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건축물이 지진에 대비하는 방식은 내진·제진·면진 3가지로 나뉩니다. 내진이란 철근콘크리트 구조체가 지진의 힘을 스스로 견디도록 철근을 배치하고 콘크리트 강도를 확보하는 방식으로, 국내에서는 일정 규모 이상 건축물과 모든 주택에 의무화돼 있습니다. 제진과 면진은 이러한 내진을 보완하는 장치입니다. 제진은 무게추나 물의 움직임으로 흔들림과 반대 방향의 힘을 만들어 진동을 최대 40%까지 줄이는 설비이고, 면진은 적층고무받침을 기초와 구조체 사이에 설치해 진동을 50~90%까지 줄이며 병원이나 데이터센터, 문화재처럼 흔들림 자체가 치명적인 시설에 주로 쓰입니다.

지난 7월, 일본 구마모토를 강타한 지진의 흔들림은 한반도까지 전해졌습니다. 부산 등 남부지역에서만 760여 건의 진동 신고가 접수될 정도였고, 건물 위층에서도 흔들림을 느낄 정도였다고 하는데요. 지난 2016년 구마모토 지진 발생 수개월 후 경주에 지진이 이어졌다는 사례를 생각하면, 가능성을 완전히 배제하기 어려운 만큼, 발생 빈도가 낮아도 지진에 대한 대비는 필수적인 시대입니다. 그래서 건물을 지을 때는 반드시 지진에 대한 대비가 필요한데요. 건축물이 지진에 대비하는 방식은 내진, 제진, 면진 3가지가 있습니다. 이 중 내진은 모든 건축물의 뼈대에서부터 지진을 견딜 수 있도록 설계하는 방식이고, 제진·면진은 여기에 더해지는 보완 장치입니다.

제진은 버스 안에서 몸이 앞으로 쏠릴 때 손잡이를 잡고 반대 방향으로 버티며 균형을 잡는 원리와 비슷한데요. 대표적인 장치가 고층빌딩 꼭대기에 거대한 무게추를 매다는 동조질량댐퍼(TMD)입니다. 무게추의 진동 주기를 건물의 고유 진동주기와 맞춰 흔들림과 반대방향의 힘을 실시간으로 만드는 방식인데요. 이 방식은 지진이나 태풍 시 건물의 흔들림을 최대 40%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 한편, 무게추 대신 대형 수조의 물 출렁임을 이용하는 동조액체댐퍼(TLD)를 사용하기도 합니다.

출처: 위키피디아

한편, 면진은 병원, 데이터센터처럼 흔들림 자체만으로도 치명적인 시설에 설치합니다. 면진은 천연고무나 합성고무와 강판을 층층이 겹쳐 만든 적층고무받침을 기초와 상부 구조 사이에 설치하는 설계방식입니다. 작은 힘에는 단단히 버티다가 지진처럼 큰 힘이 가해지면 부드럽게 변형되면서 건물의 흔들림 주기를 늘려 진동을 최소한으로 전달합니다. 이 원리로 지진 진동을 50~90%까지 줄일 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 대표적으로 LG CNS 부산 글로벌 클라우드 데이터센터는 국내 최초의 면진 데이터센터로, 규모 8.0의 지진에도 견디도록 설계되어 주목받기도 했습니다. 면진은 문화재 및 문화재 보관 시설에도 한몫할 수 있는데요. 국립경주박물관은 문화재에 면진 시설을 최초로 적용한 사례로, 규모 8.3의 강진에도 버티는 설비를 갖추었습니다.

이렇게 제진 장치나 면진 설비를 갖춤으로써 지진에 대한 대비를 더욱 철저히 할 수 있는데요. 결국 건물을 실제로 떠받치는 건 기둥과 보를 이루는 철근콘크리트인 만큼 설계 초기 단계부터 내진 성능을 충분히 고려하는 것이 중요합니다. 내진이란 지진이 왔을 때 구조체가 스스로 힘을 견디도록 만드는 방식입니다. 기둥과 보, 전단벽에 철근을 촘촘히 배치하고 콘크리트를 타설해 지진의 힘을 구조 내력(구조물이 하중을 버텨내는 힘)으로 직접 받아냅니다. 콘크리트는 누르는 힘(압축)에는 강하지만 잡아당기는 힘(인장)에는 약한데요, 지진처럼 건물을 좌우로 반복해서 흔드는 하중 앞에서는 이 약점이 그대로 위험 요인이 됩니다. 그래서 설계 단계에서부터 압축과 인장이 번갈아 발생하는 부위에 철근을 배치해, 콘크리트가 감당하지 못하는 인장력을 철근이 대신 받도록 하고, 철근이 항복한 뒤에도 부재가 끊어지지 않고 어느 정도 변형되며 버티게 만듭니다. 비교적 경제적이라 일반 건축물이나 중소형 주택에 폭넓게 쓰이고 있습니다.

대한민국에서는 2층 이상 또는 연면적 200제곱미터(㎡) 이상의 건축물과 모든 주택에 내진설계가 의무화되어 있으며, 철근콘크리트 구조용 콘크리트는 최소 18MPa 이상의 압축강도를 확보해야 합니다. 또, 기둥은 콘크리트가 순간적으로 부러지거나 수직 하중을 지지하는 힘까지 함께 잃지 않도록 축방향 철근과 함께 띠철근(횡보강철근)으로 둘레를 촘촘히 감아 내부 코어 콘크리트를 단단히 붙잡아줍니다. 이때 띠철근의 간격은 기둥 단면 최소 치수의 1/2 이하 또는 300mm 이하로 제한해 촘촘하게 배치함으로써 급격한 붕괴를 방지합니다.

설계가 아무리 정교해도 콘크리트가 기준 강도를 내지 못하면 계산된 내진 성능은 그대로 사라질 수 있는데요. 그래서 무엇보다 콘크리트 타설이 중요합니다. 시공성을 높이기 위해 레미콘에 물을 타는 가수를 하거나 슬럼프를 과도하게 높이면 물-시멘트비가 커져 강도와 내구성이 함께 떨어지고, 재료 분리와 건조수축 균열까지 늘어날 수 있습니다. 또한 계절별 철저한 양생관리도 이뤄져야 콘크리트의 미세 균열이나 철근 부식을 막을 수 있습니다.