제6회 ‘금요일에 과학터치’에서 배워보자
지진에 대한 관심을 반영하듯 이번주 「금요일에 과학터치」는 “우리나라에 지진이 온다면? 지진으로부터 안전한 우리집 만들기”라는 주제로 단국대 정란교수가 진행한다.
이 강의를 통해 지진이란 무엇인가, 왜 발생하고 어떤 영향을 미치나, 지금까지 어떠한 피해를 일으켰고 이러한 피해에 대비하기 위해 필요한 조치는 무엇인지에 대한 많은 정보를 얻을 수 있을 것이다.
과학기술부는 지진으로 인한 큰 피해를 예방하기 위하여 2007년 국가지정연구실사업 신규과제 중 지정공모과제(전략기초)로 지진분야 과제를 선정ㆍ지원할 예정이다.
정란 교수(단국대학교 건축공학과) 약력
○ 학력
- Northwestern Univ. 내진공학 박사 (1988)
- 서울대학교(관악) 건축구조공학 석사(1978)
- 서울대학교(관악) 건축공학 학사(1976)
○ 주요경력
- 단국대학교 건축대학학장 (2005-현재)
- 리모델링 연구소 소장 (2000-현재)
- 건설교통부 건설교통안전 전문위원회 전문위원(2004-06)
- 법무부 삼풍백화점 붕괴사고 원인규명 감정단 감정위원(1995)
- 문화관광부 국립아시아 문화전당 설계자문위원(2006)
- 대법원 법원청사 건축위원회 위원 (2001-현재)
- 대한건축학회 구조위원장 (2006-현재)
- 한국콘크리트 학회 부회장 (2007-현재)
- 한국 공학 한림원 정회원 (2005-현재)
○ 주요연구 내용
- 건축구조물 내진성능 평가 및 보수·보강기술
- 적외선 열화상 데이터를 이용한 철근 부식률 측정기법 실용화 기술
만약 우리나라에 큰 지진이 온다면?
지진으로부터 안전한 우리집 만들기
□ 지진이란 무엇인가?
태초에 지구는 우주공간에 흩어진 운석들이 서로 합쳐지면서 충돌하여 얻어진 마찰열로 운석들이 녹아내려, 거의 구에 가까운 액체로 된 용암 덩어리였다. 이 용암들이 약 40억년동안 식어가면서 지구에서는 두께 약 10~100 km의 지각이 형성되고, 이 지각위에 생명체가 나타나 오늘날에 이르게 되었다.
그러나, 바위와 흙으로 이루어진 지각은 지구적인 관점에서 보면 매우 가벼운 물질로, 지각 밑에는 지각보다 훨씬 무거운 철과 망간 등이 액체 상태로 녹아 있으면서 서서히 대류 작용을 일으켜 지각에 변형을 발생시킨다. 두께 10~100km 되는 지각은 지구 반지름 약 6300Km에 비하면 아주 얇은 판으로, 지각보다 비중이 훨씬 큰 하부 액체 용암이 대류작용을 일으키게 되면, 그림 2에서 보는 바와 같이 얇은 지각판은 하부에서 작용하는 힘 때문에 서로 밀거나 나뉘어지게 된다.
지진은 지각이 서로 밀거나 멀어질 때 지각판이 갑자기 변형을 일으키면서 발생한 에너지에 의해 발생하는 것으로, 지각판의 경계 부위에서 가장 빈번히 발생한다.
□ 우리나라에도 큰 지진이 올 수 있는가?
우리나라는 태평양판와 유라시아판의 경계에서 약간 떨어져 있기는 하지만, 판의 경계에 위치한 일본과 지리적으로 그다지 멀지 않아 안심하고 있을 수만은 없다. 왜냐하면 지각판은 스프링과 같아서, 갑작스런 변형은 주로 판의 경계 부분에서 발생하나, 판 내부에 에너지가 축적되기 때문에 판 내부에 축적된 에너지가 경계부분이 아닌 판 내부에서 터져 나온다면, 판 경계부분이 아닌 내부에서도 얼마든지 큰 지진이 발생할 수도 있기 때문이다. 이러한 판 내부에서 발생한 대규모 지진으로 대표적인 것은 1976년 만주의 당산에서 발생한 지진으로, 공식발표만으로도 무려 30만 명이 사망하였고 비공식적으로는 약 70만 명의 인명이 목숨을 잃은 것으로 알려져 있다. 만주벌판은 우리나라보다 훨씬 판 내부에 위치하고 있어 지진 안전 지역으로 인식되고 있었으나, 불과 30여년전에 발생한 지진으로 그만큼 큰 인명피해를 입은 것을 보면 결코 우리나라도 지진 안전지역이라고 안심할 수 없는 것이다. 당시 중국이 “죽의장막” 시절이었기에 외부로 거의 알려진 바가 없고, 중국정부에서도 쉬쉬하고 있기 때문에 사진이나 피해사례를 구하기가 쉽지 않으나, 중국 정부 당국자가 시인한 30만명의 사망자수는 최소한의 사망자 수로 추측된다.
