내진(耐震)은 건축에서 지진에 견디는 특성을 말한다. 내진설계는 지진에 건물이 무너지는 것을 막기 위해 지진에 견딜 수 있도록 건축물을 설계하는 것을 말한다. 내진설계가 되어 있다고 해서 피해가 없는 것은 아니다. 내진설계 기본개념은 지진이 일어났을 때 완전 붕괴를 방지하여 인명피해를 최소화하는 데 있다.
내진설계 목적은 구조물 보호가 주목적이 아니다. 구조물은 손상되더라도 인명피해를 방지 하거나 최소화 하는데 있다. 내진설계를 한다고 하지만 발생할 지진력의 크기에 대하여 결코 알 수 없다. 단지 우리 경제력 허용 범위 내에서 다가올 지진력 크기를 인간 관점에서 판단 하고 대비하고자 할 뿐이다.
내진설계는 특별한 설계를 말하는 것이 아니다. 지진이 일어났을 때 자체 하중과 횡압력에 버틸 수 있도록 구조물을 더 튼튼하게 건축하는 것이다. 철근 콘크리트 구조는 철근을 더 많이 사용하여 가중 강도를 기둥 등의 지지기반을 추가하는 방식을 내진설계라 한다. 내진 구조 자체는 지진에 견딜 수 있지만 진동이 그대로 건물에 전해지기 때문에 가구 등의 넘어짐, 가스 배관 등이 파열되는 등의 2차 피해가 발생할 수 있다. 따라서 건물 재사용을 위해 흔들림을 상쇄시키는 건축기술개발이 지진이 많은 일본을 중심으로 추진되고 있다. 점차 기술이 발전함에 따라 면진이나 제진 등의 지진력을 감쇄시키는 특별한 설계 방식 늘고
있다.
현재 내진설계 기준은 아래의 기본개념에 기초하고 있다.
1. 인명피해를 최소화한다.
2. 지진 시 교량 부재들의 부분적인 피해는 허용하나 전체적인 붕괴는 방지한다
3. 지진 시 가능한 한 교량의 기본 기능은 발휘할 수 있게 한다
4. 교량의 정상수명 기간 내에 설계 지진력이 발생할 가능성은 희박하다
5. 설계기준은 남한 전역에 적용될 수 있다
6. 이 규정을 따르지 않더라도 창의력을 발휘하여 보다 발전된 설계를 할 경우 이것을 인정한다
1. 내진설계 방식
지진 발생 시 고층건물이나 단층 건물들보다 6-15층 사이에 있는 건물들이 공진주파수 영향으로 가장 먼저 무너질 위험이 높다. 이러한 건물들의 공명(Resonance)을 지진 시 최소화하기 위해 Mass damper나 Slosh tank의 설치를 내진설계에 도입하기도 한다.
1) 내진설계
철근 콘크리트로 기둥과 벽을 강화시켜 지진의 흔들림에 대항하는 방법이다. 작용하는 지진력에 대해 버팀대로 구조 부재에 단단히 연결시키고 버팀대가 이를 지지하는 방식으로 철근 보강, 기둥 추가 등의 방법이 있다
2) 면진설계
작용하는 지진력이 배관에 전달되지 못하도록 면진 장치를 이용하여 지반과 건물을 분리시키는 방법이다. 건물과 건물 사이에 고무, 스프링 등의 재료를 이용하여 지진에 의한 흔들림에서 건물 사이의 재료가 흔들림을 막아주어 건물 피해를 줄일 수 있다.
3) 제진설계
지진력을 감소시킬 수 있는 제진 장치가 설치되어 지진력을 소산 시키는 방식으로 지진의 흔들림에 맞춰 건물도 적당히 흔들리게 하여 지진으로 인한 충격을 분산, 흡수 하게 된다. 대나무나 갈대가 강한 바람에도 꺾이지 않는 것과 같은 원리다.
★ 내진 성능 : 면진설계 > 제진설계 > 내진설계 순이다
4) 차진(遮震)설계
건물이 땅에 붙어 있는 한 지진에서 완전히 자유로울 수 없다. 그렇기 때문에 건물을 땅과 격리시키자는 발상에서 출발한 기술이다. 면진 기술은 진보한 형태의 기술이다. 현재 호버크래프트나 자기장 방식이 연구 중에 있다
2. 내진보강
내진보강은 성능 기반 지진 공학(PBEE)에 의하여 4단계의 performance objective를 달성하기 위하여 실시된다.
1단계 : 공공 안전
사람의 생명을 살릴 수 있는 최소한의 내진보강 단계다. 지진 발생 시 해당 건물이 곧바로 무너지는 것을 방지하여 건물 내 거주자 또는 방문자가 신속히 대피할 수 있게 하는 것이 목적이다. 대부분 강한 지진발생 시 건물은 복구 불가 판정을 받을 정도로 파손되고 해당 건물은 철거된 후 다시 건축된다. 대부분 아파트 같은 3층 이상 거주용 빌딩 등이 여기에 해당한다.
2단계 : 건축물 생존
1단계보다는 더 섬세한 내진보강 단계다. 대지진 발생 후 건축물을 수리 후 재사용할 수 있는 것을 목적으로 한다. 대부분 교량에 사용되는 최소 단계의 내진보강이 여기에 해당 한다.
