‘포항 지진 쇼크’, 전국민 지진에 대한 관심 고조

▲ 포항 지진시 필로티 주택 피해 사례. © SNS 타임즈

[SNS 타임즈] 2016년 9월 경주 지진(규모 5.8)에 이어, 2017년 11월 15일에는 인근인 포항에서 규모 5.4의 지진 발생으로 수능시험까지 일주일 연기되는 등 큰 혼란이 발생했다.

지진의 강도와 정도는 '규모'(Magnitude)와 '진도'(Intensity)로 나타내는데, 규모는 진앙지에서 발생하는 전체 에너지 절대량을 나타내며 진도는 진앙지에서 거리에 반비례하는 상대적인 값을 의미한다.

2009년부터 국내 건축물에 적용된 내진 설계 강도는 '규모' 6.0~6.5으로, 원전의 경우 내진 설계 기준을 높이는 보강 작업을 하고 있다. 학계 일부에서는 한반도에서도 규모 6.5를 넘는 지진이 일어날 수 있기 때문에 지진 강도 기준을 높일 필요가 있다고 주장하고 있다.

▲ 건물 외부에 X자 내진 보강재를 설치한 서울 잠실 롯데월드타워의 최고층 첨탑부 조감도. 아웃리거·벨트트러스 같은 특수 구조물도 내진설계에 포함된다. 아웃리거는 코어와 건물 바깥 기둥을, 벨트트러스는 기둥과 기둥을 연결해 좌우로 흔들리는 진동을 분산시키는 구조물이다. 벽에 ‘X’자 보강재를 반복적으로 설치해 건물이 받는 하중을 분산시키는 방법도 내진 장치의 일종으로 쓰인다.

국내 최고층을 자랑하는 롯데월드타워(123층)는 지진 규모 7.5 이상을 견딜 수 있는 구조로 설계돼 있다.

경주, 포항 지진처럼 강도가 큰 지진이 발생하면서 건물에 대한 내진 설계에 관심이 쏠리고 있다. 우리나라 내진 설계의 기준과 현황에 대해 알아보자.

건축물 내진 설계 기준 변천

우리나라의 경우도 건축물의 내진 설계 기준이 계속 확대·강화돼 왔다.

~1988년: 6층 이상 10만m2 이상 대형 고층 건물에 적용되며 건축법에 최초로 내진 설계 기준이 반영됐다.

~1995년:  6층 이상 1만m2 이상 건물로 확대 적용됐다.

~2005년:  3층 이상, 1000m2 이상

~2015년:  3층 이상, 500m2 이상

~2017년 2월: 2층 이상의 500m2 이상 건물로 대폭 확대 적용됐다. 2016년 9월 경주 지진 발생으로 강화됐다. 앞으로 2층 건물까지 내진 설계를 실질적으로 적용하는 기준은 2018년부터 시행될 예정이다.

이번 포항 지진 발생을 계기로 조사된 바에 따르면, 내진 설계 대상인 민간    건물 265만동 중 20% 정도만이 내진 설계가 반영돼 있다고 알려졌다.

내진 설계 종류

가) 내진 설계:  건물이 흔들리더라도 붕괴하지 않도록 설계하는 방식

내진 설계는 지진 충격을 견디는 방식으로 지진이 발생하더라도 금이 가거나 무너지지 않도록 건축 구조물 자체를 튼튼하게 짓는 방법이다. 구조체 중 벽돌 쌓기 방식의 조적 구조물이 가장 취약한 것으로 이번 포항 지진 사례에서 확인됐다.

이에 비해 철근 콘크리트 구조물은 강진이 발생하더라도 건축물의 완전한 붕괴는 방지할 수 있다. 그 이유는 콘크리트는 압축에 강하고 철근은 뒤틀림에 강해 상호 보완적 작용으로 지진에 붕괴되지 않는다.

▲ 그림: 면진 설계의 원리.

▲ 그림: 면진 장비: 댐퍼, Shock Absorber.

나) 면진 설계: 대지와 건물 사이에 Damper 등 완충장치 보강해 진동을 방지 하는 방식

면진 설계는 지진 진동을 흘려버리는 방식으로, 땅과 건물을 분리시키고 건축물과 땅 사이에 고무 밴드 같은 진동 충격 완충 장치를 설치해 진동을 줄이게    된다. 땅이 심하게 흔들리더라도 건물이 받게 되는 진동은 적기 때문에 손상을 줄일 수 있다.

▲ 사진: 제진 설계 사례. 대만 타이베이101 빌딩 고층부에 설치된 제진 장치, 진동의 반대 방향으로 움직여 건물의 흔들림을 완충해 흔들림을 저감한다.

다) 제진 설계(연진 설계): 건물을 지진 진동과 반대로 흔들리게 해서 진동을 감소 시킴

지진 진동과 반대 방향으로 힘을 가해 진동 자체를 상쇄시키는 방식이다. 예를 들어 옥상에 건물과 고유 진동 주기가 같은 추를 매달아 놓으면 지진이 발생할 경우, 건물이 흔들리는 것과 반대 방향으로 흔들리게 돼 건물의 흔들림이 억제된다.

각 건물의 내진 설계방식은 환경, 층수, 용도, 구조, 비용 등에 맞춰 적용될 수 있으며, 특정 방식을 적용해야 한다는 강제 사항은 없다.

