내진설계를 하는 과학적 원리는 무엇일까요

Question

우리나라도 최근 지진이 종종 발생하면서 내진설계가 중요해졌다고 들었습니다. 어떤 과학적 원리로 지진을 견디는게 가능한 건지요?

대한남아 · Accepted Answer

안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.내진설계라는 것은 지진을 견뎌내기 위한 설계이기도 하지만 건축물에 영향을 주는 다양한 진동 및 하중에 견디기 위한 설계이기도 합니다. 구조설계시 건축물에 영향을 주는 힘을 하중이라 표현하는데 지진하중, 풍하중, 적설하중, 건축물 자체하중 등 여러 요인을 고려하여 설계합니다. 그 중에 가장 크게 영향을 줄 수 있는 것이 지진이기 때문에 지진에 대비한 설계라 생각할 수 있습니다.지진과 태풍, 적설량 등은 오랫동안 기록해온 데이터 중 가장 큰 값을 기준으로 계산되어 집니다. 이 기준은 지역에 따라서 차이가 있지만 값을 높게 잡아서 대입하는 구조기술사가 많습니다. 그래야지 더 안전하니까요.여러가지 하중이 건축물에 작용했을 때 건축물 전체가 어떤 방향으로 쓰러지는지 시뮬레이션을 합니다. 그리고 더 세부적으로 구조체 각 부재의 어느 부위가 가장 큰 힘을 받게 되는지 찾아냅니다. 힘의 방향도 확인합니다. 어떠한 방향에서 가잔 큰 힘이 작용해서 무너진다는 결과가 나오면 그 힘에 대응할 수 있도록 구조체를 설계합니다. 예를 들어 보를 보면 한 건축물에 있는 보도 위치나 다른 보들과의 관계에 따라 힘을 많이 받는 부위가 다릅니다. 그렇기 때문에 수학적 계산으로 각 부위에 작용하는 힘의 크기를 확인하고 적절한 양의 철근 강도와 개수를 결정해서 설계해줍니다. 철근이 너무 많아도 건축물이 쉽게 무너질 수 있기 때문에 적절한 양의 철근과 부재 사이즈로 설계해야 됩니다. 그 외에도 내진설비 중 건축물에 작용한 진동을 대신 흡수하여 상쇄시키는 것도 있습니다. 형태는 다양하지만 간단히 설명드리자면 건축물이 흔들렸을 때 내진설비가 그 진동을 흡수해서 대신 흔들림으로써 건축물의 흔들림은 줄어들거나 멈추게 됩니다. 롯데타워 등과 같은 초고층 건축물에서 많이 사용되는 방식입니다.

탈퇴한 사용자 · Answer

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.지진은 지구의 지각층에서 발생하는 지하 진동으로 인해 발생합니다. 이러한 지진은 지구의 표면에 영향을 미치는데 이는 지진파라고 불리는 파동으로 전달됩니다. 이 지진파는 지진의 크기와 방향에 따라 다양한 형태로 발생하며 이를 견디기 위해서는 내진설계가 필요합니다.내진설계는 지진파의 파동을 지반과 건물의 구조물에 최대한 흡수하고 분산시키는 것을 목적으로 합니다. 이를 위해 건물의 구조물은 지진파를 흡수하고 분산시키는 유연한 구조로 설계되어야 합니다. 그리고 지반과 건물의 구조물 사이에는 충격을 완화시키는 강력한 연결장치가 필요합니다.내진설계를 하는 과학적 원리는 지진파의 파동을 분석하고 건물의 구조물과 지반의 특성을 고려하여 최적의 설계를 수행하는 것입니다. 이를 위해 지진공학 구조공학 지반공학 등 다양한 분야의 지식과 기술이 필요합니다. 그리고 최근에는 컴퓨터 시뮬레이션 기술을 활용하여 지진파의 파동을 예측하고 건물의 구조물을 최적화하는 방식으로 내진설계를 수행하는 경우도 많이 있습니다.지진은 예측하기 어려운 자연재해 중 하나이지만 내진설계를 통해 최소한의 피해를 입을 수 있도록 노력하고 있습니다. 이를 위해 지속적인 연구와 기술 발전이 이루어지고 있으며 우리나라에서도 지진에 대한 대비를 위해 다양한 노력을 하고 있습니다. 감사합니다.도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.