3단계 : 구조 기능
2단계 보다도 더 높은 수준의 내진보강으로 인하여 대지진 발생 후에도 건축물이 수리 없이도 곧바로 재사용 가능할 수 있는 것을 목적으로 한다. 발생하는 수리들은 모두 외관형 목적(작은 균열 수리 등) 이상으로는 발생하지 않는다. 병원 등의 시설들이 요구하는 최소 단계의 내진보강이다.
4단계 : 완전 면진
매우 역사적 중요성이 높은 문화재들에 적용이 된다.
3. 내진설계 적용 대상 건축물
1) 내진설계 규정
건축법 제48조(구조내력 등)에 따르면 ① 건축물은 고정하중, 적재하중(積載荷重), 적설 하중(積雪荷重), 풍압(風壓), 지진, 그 밖의 진동 및 충격 등에 대하여 안전한 구조를 가져야 한다. ③ 지방자치단체의 장은 제2항에 따른 구조 안전 확인 대상 건축물에 대하여 허가 등을 하는 경우 내진(耐震) 성능 확보 여부를 확인하여야 한다.
또한 세부적인 법령 개정일 별 내진설계 의무 기준이 정해져 있다. 즉 해당 날짜에 건축허가를 낼 경우 층수와 연면적, 높이가 일정 규모보다 크면 반드시 내진설계를 해야 하는 것이다. 근거법령은 <건축법 시행령>, <건축물의 구조기준 등에 관한 규칙> 등에 따른다. 자세한 내용은 다음과 같다.
2) 기타 내진설계 건축 대상물(구조안전 확인해야 하는 건축물)
① 층수가 2층 이상인 건축물
- 주요 구조부인 기둥과 보를 설치하는 건축물로서 그 기둥과 보가 목재인 목구조 건축물 : 3층
② 연면적 200㎡ 이상인 건축물
㉠ 목구조 건축물 : 500㎡
㉡ 창고, 축사, 작물재배사 및 표준설계도서에 따라 건축하는 건축물 제외
③ 높이가 13m 이상인 건축물
④ 처마 높이가 9m 이상인 건축물
⑤ 기둥과 기둥 사이 거리가 10m 이상인 건축물
⑥ 건축물 용도 및 규모를 고려한 중요도가 높은 건축물로서 국토부령으로 정하는 건축물
⑦ 국가적 문화유산으로 보존할 가치가 있는 건축물로서 국토부령으로 정하는 것
3) 우리집 내진설계 적용 여부 확인 방법
① 서울시 지진안전포털 http://goodhousing.eseoul.go.kr/SeoulEqk/main.do
② 우리집 내진설계 간편 조회 서비스(전국)
http://www.aurum.re.kr/KoreaEqk/SelfChkMain
③ 지진 시설물 인증제
4) 시설물 별 내진기준
시설물의 용도 및 규모 별 중요도와 중요도 계수에 따라 지진하중 산정 시 시설물 별로 적용하는 지진 재현주기가 달라진다. 중요도가 높을수록 재현주기가 늘어난다. 재현주기가 늘어남에 따라 그에 해당하는 최대 지진 값이 커진다. 즉 각 시설물별로 적용하는 최대 지진 값에 따라 아래와 같이 시설물 별 내진설계기준 리히터 규모 값이 산출된다.
① 건축물: 1988년 개정, 5.5~6.5 / 2005년 개정 이후, 6.0~7.0
ㆍ2017년 이후 개정 이후 특등급의 경우 : 6.8~7.4 (일본 일반건축물보다 높은 기준)
② 터널: 1985년 개정, 5.7~6.3
③ 지중구조물: 2000년 개정, 5.5~6.0
④ 지하철: 2005년 개정, 5.7~6.3
5) 내진등급
내진 등급은 지역계수 및 중요도계수에 따라 결정된다
① 지역계수
② 내진등급과 중요도계수
4. 참고사항 : 지진 규모와 진도
① 지진 크기
- 절대적 개념 : 규모(Magnitude, 또는 리히터 스케일(Richter scale)
- 상대적 개념 : 진도(Seismic Intensity)
② 진도 : 특정 장소에서 감지되는 진동의 세기
지진으로 인해 땅이나 건축물 등이 흔들리고 파괴되는 정도를 나타내는 등급을 말한다. 지진을 일으킨 에너지가 처음 방출된 지점인 진앙(震央, Epicenter)과 이를 느끼는 장소의 위치 관계에 따라 달라진다.
③ 규모 : 지진으로 방출되는 에너지를 지진계로 측정한 크기
규모는 소수점 아래 한 자리까지 표시한다. 규모 1.0은 다이너마이트(TNT) 60톤에 해당하는 힘을 가졌다. 규모가 1.0 증가할 때마다 에너지는 30배씩 가중된다.
④ 진도 계급
일반적으로 일본의 JMA(Japan Meteorological Agency) 진도와 미국의 MMI진도(수정 메르칼리 진도, Modified Mercalli Intensity)가 있다. 우리나라는 과거에는 일본기상청 계급인 JMA(8단계(0~Ⅶ)를 사용했다. 2001년 1월 1일부터는 미국에서 시작되어 여러 나라가 공용하는 12단계의 MMI 계급(MMI Scale: 1931, 1956)을 사용하고 있다.
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