63빌딩은 제진 설계를 적용했는데, 지진 발생시 1m 이상 스윙하게 돼 있다. 원자력 발전소, 반도체 제조 공장, 박물관 수장고 등의 건물은 지진시에도 흔들리지 않도록 면진 설계를 한다.

▲ 그림: 내진, 제진, 면진 원리.

지진력

지진의 힘 파괴력은 F=ma, 즉 구조물의 질량(m)과 가속도(a)에 비례하게 된다. 이러한 파괴력에 견딜 수 있도록, 고층건물은 고강도 콘크리트와 경량 고강도 철근을 사용하며 건물이 더욱 고층화되면 콘크리트 보다 철근 골조를 사용한다.

지진 발생시 특히 취약한 부위를 살펴보면 다음과 같다

~피로티

~중간층

~고층 건물과 저층건물의 결합부

~두 건물간 이음 복도

~창문 부위 등이다.

이번 포항 지진 발생시, 벽돌 구조 건축물과 피로티 구조의 다세대 주택 피해가 많았다.

▲ 포항 지진시 필로티 주택 피해 사례.

피로티 구조 연립 주택이 피해가 심한 이유

피로티 구조 연립 주택은 건물 내부 공간을 많이 확보하기 위해 1층 주차장 층에만 내력 기둥을 세우고, 2층 이상은 기둥이 없는 내력벽 이기 때문에 피해가 심했다.

특히 이번 포항에서 피로티 구조의 연립주택의 피해가 컸던 이유는 건축 허가 과정에서 6층 이상 건물만 건축구조 기술사의 확인을 받게 돼 있는데 비해, 연립주택들은 건축법상 엘리베이터를 설치하지 않아도 되는 5층 이하 건물이기 때문에 내진 설계가 미흡할 가능성이 크기 때문이다.  이런 관련법도 이번 기회를 통해 보완·강화할 필요가 있다.

소방, 설비, 전기, 정보통신 설비에 내진 설계 적용

종전까지 내진 설계는 "건축법"에만 국한돼 있었다.

그러나 현대 건물에서는 전기, 통신, 가스, 수도, 방화 설비 등 각종 설비가 포함되어 있는 것이 현실이다. 이제는 건물 내진 설계의 목표가 건물이 붕괴되지 않는 것으로부터, 건물이 본연의 기능인 방재, 방화 등 최소한의 기능을 유지하는 것으로 바뀌어 가고 있다.

지진에 건물이 붕괴되지 않더라도 전기, 통신, 가스, 수도, 방화 등 설비가 파손되면 건물 본연의 기능을 수행할 수 없을 뿐 아니라, 가스 누출, 누전 등으로 인한

화재 등 2차 피해에 대처할 수 없는 문제가 있기 때문이다.

이런 현실을 반영해, 2017년 초 제일 먼저 소방 관련법에도 내진 설계 강제 규정이 반영됐다. 대상 소방설비들은 방화에 관련된 스프링쿨러, 소화전, 펌프 등이다. 그 결과 아파트 건축시 소방설비 관련 투자 비용이 10% 정도 증가했다는 분석이 나오고 있다.

앞으로 엘리베이터 등 건축 설비와 비상전원 등 전기설비, 비상 재난방송(FM라디오, DMB) 등 정보통신/방송 설비에도 내진 설계기준이 적용돼야 한다는 것이 전문가 들의 지적이다.

소방 분야가 내진 설계에 가장 발 빠르게 법제화를 추진하며, 이어 전기와 설비 분야가 내진 설계 법제화를 위해 주도적으로 움직이고 있는데 반해, 정보통신 분야는 어떤 움직임이나 관심이 관측되지 않으며 우려의 목소리가 터져 나오고 있다.

지진 재난 문자 발송시 고려사항

이번 포항 지진에서 지진 발생을 알리는 재난문자가 전국 동시에 발송되며, 서울 등 타 지역에서는 지진파가 도달하기 전에 재난문자를 수신한 경우도 있었다.

지난 경주 지진 당시 안전처의 서버 설계 미비로 제대로 재난 문자가 송출되지 않아 속죄양이 되며, 결국 세월호 사고로 인해 만들어진 안전처는 문재인 정부 출범과 함께 행정안전부로 통합돼 사라졌다.

그 이후 지진 재난 메시지 송출기능은 기상청으로 이관되고, 이제는 자동으로 재난 문자가 송출되고 있다.

지진의 S진동파는 속도가 4~5Km/s인데 비해, 정보통신 속도는 30만Km/s로 훨씬 더 빠르기 때문에 서울의 경우, 1분 가까이 재난 문자가 더 일찍 도착하게 됐다.

이런 문제를 개선하기 위해서는 이통통신 가입자들의 Location을 현행 관리하는 HLR(Home Location Register)와 VLR(Visitor Location Register) 서버를 재난 문자발송 시스템과 연동시키면 순차적으로 재난 문자를 발송할 수 있지 않을까?

결론적으로, 한국도 이제 더 이상 지진의 안전지대가 아닌 것으로 인식되고 있다. 지진에 대한 대비는 과거와 같은 건물 내진설계 일변도에서, 건물을 구성하는 모든 시설을 대상으로 적절한 법적 규제와 제도가 뒷받침 돼야 한다는 것이다.

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