굉장한호돌이84 · Answer

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.내진설계는 건축물이 지진을 안전하게 견딜 수 있도록 설계하는 것입니다.건물이 일정 정도의 변형을 견딜만큼 강한 재료를 써야하고 진동에너지를 축소시킬만한 완충구조물이 들어있어야 합니다. 또한 지반역시 단단한 입지를 선정하는것도 내진설계에 포함이 됩니다.

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.1. 지진의 특성 이해: 지진은 지구의 지각 내부에서 발생하는 지진파에 의해 발생합니다. 내진설계에서는 지진의 특성, 주파수, 진폭, 지진파의 전달 방식 등을 이해하여 건축물에 가해지는 힘과 응답을 예측합니다.2. 지진 역학: 지진 역학은 지진의 원인과 작용 원리를 연구하는 학문입니다. 내진설계에서는 지진 역학을 이용하여 건축물에 가해지는 힘과 응력을 계산하고 예측합니다.3. 구조 역학: 구조 역학은 건축물의 구조물이 가해지는 힘과 응력에 대한 이해를 제공합니다. 내진설계에서는 구조 역학을 기반으로 건축물의 강도, 강성, 휨, 착지 등을 고려하여 지진에 대한 안전성을 확보합니다.

이용준 전문가 · Answer

안녕하세요. 이용준 과학전문가입니다.내진설계는 지진이 일어났을 때 지진동에 의해 건물에 휘어짐이 발생하거나 상하부의 서로 다른 방향으로의 흔들림에 의해 건물이 무너지는 것을 방지하는 것을 말하며, 여기에는 내진, 제진, 면진이라는 3가지 방법이 있습니다.내진은 건물 자체를 보강하여 지진동에 의해 건물이 휘는 것이나 상하부가 따로 움직이는 것을 방지하는 것입니다.제진은 건물에 지진동을 흡수할 수 있는 장치를 설치하여 지진동을 상쇄시켜 건물을 보호하는 것입니다.면진은 지진동으로부터 건물을 분리시키는 것으로 건물의 하부에 롤러나 고무패킹을 설치하여 지진동이 건물에 전달되지 않도록 하는 것입니다.도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.

똑똑한저어새12 · Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.내진설계는 지진으로 인해 발생하는 진동 에너지를 흡수하거나 분산시켜 건물이 붕괴되지 않도록 하는 설계입니다. 내진설계의 기본 원리는 구조물을 유연하게 설계하여 진동 에너지를 흡수하는 것입니다. 이를 위해, 구조물에 내진벽, 내진기둥, 댐퍼 등의 부재를 설치합니다. 내진벽은 구조물의 강성을 높여 진동 에너지를 흡수하는 역할을 합니다. 내진기둥은 구조물을 유연하게 만들어 진동을 분산시키는 역할을 합니다. 댐퍼는 진동 에너지를 열이나 소리 등의 에너지로 변환하여 흡수하는 역할을 합니다.

멋쟁이야나는 · Answer

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.내진 설계는 건축물의 구조적인 강도와 유연성, 지반 특성 등을 고려하여 설계됩니다. 이를 위해 지진에 의한 힘을 흡수하고 분산시킬 수 있는 강력한 구조물, 충격을 완화하는 부분 등이 사용됩니다

