내진설계의 원리가 궁금합니다.
내진설계가 된 건축물은 내진설계가 되지않은 건축물과 어떤 차이가 있나요?
내진설계의 원리가 어떻게 되길래 땅에 지은 건물이 땅이 흔들리는데 안전한건가요?
내진설계라고 다 같은 방법은 아닙니다. 어떤 구조로 했는지에 따라 그 원리가 조금씩 차이가 납니다.
● 내진구조
- 간단한 구조인데 전체적인 구조나 내부 시설물이 파산되지 않도록 튼튼히 짓는 방식으로, 건축물 내에 철근 콘크리트의 내진벽과 같은 부재를 설치해 흔들림에도 붕괴되지 않도록 튼튼하게 짓는 것입니다. 다만 대규모 지진까지 버텨내기는 어려운 구조하네요.
● 면진구조
- 지진으로 발생하는 진동의 주기를 길게 변화시켜 건축물에 가하는 에너지를 원리로 만들어진 것입니다. 건축물과 지반을 분리시키는 방법(장치 또는 특정 구조물 위에 건축을 올리는 방식으로)을 쓰는데 부드러운 물질(고무 등)이나 구슬 형태의 구조물 등이 있습니다.(면진층이란 것이 있음) 지진이 발생하면 진동이 완화돼 전달되어 비교적 안전하다네요.
또한 진동으로부터는 안전하기만 건축물이 크게 움직이면 위험할 수 있습니다. 이것을 보충한 것이 '댐퍼'라는 감쇠당치(제진구조에 해당됨)가 설치되어 있으면 진동에너지를 소비해서 구조물의 흔들림을 점차적으로 완화시켜주는 역할을 합니다.
● 제진구조
- 지진으로 전달되는 진동을 감지하고 그에 따라 대응하는 힘 또는 진동을 줄어거나 구조물의 강성, 감쇠 등을 제어해 피해를 줄이는 구조입니다. 그러니깐 급정거할 때 사람들은 앞으로 넘어지지 않으려면 근육에 힘을 주어 뒤로 힘을 가하는 것을 생각하면 됩니다.
면진구조에 있는 댐퍼는 면진 부분만 있다면 제진구조는 건물의 층간에 댐퍼(점성, 마찰, 강재)를 설치하여 지진 발생 시 건물 대신 지진에너지를 흡수하고 건물의 구조체를 보호한다고 보면 됩니다. 이런 수동적 제진(감쇠기를 설치해 구조물이 흔들리는 것을 제어하는 기술)과 능동적 제진(구조물 진동에 맞춰 가력장치에 의해 인위적인 힘을 가해 제어하는 기술)이 있는데 아직 능동적은 제어형 컴퓨터 등 많은 부대장비가 필요하기에 작은 건물에는 맞지 않습니다.
대부분 세가지며
지진이 좌우로 흔들림을 예방하려면 구름대나 콩을 깔면 되고
지진이 상하로 흔들림을 예방하려면 스프링이나 완충으로 완화시킵니다
그리고 두꺼운 콘크리에 철근도 대량 추가하여 더튼튼/잘견디게도 합니다
한국의 원전은 3번째 방식으로 6.0을 버틴답니다
내진설계는 크게 세가지 방향이 있습니다.
1. 내진(耐震)
건물을 더 튼튼하게 만드는 개념입니다. 벽과 기둥이 더 두꺼워지고 더 견고한 재료를 사용합니다.
단순히 내구도를 높이는 방식이라 지진을 한 번은 버틸 수 있지만, 지진을 버티고 나면 건물의 내구도가 약해집니다.
2. 제진(制震)
진동의 반대방향으로 힘을 주어서 진동을 약화 상쇄시키는 개념입니다. 예를들어 타이완의 타이베이101빌딩에는 건물 상부에 거대한 추가 있습니다. 이 추를 컴퓨터로 제어하여 지진의 진동을 상쇄시키도록 움직입니다. 추는 크게 고체나 액체를 사용하는 두가지 방법이 있습니다.
장점은 건물의 설계를 크게 변화시키지 않고 구조물만을 추가하면 됩니다.
3. 면진(免震)
지진은 땅이 흔들리는 것이므로 건물이 땅에 붙어 있지 않다면 그 진동을 어느정도 버틸 수 있습니다. 면진은 건물과 지면사이에 스프링이나 베어링을 달아서 지면의 흔들림을 많이 줄여서 건물에 전달하는 방식입니다.
면진만으로는 흔들림을 완전히 막을 수 없으므로 제진과 같이 사용합니다.
그리고 내진설계에서 가장 중요한 점은 시공이후에 계속 유지보수를 하면서 내진설계가 잘 작동하는지 확인하는 것입니다.
참고
