내진 설계는 어떤 원리로 되는 건가요?
요즘 뉴스에 보면 내진 설계가 안 되어서 지진이 날 때 붕괴가 되는 것들이 많이 있던데요 내진 설계는 어떠한 원리로 인해서 지진에 붕괴가 되는 걸 막아 주는 건가요?
안녕하세요. 안상우 과학전문가입니다.
내진 설계는 관성의 법칙을 이용합니다 갑자기 몸이 움직일 때 질량이 있는 물체는 제자리에 멈추고 있으려고 하는 성격을 가지고 있는데 내진 설계 또한 지진이 왔을 때 건물의 하부의 움직임을 제어해서 상부의 움직임까지 영향을 미치지 않게 하는 것을 의미합니다.
따라서 상부에는 관성의 법칙에 의해서 제자리에 있게 하고 하부만 움직임을 있게 해서 건물 전체에 강도를 약화시키는 것을 방지합니다
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
1. 기초 강화: 건물의 기초는 지진으로부터의 힘을 지탱하는 역할을 합니다. 내진 설계에서는 강화된 기초 구조물이 사용되어 건물에 가해지는 지진 힘을 분산시킵니다.
2. 강성과 유연성의 균형: 건물은 충분한 강성과 유연성을 동시에 갖추어야 합니다. 강성은 건물이 지진으로부터의 힘을 견딜 수 있는 능력을 의미하고, 유연성은 지진에 의한 변형을 흡수하는 능력을 의미합니다.
3. 내진기구의 사용: 내진 설계에서는 건물의 구조물에 내진기구를 포함시킵니다. 내진기구는 지진으로 인한 수평 힘과 움직임을 흡수하고 분산시키는 역할을 합니다. 일반적으로 사용되는 내진기구에는 횡벽, 강제비틀림장치, 기초접속 등이 있습니다.
4. 건물의 질량 및 진동 특성 고려: 내진 설계에서는 건물의 질량과 진동 특성을 고려합니다. 건물의 질량과 진동 특성에 따라 지진으로부터 받는 힘의 크기와 방향이 달라질 수 있으며, 이를 고려하여 내진 설계가 이루어집니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
내진 설계에는 상하 진동뿐만 아니라 좌우 진동에도 적합한 자재가 사용됩니다.
면진 구조는 지반에 고정된 형태가 아닌 구조이고 제진 구조는 건물 스스로 진동을 제어하는 방식입니다.
이외에도 다양한 방법을 적용하여 적합한 형태의 내진 설계를 하고 있습니다.
안녕하세요. 강종훈 과학전문가입니다.
건물의 내진 설계는 지진에 대비하기 위한 중요한 단계입니다. 구체적인 설계는 건물의 위치, 지질 조건, 사용 용도 등을 고려하여 엔지니어가 수행합니다. 주로 다음과 같은 단계를 포함합니다:
1.지역 및 지질 조사:
건물이 지어질 지역의 지질 특성을 조사하여 지진의 위험성을 평가합니다.
2.설계 기준 결정:
현지 건축 규정 및 지진 설계 기준에 따라 내진 설계 기준을 결정합니다.
3.구조물 형태 및 재료 선택:
지진에 강한 구조물 형태와 적절한 구조재료를 선택하여 건물의 내진 능력을 향상시킵니다.
4.진동 제어 및 강화:
건물의 진동을 제어하고 강화하기 위해 다양한 기술을 사용합니다. 예를 들면, 풍선형 단면 설계, 강화된 연결 등이 있습니다.
5.다양한 하중 및 움직임 고려:
지진 외에도 풍하중, 온도변화 등 다양한 하중과 움직임을 고려하여 설계합니다.
6.시뮬레이션 및 해석:
컴퓨터 기반의 시뮬레이션과 구조해석을 통해 건물이 지진 상황에서 어떻게 행동할지 예측하고 검증합니다.
이러한 단계를 거쳐 건물의 내진 설계가 수행됩니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
보통 횡방향이나 수직방향의 진동을 감쇄시켜주는 방식으로 특수구조가 들어있거나, 주요 기둥부분이 내려앉지않게 기둥내부철근을 더 보강하거나 기둥주변 보를 보강하기도합니다.
