내진설계의 원칙

내진설계의 원칙

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건물이 흔들린다는 것은 건축구조물이 흔들린다는 것을 의미한다. 지진과 바람 또는 건물내부의 가진원에 의해서 생기는 하중은 대체로 ‘풍하중’과 ‘지진하중’이 원인인데 이 중에서 바람에 의한 풍하중은 건물의 외형이 특히 중요한 영향인자이며 또 하나의 가장 중요한 내진설계의 기본인 지진하중은 건물의 동특성(고유진동주파수)과 큰 영향을 받는다. 이 지진하중은 질량과 가속도의 곱인 관성력이므로 만약 강제로 멈추려 할 때 구조물에 파괴를 가할 수도 있다는 생각을 할 수 있다.

내진설계

지진의 진동주기는 대체로 0.2~0.4초(2.5~5Hz내외)에 해당된다 그리고 건물의 고유진동수는 대략 ‘10/층수’ 로 계산된다. 만약 5층의 경우 건물의 고유주파수는 약 2Hz로 계산되므로 2층~5층이하 낮은 건물이 공진으로 인해 더 큰 피해를 입는다.

내진설계는 건축구조물의 강도를 증가시키는 것이며 따라서 고유주파수를 증가하는 것이므로 다음과 같은 내진설계의 원칙을 가진다.

1.     사용한계상태(Service Limit State)

2.     손상한계상태(Damage limit state)

3.     붕괴한계상태(Collapse limit state)

이는 자주 발생하는 지진에는 아무런 피해가 발생하지 않도록, 가끔 발생하는 지진에는 구조적인 피해가 발생하지 않도록, 아주 드물게 발생하는 지진에는 붕괴되지 않도록 설계하는 것을 의미한다.

사실 광의의 내진설계에는 건물의 지지방식을 변경하여 고유진동수를 지진보다 더 작게 하는 방식인 면진과 적극적으로 지진을 동흡진기로 제어하는 제진을 포함한다.

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키워드	내진, 제진, TMD, AMD, 면진, 지진, 진동, 방진, 제진, 내진설계

내진, 면진, 제진 (내진설계의 용어 정의)

내진, 면진, 제진 (내진설계의 용어 정의)

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지진도 진동이다. 지진에 대한 대비책으로 내진, 면진, 제진이라는 용어를 자주 사용한다. SF영화에서 가끔 인공으로 발생 가능한 대형 지반진동이 큰 사고를 내는 경우도 있지만 그러나 아직까지 지진은 인간이 제어할 수 없고 예측하기도 힘든 어마어마한 자연현상으로 한 번 발생하면 아주 큰 재앙이 된다. 그래서 지진이 많이 발생하는 일본의 경우에는 별도의 지진 진도기준(진도)을 가지고 있을 정도로 기술이 발전하였으며 거의 모든 건축물 및 기반시설에 대해 내진설계를 기본으로 적용하고 있다. 그럼에도 불구하고 지진이 발생하면 큰 사고가 발생한다. 반면에 대한민국은 대표적으로 한강을 건너는 교량 30개 중 절반 정도만 그 것도 최근 내진 설계가 적용된 것, 최근에 들어서야 법규에 건축물 내진설계가 추가된 것으로 그 수준을 이해할 수 있다. 이것은 사실 대한민국도 지진으로부터 항상 가능성이 있다는 쓰촨성지진, 네팔, 동일본 대지진으로 일한 타산지석이라고 할 수 있다.

내진, 면진, 제진의 이해

내진설계(耐震設計)란 진동에 지진에 대해 대항, 견디는 구조로서 별도의 내진재료 또는 보조구조물 등을 추가로 설계에 반영한 구조를 말한다. 광의의 의미로 표현하면 면진과 제진을 포함한 설계라고 할 수 있다. 협의의 내진은 강구조와 겹구조의 내벽설계를 의미한다.

면진(Escape)은 지진파가 갖고 있는 강한 에너지 대역으로부터 도피하는 구조로서 진동절연체 이용, 구조물의 진동수 변경 등을 설계에 반영하는 것을 의미한다. 적층(Laminated)고무받침이나 납면진받침(LRB), 베어링(교량의 받침)을 그 예로 들 수 있다.

제진은 지진을 피하거나 받아들이는 것이 아닌 원리를 이용하거나 능동적으로 대처하는 구조를 의미한다. 땅속에 거대한 콘크리트 내벽설치나 TMD(Tuned Mass Damper, 수동형질량댐퍼), AMD(Active, 능동형 질량댐퍼)가 포함된다. 이는 지진이 발생하는 파장의 반대위상으로 질량을 움직여서 본 구조의 안정성을 유지하는 원리라고 할 수 있다.

내진설계
면진구조		제진구조
유연구조	기계절연	수동	능동
적층고무, 납받침,	Ball Bearing	TMD, Damper, 내벽설계	AMD

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