[카드뉴스] 지진을 이겨낼 수 있는 건물의 내진설계 방법

[시선뉴스 이호 / 디자인 정현국] 지난 11월 15일, 경북 포항시 남구 동쪽 해역 9km 해역에서 규모 5.4의 지진이 발생해 많은 피해를 냈다.

특히 빌라 등 건물들이 많은 손상을 입어 붕괴될 위험도 발생했는데 이는 건물에 내진설계가 제대로 되어 있지 않았기 때문이다. 우리나라는 그동안 비교적 지진의 위험에서 벗어나 있었기 때문에 내진설계가 되어 있는 건물은 최근에 지어진 것들이 대부분이고 나머지는 그렇지 않아 지진에 취약하다 할 수 있다.

그러나 포항 지진을 보더라도 우리나라도 더 이상 안전하다고만 할 수는 없으므로 확실한 대비를 해야 한다. 건물이 지진을 이겨낼 수 있는 최선의 방법인 내진설계는 어떤 방식으로 이루어질까?

내진 설계란 지진에 건물이 무너지는 것을 막기 위해 지진을 견딜 수 있도록 건축물을 설계하는 것을 말한다.

내진 설계는 기본적으로 건물이 ‘안’넘어지게 짓는 것을 목표로 한다. 때문에 3가지의 방식으로 내진 설계를 하게 되는데 형식에 따라 내진, 제진, 면진으로 나뉜다.

내진 구조는 건물의 구조를 지진에 버틸 수 있을 정도로 튼튼하게 하는 것을 말한다. 건물의 내구성을 극도로 높인 것으로 철근 콘크리트를 기반으로 하는 건물은 철근 콘트리트를 더욱 추가하는 방향으로 설계를 한다. 이 구조는 단순하게 건물의 내구력을 높인 것이라 건설비가 다른 방식에 비해 조금 더 저렴하다. 하지만 지진 발생 시 진동이 그대로 내부에 전달돼 가구의 이동이나 가스관 파열 등 2차 피해에는 취약하다는 단점이 있다.

제진구조는 지진이 발생했을 때 그 진동에 대응하는 힘을 반대 방향으로 작용시켜 건물의 흔들림을 막는 구조를 말한다. 건물 옥상에 댐퍼(진동 흡수기)나 추를 달아 지진이 발생했을 때 이 장치들을 사용하여 지진의 압력과 진동을 상쇄시킨다. 건설비가 내진 구조보다 더 많이 들지만 더 효율적이고 안정적이라 많이 사용하고 있는 방식 중 하나다. 현 고층건물들은 대부분 이 방식을 사용하고 있다. 주로 추나 댐퍼를 이용하는 것이 고급이고 물탱크에 액체를 담아 진동을 흡수하는 구조는 비교적 저렴한 편에 속한다. 물탱크 대신 옥상에 수영장을 만들어 겸용하는 경우도 있다.

면진구조는 건물이 진동을 버티거나 흡수하는 것이 아닌 땅에서 올라오는 진동을 최대한 흡수해서 줄이는 것에 중점을 둔 구조다. 때문에 건물을 지을 때 바로 지면에 기초공사를 하는 것이 아닌 진동을 흡수하는 특수 바닥재를 깔고 그 위에 기초공사를 하게 된다.

이 바닥재에는 고무를 겹쳐서 만든 고무스프링이나 댐퍼 등을 사용하여 바닥에서 올라오는 진동을 상쇄한다. 면진 구조의 최대 장점은 횡압력뿐만 아니라 종압력(상하)까지 버틸 수 있는 구조라는 것이다. 건물과 지면을 완충재로 분리시켜 진동과 압력에서 건물을 보호한다. 때문에 현재 활발히 연구가 진행되고 있는 구조다.

이상 세 가지 구조가 현존하고 있는 지진 대비 내진 설계 구조들이다. 이 외에도 다양한 방식의 내진 구조들이 연구되고 있고 과거에 지어져서 내진 설계가 전혀 되어 있지 않은 건물이나 문화재 등은 내진 보강을 통해 내구력을 높이는 과정에 있다. 우리나라의 모든 건물들이 지진이 발생해도 충분히 버틸 수 있도록 내진 설계에 대한 연구와 적용이 시급하다.