기본적으로 버티는 기둥과 보 내부 자재가 충분히 차있어야하지만 그렇지않은 건물들이 있어 내진설계에서 탈락된것입니다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
내진 설계는 지진으로 인한 건물의 붕괴를 막기 위한 설계입니다. 내진 설계는 크게 두 가지 원리를 바탕으로 합니다.
첫 번째 원리는 구조적 강도를 높이는 것입니다. 내진 설계는 건물의 구조를 튼튼하게 하여 지진의 진동에 견딜 수 있도록 합니다. 이를 위해 철근 콘크리트 구조를 사용하거나, 철근을 더 많이 사용하여 구조의 강도를 높입니다. 또한, 건물의 기둥과 보의 연결을 강화하여 구조적 안정성을 높입니다.
두 번째 원리는 진동의 에너지를 흡수하는 것입니다. 내진 설계는 건물에 지진의 진동을 흡수할 수 있는 장치를 설치하여 피해를 줄입니다. 이를 위해 댐퍼를 설치하거나, 면진 구조를 적용합니다.
댐퍼는 건물의 진동을 흡수하는 장치입니다. 댐퍼는 건물의 기둥이나 보에 설치되어, 지진의 진동으로 인한 건물의 흔들림을 줄여줍니다.
면진 구조는 건물과 지반을 분리하여 지진의 진동을 건물에 전달하지 못하도록 하는 구조입니다. 면진 구조는 건물의 기초에 고무나 스프링 등의 탄성체를 설치하여, 지진의 진동으로 인한 건물의 움직임을 방지합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
지진의 진동을 흡수하는 원리를 이용합니다. 진동의 영향을 줄이기 위해 이 에너지를 흡수 분산시키는 기술입니다.
횡단 지진법, 건물의 유연성을 주어 진동을 흡수하는 것이지요..
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
대지진이 있을 때 건물의 구조체가 위험한 피해를 입지 않도록 고려하여 계획한 건축구조로, 목조 ·철근콘크리트구조 ·철골구조 ·조적(組積)구조는 각기 구조체가 아주 다르므로, 그 특성에 맞는 내진설계를 해야 하는데, 지진의 파괴작용에 대해서 어떻게 힘을 각 구조부재(構造部材)에 분담시키는가가 관건이다.
본문
내진구조를 위한 구조계산·구조설계를 내진설계(耐震設計)라고 한다. 건물은 어떠한 형태의 것이라도 강한 지진을 받으면 그 구조내부에 큰 응력(應力)을 받는다. 지진응력은 지반의 진동에 의해서 건물의 기초에서부터 토대(土臺)·바닥·기둥·벽·보·2층바닥 등의 경로를 거쳐서 건물 내부로 전해진다. 이러한 지진의 파괴작용에 대해서 어떻게 힘을 각 구조부재(構造部材)에 분담시키는가를 연구하는 것이 내진설계의 목표이다. 그러나 내진구조라 해서 어떠한 지진에 대해서도 벽이나 바닥에 전혀 균열이 생기지 않도록 하는 것은 아니다. 그 이유는 무작정 완고한 구조는 경제성을 무시한 것이기 때문이다. 그러므로 그다지 중요하지 않은 부분에는 다소 금이 가더라도, 구조체 전체로서는 위험하지 않을 정도로 피해를 억제할 수 있도록 구조계획을 한다.
내진구조는 건물구조의 종류에 따라 그 방법이 다르다. 즉, 목조·철근콘크리트구조·철골구조·조적(組積)구조는 각기 구조체가 아주 다르므로, 그 특성에 맞는 내진설계를 한다. 예컨대 목조에서는 벽에 가새를 지르거나 보와 기둥, 또는 기둥과 토대와의 이음에는 그 부분이 지진에 의한 변형이 생길 때에 어긋나지 않도록 띠쇠로 된 철물을 쓰고, 보나 토대가 모서리에서 직각으로 맞추어져 있는 부분에는 귀잡이토대를 쓰는 등 내진을 위해 고려한다. 이와 같이 3개의 부재에 의해 삼각형의 구조로 하는 것은 역학적으로 매우 유효한데, 이것은 사변형(四邊形)이 보통 마름모꼴로 변형되기 쉬운데 비해서 삼각형은 변형시킬 수 없다는 원리에 근거를 둔 것이다.
