내진설계 기준

[소순권]

1 2010년 칠레 지진(규모 8.8)으로 21층 건물 일부가 붕괴된 모습 <출처: (CC BY-SA) Ex-BGDA- @Wikimedia Commons>

2 홍콩상하이은행(HSBC) 홍콩본사. 횡력(지진, 바람) 대응을 위한 보강재가 있다. <출처: (CC BY) WiNG @Wikimedia Commons>

지진 하면 흔히 가까이 있는 일본의 지진을 떠올린다. 그러나 우리나라도 지진관측을 시작한 1978년 이래 현재까지 연평균 30회 이상의 지진발생빈도를 보이고 있어 안전지대라고 할 수는 없다.

지난 37년간(1978~2014) 지진발생 현황(규모 2.0 이상): 기상청, 「2014년 국내 및 세계 지진발생 현황」
└ 규모 3.0: 실내의 일부 사람이 느낄 수 있는 정도.
└ 유감(有感)지진: 사람이 땅의 진동을 감각으로 느낄 수 있는 지진

연도별 지진발생 현황(1978~2015) <출처: 기상청>

따라서 우리나라도 1988년에 건축물 내진설계 기준을 제정하고, 이후 몇 차례의 「건축법」 개정을 통해 현재의 기준에 이르고 있다.

지진규모와 진도

지진의 크기는 절대적 개념의 ‘규모(Magnitude, 또는 리히터 스케일(Richter scale)¹⁾)’와 상대적 개념의 ‘진도(Seismic Intensity)'가 있다. 예를 들어, 특정 장소에서 감지되는 진동의 세기를 ‘진도’라고 하는데, ‘진도’는 지진으로 인해 땅이나 사람 또는 다른 물체들이 흔들리고 파괴되는 정도를 나타내는 등급을 의미하며, 지진을 일으킨 에너지가 처음 방출된 지점인 진앙(震央, Epicenter)과 이를 느끼는 장소의 위치 관계에 따라 달라진다.

반면에 지진으로 방출되는 에너지를 지진계로 측정한 크기를 의미하는 ‘규모’는 소수점 아래 한 자리까지 표시하며, M1.0 즉 규모 1.0은 폭약(TNT) 60톤의 힘에 해당되고, 규모가 1.0증가할 때마다 에너지는 30배씩 가중된다.

진앙과 진원 Ⓒ이재인

진도의 계급은 크게 일본의 JMA(Japan Meteorological Agency) 진도와 미국의 MMI진도(수정 메르칼리 진도, Modified Mercalli Intensity)가 있다. 우리나라 기상청은 과거 8단계(0~Ⅶ)로 구분된 일본 기상청 계급(JMA Scale: 1949)을 사용해 왔으나 2001년 1월 1일부터는 미국에서 시작되어 여러 나라가 공용하는 12단계의 MMI 계급(MMI Scale: 1931, 1956)을 사용하고 있다.

지진의 크기가 물체 및 사람에 미치는 영향 <출처: 국민안전처 및 위키피디아(https://en.wikipedia.org/wiki/Mercalli_intensity_scale)>

내진설계의 개념

지진은 지구 내부의 에너지가 지표로 나와 땅이 갈라지며 흔들리는 현상으로서 건축물에 하중으로 작용한다. 지진하중²⁾은 지반운동에 따른 관성력(慣性力)³⁾으로 건물이 수평 혹은 수직 비정형이거나 비구조요소의 예기치 못한 작용으로 인해 특정 층이나 특정 구조부재에 하중이 집중될 수 있다.

따라서 모든 내진설계 대상 구조물과 그 구성부재는 지진에 견딜 수 있는 일정 강도(强度)가 확보되어야 함은 물론이요, 지진의 흔들림에 유연하게 대응할 수 있는 연성(延性, Ductility)도 갖출 수 있도록 해야 한다.

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1 내진(강성): 지진에 버틸 수 있는 X자형 보강재 <출처: Wikimedia Commons> 2 내진(연성): 지진의 진동을 흡수하는 스프링(damper) <출처: (CC BY-SA) Shustov @Wikimedia Commons>

내진설계는 지진 시나 지진이 발생된 후에도 구조물이 안전성을 유지하고 그 기능을 발휘할 수 있도록 설계 시에 지진하중을 추가로 고려한 설계를 의미하지만,⁴⁾ 예상되는 모든 지진에 피해를 입지 않도록 설계하는 것은 아니며, 다음의 세 가지 항목을 목표로 한다.⁵⁾

① 작은 규모 지진: 구조부재 및 비구조부재는 손상받지 않아야 한다.
② 중간 규모 지진: 비구조부재의 손상 허용, 구조부재는 손상받지 않아야 한다.
③ 대규모 지진: 구조부재와 비구조부재의 손상 허용, 구조물 붕괴로 인한 인명 손상은 발생하지 않아야 한다.