□ 왜 이 연구를 시작하였는가?
앞서도 언급한 바와 같이 과거 우리나라는 지진 안전지역으로 간주되어 내진설계를 도입하지 않았다. 그러나 과거역사서에서도 나타나는 지진기록과, 최근의 빈번해지고 있는 지진활동으로 인해서 우리나라도 지진 안전지역이 아니라는 인식이 널리 공감대를 형성해가고 있다. 이에 1989년에는 우리나라에서도 내진 설계를 법적으로 의무화하기 위해 내진설계기준을 제정하여, 6층 이상의 건물은 모두 내진설계로 설계하도록 하였고, 2000년에는 이를 보완하여 보다 강화된 내진설계 규정을 적용하기 시작하여, 최근에는 3층 이상 건물은 모두 내진설계 하도록 의무화 하였다.
그러나, 1989년 이전에 설계 시공된 건축물들은 앞으로 혹시 닥쳐올지 모를 지진에 대하여 무방비 상태로 방치되어, 최근 발생한 평창 지진 정도가 수도권에서 발생된다면 수도권의 많은 건축물들이 엄청난 피해를 입을 수 있을 것으로 판단되고 있다. 이러한 위험성을 뻔히 알면서도 손을 쓸 수 없는 것은, 기존 건축물들에 대하여 내진 성능을 갖추도록 보강하는데 들어가는 비용이 만만치 않기 때문이다.
본 연구는 이 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 신기술을 개발하고자 하는데 연구의 초점을 맞추어 시작하게 되었고, 최근 얻은 연구결과는 일반 서민들이 큰 비용 부담 없이 아파트와 주택에 내진 성능을 부여할 수 있다는 것을 보여주고 있다.
내진 설계의 중요성은 최근에 발생한 지진피해 현황과 고오베 지진에 의한 건축물의 피해정도를 살펴보아도 쉽게 알 수 있다. 내진설계가 적용되지 않은 당산과 터어키 남부지진에서 대규모 인명피해가 발생되어 내진설계가 중요하다는 것을 말해주고 있다.
이 연구에서 얻은 것들은 무엇인가?
1. 기존아파트 건식보강기법 개발
7~80년대에 건설되어 내진성능을 전혀 갖고 있지 않은 아파트에, 현재 거주중임을 감안하여 콘크리트 등 습식 공법을 사용하지 않고 가벼운 건식 철골 구조로 간단히 보강함으로써, 경제적이면서도 내진 설계 규정을 만족할 수 있는 내진성능 보강 기법을 개발하였다.
2. 진동을 제어할 수 있는 MR 감쇠기 개발
외부에서 작용하는 진동을 흡수하여 본체의 진동을 효과적으로 감소시키는 장치를 감쇠기(damper)라고 부른다. 자동차의 shock-absorber는 대표적인 감쇠장치로 본 연구에서 개발한 MR 감쇠기는 자성물질을 이용하여 건축물의 진동을 감소시키는 장치이다. 구조물에 진동이 작용하면 자동적으로 전류가 공급되어 자장을 형성하여, 액체 자성물질이 고체화 하면서 진동을 감소시키는 장치를 개발하였다.
3. 동조액체감쇠기(Tuned Liquid Damper, TLD)
이 감쇠기는 건축물에 내부 보강을 거의 하지 않고 적절히 설계된 물탱크를 외부에 설치함으로써, 외부에서 작용하는 진동을 감소시키는 장치이다. 본 연구에서 개발된 TLD는 내진설계 되지 않는 기존 아파트의 옥상에 설치하여 내진성능을 보강할 수 있는, 매우 경제적이며 시공이 용이한 획기적인 기술이다.
웹사이트: http://www.most.go.kr
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과학기술부 기초연구국 기초연구정책과 사무관 조경옥 031)436-8602
