상대적으로 고층건물보다 지진피해의 위험이 더 클 수 있습니다. 국토교통부 관계자는 “국내 지반특성 때문에 저층건축물이 지진에 상대적으로 취약하다는 지적을 반영해 내진설계 의무대상을 확대했다”고 말했습니다. 저층건물이 고층건물보다 상대적으로 취약한 이유는 뭘까요. 경희대 홍원기 건축공학과 교수는 그 이유를 공진 때문이라 보았습니다. 홍 교수는 “건물마다 내진설계정도에 따라 다르지만 지진으로 인해 건물에 공진이 발생하게 되면 더 위험해진다. 우리나라에 생기는 대부분의 공진은 5층 미만 건물에서 많이 발생되곤 한다”며 공진 때문에 저층건물이 더 위험할 가능성이 높다고 얘기했습니다. 공진현상은 같은 진동수의 힘을 받으면 흔들림이 증폭되는 현상입니다. 공진이 발생하면 건물이 받는 충격이 더 커져 피해가 더 커질 수 있습니다.

홍 교수는 “우리나라는 큰 지진이 드물어 내진설계가 잘 돼있는 편은 아니었다. 하지만 최근 벌어진 지진으로 내진에 관한 관심이 높아진 게 사실이다. 저층부에 대해서는 공진이 일어날 확률이 높은만큼 저층의 다세대 주택은 한번 점검해봤으면 한다”고 내진설계에 관한 전반적 확인을 권유했습니다.

이재윤 기자 ebuuni321@uos.ac.kr