학문분야전문가(화학/미술등) · Answer

안녕하세요. 김찬우 과학전문가입니다.내진설계는 여러가지 원리로 지진과 같은 지반이 흔들림을 잡아주는 방식 입니다. 제일 기본이 되는 내진 설계는 건물 설계당시 지반을 아주튼튼하게 밀도 있는 재료를 사용하여 만드는 방식입니다. 하지만 일본과 같이 지진이 많이 발생하는 국가의 경우 훨씬 고차원의 내진 설계를 하게 되는데 지반을 단순히 딱딱하게 만드는 것이 아니라 지반이 움직일 수 있도록 스프링과 같이 지진의 흔들림에 맞춰 반대로 움직이게 하여 힘을 상쇄시키는 방식으로 내진 설계를 하는 것이 주요 원리라 할수 있겠습니다.그래서 실제로 일본에서 지진당시의 영상을 보면 지진과 함께 건물이 같이 움직이는 것이 아니라 오묘하게 반대로 움직이면서 흔들림과 반대로 움직이며 지진파를 상쇄시키는 듯한 모습을 확인 하실 수 있습니다. 물론 이러한 내진 설계 한계치를 넘어가는 후쿠시마 강진같은 것이 오면 속절없이 무너지긴 합니다만 일본에선 이러한 내진설계가 아주 엄격하게 이루어지고 있습니다. 소위 세계최고의 재난대비태세를 갖춘 국가로 인정받고 있을 정도 입니다. 지진, 화산, 쓰나미 등 모든 자연재해를 맞닥들이고 있는 국가다보니 자연스럽게 그러한 대비태세가 강해진 것이지만 약간 안쓰럽기도 합니다. 그럼 답변 읽어주셔서 감사드리며, 도움이 되셨다면 '추천'과 '좋아요' 부탁드리겠습니다. 추가로 궁금하신 사항이 있으시면 언제든지 댓글달아주시면 답변 드리겠습니다:)

대범한개리171 · Answer

안녕하세요. 강종훈 과학전문가입니다.건물 내진설계는 지진으로 인한 피해를 최소화하기 위한 공학적 설계입니다. 주요 원리는 다음과 같습니다:1.내진 구조물 설계: 건물은 지진 시 발생하는 수평 힘에 대응할 수 있도록 내진 설계가 필요합니다. 이는 건물의 기본 구조물에 내진 장치를 도입하여 지진 시 발생하는 힘을 흡수하거나 경감시키는 것을 의미합니다.2.유연성 확보: 내진설계에서는 건물이 일정 정도의 유연성을 가지도록 설계되어야 합니다. 유연한 건물은 지진에 대한 반응이 적어 피해를 최소화할 수 있습니다.3.강건한 기본구조: 지진에 대비하기 위해 건물의 기본구조는 충분히 강건하게 설계되어야 합니다. 강한 기본구조는 지진 발생 시에도 건물의 안전을 유지할 수 있도록 도와줍니다.4.진동 제어: 지진 시 건물이 발생시키는 진동을 제어하는 기술이 중요합니다. 특히, 부드러운 진동을 유도하여 건물의 피해를 최소화하고 주변 환경에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 목표입니다.이러한 원리들은 건물의 안전성을 확보하고 지진으로 인한 피해를 최소화하기 위한 중요한 고려 사항입니다.

아리따운솔개286 · Answer

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.일반적인 내진 설계 건물은 내진벽을 가지고 있으며 이 내진벽을 통해 힘을 분담할 수 있다록 설계를 합니다. 또한 충격 흡수와 흔들림 제어를 통해 지진의 힘을 분산하기도 합니다.

울통불퉁침팬치 · Answer

안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.지진파에는  P파, S파, 러브파, 레일리파가 있습니다. 그 중 건물에 가장 많은 피해를 주는 것은 러브파와 레일리파로 불리는 표면파입니다. 지진파의 속력은 P파가 S파나 표면파보다 빠릅니다. 그래서 지진계를 보면 P파가 먼저 관측되고 나서 시간이 지나고 S파가 관측되는 것입니다. P파가 도달한 직후 S파가 도달할 때까지의 시간을 ‘PS시’라고 합니다. 지진의 피해는 P파에 의한 것보다 대부분 S파가 도달하면 생기기 시작해 표면파가 도달하면 더욱 커진다고 합니다. 따라서 P파가 도달했을 때 사람들에게 지진이 발생한 속보를 전해 주면 S파가 도달하기 전 사람들은 피난처를 찾을 수 있고 건물 내부와 같은 위험한 곳에서 대피할 수 있는 시간을 확보할 수 있습니다. 지진 발생에 의한 대피만큼 건물을 지진에 잘 버틸 수 있도록 과학적으로 설계하는 것도 매우 중요합니다. 지진과 함께 흔들리게 하는 구조와 하부를 넓게 하는 구조등 건물 높이나 면적에 따라 다양한 내진설계가 이루어 집니다

지구과학·천문우주

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