일반적인 철근콘크리트 구조는 라멘(Rahmen)구조라고 해서, 2개의 기둥과 그것들을 잇는 아래위의 보로써 만들어지는 사변형 구조이다. 라멘구조는 연직하중(鉛直荷重)에 대해서는 견고하나, 지진과 같은 큰 수평력에 대해서는 저항력이 불충분하므로 내진벽(耐震壁)이나 경사부재 등으로 보강한다. 내진벽은 수평하중의 일부를 부담할 수 있는 것으로서, 그 분담률은 벽의 모양이나 개구부(開口部)의 비율 등을 고려하여 설계한다. 이런 방법으로 수평력에 저항하는 구조를 강구조(剛構造)라고 한다.
이에 반해서 유구조(柔構造)라는 것이 있다. 이것은 20층 이상의 초고층 건축을 가능하게 하는 구조법으로서, 주체구조부(主體構造部)를 철골로 구성해서 지진에 의한 파괴력을 각 부재가 흡수해서 흘려 버리도록 하는 구조방법이다. 예를 들면, 추(錘)를 매단 어느 정도 긴 끈의 윗부분을 수평방향으로 빠른 주기로 흔들어도 밑에 매달린 추는 거의 움직이지 않고, 끈의 어느 부분만 조금 흔들리는 것과 같다. 이러한 내진법(耐震法)은 모두 지반과의 관계에서 성립되는 것으로서, 지반 특유의 지진동(地震動)의 주기와 건물의 고유주기가 비슷할 경우에는 건물에 대해서 매우 불리하고, 초고층 건축에 있어서는 지반이 약할 경우에 매우 위험하다. 그 이유는, 연약지반에서는 주기가 늦은 파(波)가 건물에 전해지면 구조물이 공진(共振)을 일으키기 쉽기 때문이다. 이것을 앞에서의 예로 설명하면, 추를 매단 끈의 윗부분을 천천히 수평방향으로 흔들어 주면 추는 좌우로 크게 흔들리게 되는 것과 같다. 이와 같이 지반의 지진동의 특성을 충분히 조사 ·검토하는 것이 내진설계에서는 중요하다.
내진설계를 위한 지진의 측정에는 강진계(强震計)가 필요하다. 건축물의 내진성 검사는 주로 고유주기(固有週期)와 감쇠성(減衰性)으로 한다. 고유주기에 의한 검사는 그 장소에서 예상되는 강한 지진동의 주기와의 상관관계에 의하므로 쉽지가 않다. 진동감쇠성은 클수록 좋으므로 검사가 쉽게 된다. 현재로서는 일반적인 건물에서 고유주기가 짧을수록 좋다고 보고 있다. 미국에서는 0.09×(m단위 높이)÷(m단위 폭의 제곱근) 초(秒)보다 짧으면 좋고, 일본에서는 (0.07∼0.09)×(건물의 층수) 초보다 짧으면 좋다고 보고 있다. 진동감쇠의 원인으로는 재료의 점성(粘性), 공기저항, 흙의 소성(塑性) 등이 있으나, 가장 큰 부분은 건축물의 진동에너지가 지진시에 기초로부터 땅 속으로 빠져나가는 현상이다. 땅 속으로 확산하는 현상은 지반이 무를수록 크고 건물이 강(剛)할수록 크다.
한국 건축법 시행령 제10조 1항에서는 “건축물은 자중(自重)·적재하중·적석·풍압·토압·수압·지진 기타 진동 및 충격에 대하여 안전한 구조를 가져야 한다”고 포괄적으로 규정되어 있고, 별도의 내진구조에 관한 규정은 없으므로, 적당한 내진대책을 세워야 한다.
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안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
내진설계라고 다 같은 방법은 아닙니다. 어떤 구조로 했는지에 따라 그 원리가 조금씩 차이가 납니다.
1.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.
2. 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.
3. 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.
