건물을 지을때 지진에 대한 설계는 어떤 방식으로 하는지 궁금합니다.
건물을 지을 때 지진에 대한 설계는 어떤 방식으로 하는지 궁금합니다.
철은을 많이 사용하는지 아니면 집이 움직이게 설계를 하는지. 흔들림에 어떻게 내성을 갖게 하는지
궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
각종 명칭이 나오니까 혼동되시나봐요.
각 명칭의 위계를 정리하실 필요가 있을 것 같아요.
허용응력설계법, 극한강도설계법/하중저항계수설계법/한계상태설계법... 이것들은 부재설계의 설계법입니다.
과거 건축도 토목도 모두 허용응력설계법을 사용하다 건축은 하중저항계수설계법으로 넘어갔고 토목은 허용과 하중저항을 모두 사용중으로 알고있습니다(확실하진 않아요. 토목은 잘 몰라서...-_-;).
이러한 부재설계 전에 부재에 가장 치명적인 지배하중(조합)을 알아야겠죠?! 이 때 지진하중의 영향까지 고려하면 그게 내진설계입니다. 풍하중을 고려하면 내풍설계, 눈하중을 고려하면 내설설계, 지하수압을 고려하면 내수압설계... 뭐 그렇게 말을 붙일 수 있는데 유독 내진설계만 말이 많은 이유는... 다른 하중은 모두 적용중이었지만 지진의 경우 우리나라에 지진이 별로 없었던 이유 같아요. 우리나라도 지진이 잦아지고 실제 그 피해가 발생하며 그 필요가 커졌죠. 그러면서 지진하중을 고려하는 내진설계 적용 대상이 점차 확대되었죠.
여기서 구분해야 할것이 있어요.
기존 내진설계와 성능기반설계가 바로 그것이죠.
기존의 내진설계는 정해진 목표(2400년 재현주기 지진에 건물의 붕괴방지)로 설계하죠. 그런데 이 경우 필요 이상의 과설계로 자원낭비가 있을 수 있어요. '도대체 2400년에 한번 올까말까 하는 하중에 10~20년 정도 사용할 건물을 설계한다는건 왠말이냐!! 돈아깝다!!' 이런 느낌이랄까요. 그래서 성능의 목표를 설정하고 이에 맞게 합리적으로 자원을 들이는게 되는거죠. 그게 성능기반설계랍니다.
자아... 이번엔 등가정적/동적/시간이력해석법으로 넘어가볼까요. 지진에 의해 구조물에 가해지는 에너지를 해석할때!! 지진은 사실 시간과 가속도로 이루어진 에너지예요. 근데 이게이게... 시간과 가속도 그리고 질량을 방정식에 넣고... 수많은 절점으로 이루어진 구조물에 이를 반영하면 디따디따 어렵겠죠?! 실무자들은 어쩌면 미쳐버릴지 몰라요. 그래서 이 동적 하중을 해석하기 쉽게 변환하여 해석하는 방법이 등가정적해석법이예요. 그런데.. 이 등가정적 해석법에 한계가 있어 보다 현실에 가까운 해석을 가능토록 한것이 동적해석법이예요. 그리고 최종적으로 가장 디테일하게 해석하는 방법이 시간이력해석법이랍니다. 사실 컴퓨터와 해석/설계기술의 발달로 가능해진 것이죠.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.
철을 많이 사용한다고 무조건 강한 것은 아닙니다. 요즘은 컴퓨터 프로그램을 통해서 해당 지역의 지진계 등의 내용을 반영할 수 있습니다. 되도록 계산 전에 공사할 땅에 대한 지질조사 및 지내력 테스트를 해서 같이 반영해주는게 좋은데 사전에 검사가 이루어지지 않을 경우 지내력을 적당히 낮춰서 적용합니다. 추후 지질조사가 이루어지면 반영한 값과 비교해서 낮으면 다시 설계를 합니다. 만약 지내력이 계산값 보다 높다면 더욱 안전한 것이라 다시 설계를 하지 않는 경우가 대부분입니다.
구조계산에서는 모델링된 구조물에 지진파형에 따른 영향을 각각 반영해서 어느 부위가 힘을 많이 받는지 보고 해당 부위를 강하게 해주고 힘을 적게 받는 부위는 적당한 강도가 나오도록 효율적으로 설계를 합니다. 지진의 강도 또한 실제 있었던 지진의 강도 보다 강하게 적용하여 적용하기 때문에 제대로 계산이 이루어졌다면 건물이 쉽게 무너지는 일은 없습니다.
건축물은 지진 외에도 여러가지 영향을 받습니다. 건축물의 고정하중, 적재하중, 풍하중, 적설하중(눈은 바로 흘러내리지 않고 쌓이기 때문)이 더 있습니다. 세부적으로 여러가지가 더 있지만 대표적으로 지진하중 외에도 위에 네가지로 분류해서 총 다섯가지 하중을 반영합니다.
프로그램 상 모델링된 구조체에 모든 하중을 반영하여 어떻게 영향을 받고, 어떻게 무너지는지, 어느 정도 강도에서 무너지는지 등을 고려해서 설계되는 것입니다. 그것이 100% 완벽하지는 않겠지만 현재 인간이 계산해서 대응할 수 있을 정도의 설계입니다. 경우에 따라서 법적 기준에 의해 과한 설계가 될 정도입니다. 안전을 위한 것이기에 과하더라도 항상 기준을 강화하고 있고, 그 기준에 맞춰서 설계되고 있습니다. 일부 잘못된 설계가 될 수도 있겠지만 대부분 적합하게 설계가 이루어지고 있습니다.
내진 설계는 지진에 의한 진동을 저감시키는 것이 목적입니다.
따라서 지진으로 전달되는 진동을 감지하는 설계가 필요합니다.
그리고 이 지진에 대해 대항하는 진동을 발생시켜 진동을 저감시킵니다.
또한 여기서 추가로 지진에 의해 무너졌을 때 피해를 최소화하기 위한 설계도 포함됩니다.