건축물의 내진설계 기준

건축물의 내진설계 기준은 우선 행정구역을 이용하여 지진구역을 I, II로 구분하고, 재현주기 2,400년⁶⁾의 지진(진도 VII)에 견딜 수 있게 내진설계 기준을 시행하고 있다.⁷⁾

지진구역 및 지역계수: 구조규칙 [별표10]

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1 우리나라의 진앙분포도 <출처: 기상청> 2 지진구역 및 지역계수(구조규칙 [별표10] 참조) Ⓒ이재인

내진설계 의무규정은 1988년에 도입되어, 내진설계 의무적용 대상이 6층 이상 또는 연면적 10만 ㎡ 이상의 건축물이었으나, 1995년에 6층 이상, 1만 ㎡ 이상으로 확대된 뒤, 2005년부터는 3층 이상, 1,000㎡ 이상으로 확대 적용되었으며, 2015년 개정을 통해 3층 이상 또는 500㎡ 이상인 모든 건축물에 대해 내진설계를 의무화했다.

「건축법 시행령」 상의 내진설계 대상 건축물 변천과정

내진설계의무 대상 건축물

건축물을 건축하거나 대수선하는 경우 내진설계의무 대상 건축물은 착공신고 시 확인 서류를 허가권자에게 제출해야 한다(「건축법 시행령」 제32조). 내진설계의무 대상 건축물은 건축규모(높이, 층수, 면적), 용도, 구조, 공법, 지진구역 등에 따라 9가지로 규정하고 있다.

1. 층수가 3층(대지가 연약하여 건축물의 구조안전을 확보할 필요가 있는 지역으로서 건축조례로 정하는 지역에서는 2층) 이상인 건축물

내진설계의무 대상 건축물: 층수 요건 ⓒ이재인

2. 연면적이 500㎡ 이상인 건축물

내진설계의무 대상 건축물: 면적 요건 ⓒ이재인

다만, 창고, 축사, 작물재배사 및 표준설계도서에 따라 건축하는 건축물은 제외한다.

내진설계의무 제외대상 건축물 요건 ⓒ이재인

3. 높이가 13m 이상인 건축물
4. 처마높이가 9m 이상인 건축물

내진설계의무 대상 건축물: 높이 요건 ⓒ이재인

5. 기둥과 기둥 사이의 거리가 10m 이상인 건축물

내진설계의무 대상 건축물: 경간(徑間) 요건 ⓒ이재인

6. 국토교통부령으로 정하는 지진구역 안의 건축물(※건축물의 구조안전 참조)
7. 국가적 문화유산으로 보존할 가치가 있는 박물관·기념관 등으로서 연면적의 합계가 5,000㎡ 이상인 건축물(구조규칙 제56조 제3항)

내진설계의무 대상 건축물: 면적 및 용도 요건 ⓒ이재인

8. 한쪽 끝은 고정되고 다른 끝은 지지(支持)되지 아니한 구조로 된 보ㆍ차양 등이 외벽의 중심선으로부터 3m 이상 돌출된 건축물

내진설계의무 대상 건축물: 구조요건 ⓒ이재인

9. 특수한 설계ㆍ시공ㆍ공법 등이 필요한 건축물로서 국토교통부장관이 정하여 고시하는 구조로 된 건축물

참고문헌

• 법제처. 국가법령정보센터. http://www.law.go.kr/
• 국민안전처. http://www.mpss.go.kr/home/
• 국토교통부 고시 제2016- 호. 「도시철도 내진설계 기준」.
• 기상청. 「2014년 국내 및 세계 지진발생 형황」. 2015.1.8.
• 기상청. http://www.kma.go.kr/
• 이재인. 『건축 속 재미있는 과학이야기』. 시공사, 2007.
• 한국시설안전공단. https://www.kistec.or.kr/

지진 자체의 크기를 측정하는 단위로, 1935년 이 개념을 처음 도입한 미국의 지질학자 리히터(Charles Richter, 1900~1985)의 이름에서 따온 것이다. 이재인, 『건축 속 재미있는 과학이야기』, 시공사, 2007, p.149.

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지진에 의한 지반운동으로 구조물에 작용하는 하중

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가속되는 방향과 반대 방향으로 받는 것처럼 느껴지는 힘

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국토교통부 고시 제2016- 호, 「도시철도 내진설계 기준」, p.5.

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한국시설안전공단, 내진설계 기준 개요. https://www.kistec.or.kr/kistec/earth/earth0601.asp

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재현주기 2,400년이란 2,400년에 한 번 정도 발생할 것으로 예상되는 지진이란 뜻으로, 지진의 세기가 그만큼 강하다고 할 수 있음

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한국시설안전공단, 내진설계 및 보강방법(내진설계규정). https://www.kistec.or.kr/kistec/earth/earth0501_02.asp

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글

이재인 | 명지대 건축대학 교수

‘건축 어렵지 않아요’라는 말을 글로 옮겨가고 있다. 저역서로는 『건축 속 재미있는 과학이야기』, 『르 코르뷔지에 건축가의 길을 말해줘』, 『어린이가 꼭 알아야 할 세계의 건축물』, 『다빈치의 위대한 발명품』 등이 있다. 현 서울시, 공공건축가(MA&MP)로 활동하고 있다.