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VOL 04
2021 SUMMER

KCL LIFE, 당신의 삶에 안전함의 점을 찍다

내진기술 안정화를 위한 중추적 역할을 수행하다

건축 비구조요소 동적
내진시험 및 장비

한반도가 더 이상 지진 안전지대가 아니라는 인식이 본격적으로 생겨난 것은 지난 2016년 경주에서 발생한 ‘9.12 지진’이 발생하면서다. 특히 경주와 포항 지진이 발생 당시 건축 비구조요소의 파손, 탈락 등에 의한 2차 피해가 컸고, 이를 계기로 비구조요소 내진설계에 관한「건축구조기준」일부 개정안이 고시되었으며, 비구조요소 내진성능평가와 내진기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 KCL 옥외실증센터는 신뢰성 높은 건축 비구조요소 동적 내신시험 서비스와 장비 구축을 통해 지진 피해로부터 국민의 생명과 안전을 지키는데 앞장서고 있다.

건축물 지진 안전성
확보 필요성 대두
2016년 9월 경주에서 5.8 규모의 지진이 발생하고 2017년 11월 포항에서 5.4 규모의 지진이 발생하면서 많은 건축물이 지진으로 인한 피해를 입었다. 이로써 우리나라도 더 이상 지진 안전지대가 아님을 경험하게 되었고 지진에 대한 대비가 필요해졌다. 이를 계기로 건축물의 지진 안전성 확보를 위해 건축물 내진설계 기준이 강화되었고, 내진설계 대상 품목도 확대되었다. 그동안 기둥, 보, 슬래브, 벽체 등 건축물의 주요 건축 구조요소에만 국한하여 다루어졌던 내진설계 기준이 커튼월, 외장재, 전기설비, 기계설비 등 건축 비구조요소로 확대되었다.
경주와 포항에서 지진이 발생했을 때 구조물의 붕괴보다 건축 비구조요소의 파손, 탈락 등에 의한 2차 피해가 컸는데, 미국, 일본 등 지진 발생 시 비구조요소에 의한 피해 위험성을 경험한 선진국은 이를 대비하기 위한 비구조요소 내진설계 기준 및 내진성능평가 방법에 대해 마련해 놨다.
우리나라도 2019년 3월 국토교통부 고시(제2019-117호)를 통하여 비구조요소 내진설계에 관한 「건축구조기준」일부 개정안이 고시되었으며, 지진에 의한 2차 피해를 최소화하기 위한 내진성능평가와 내진기술에 대한 관심이 높아지고 있다.


우수한 기술력과 장비로
재난 안전 분야를 선도하다
KCL 옥외실증센터는 2019년 MRA사업의 일환으로 「건물 비구조 내외장재 내진성능 평가 시스템 기반 구축」과제를 수행하였으며 그 결과물로 동적 내진시험 장비를 구축했다. 본 시험 서비스를 통해 커튼월 회사 등 건축 외장 업체가 내진성능이 우수한 건축자재를 개발할 수 있는 여건을 마련하였으며 나아가 지진 피해로 인한 국민의 생명과 안전을 확보할 수 있는 계기를 마련하였다.

커튼월 및 건축용 외장재 내진성능평가 방법 건축 비구조요소 중 커튼월 및 외장재는 지진 발생시 건물 구조부재에서 발생하는 층간변위를 수용할 수 있어야 한다. 지진이 발생하면 건물은 P파 S파의 지진파에 의해 좌우/상하로 거동이 발생하는데, 정지되어 있는 건축물에 대해서는 횡변위를 유발하는 P파가 더 많이 피해를 입히는 것으로 보고되고 있다.
수평방향의 지진력은 건물 자체의 고유주기에 따른 진동을 유발하며 이러한 진동은 궁극적으로 건물 각각의 층에 횡변위를 유발한다. 이때 건물의 바닥의 위치가 좌우로 이동하면서 층간 위치가 이동하는 변위가 발생하는데, 이를 층간변위 또는 상대변위라고 한다.
건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에서는 건축물의 상대변위 산정 기준을 제시하고 있으며, 커튼월 및 외장재는 상대변위를 가했을 때 탈락의 발생이 없어야 하며, 변위를 수용할 수 있어야 한다. 커튼월 및 외장재의 내진설계 시 내진설계 책임구조기술사가 비구조요소에 대하여 내진설계를 하거나, 실험적인 절차를 통해 내진성능을 보유하고 있음을 입증하는 문서를 제출하여야 한다.
커튼월 및 외장재에 대하여 실험적인 절차를 통해 내진성능을 평가하는 방법은 정적(Static) 층간변위시험 또는 동적(Dynamic) 층간변위시험 방법이 있는데, 국내에는 동적 내진성능평가 방법은 전무한 상황이었다. 정적 층간변위 시험도 내진 성능을 평가할 수 있지만, 층간변위만큼 좌우 3회 정도의 변위를 가해준 후 기밀 수밀 시험을 통해 건물의 사용이 가능한지를 판단하는 사용성 측면에 중점을 둔 시험이다.
반면 동적 내진성능시험은 정적 내진성능시험을 보완하는 시험 방법으로 정적 대비 더 많은 반복하중(최대 200회 이상 사이클)을 가하고, 점진적으로 변위를 증가(최대 ±150mm)시키며 유리 혹은 외장재의 탈락 여부를 판단하는 지진 안전성에 중점을 둔 시험 방법이다.
(좌)지진발생시 건물의 거동, (우)동적 내진성능시험 장비 지진 거동 모식도

국내 최초 동적 내진성능평가 장비 구축 KCL은 2019년 서산 옥외실증센터에 17억을 투자하여 국내 최초 동적 층간변위를 가진 할 수 있는 동적 내진성능평가 장비를 구축하였다. 동적 내진성능평가 장비는 좌우 반복하중을 가할 수 있고, 점진적으로 변위를 상승시켜 건물의 지진 거동을 모사할 수 있어 지진 안전성을 평가할 수 있다.
동적 내진성능평가 장비는 국내 유일한 커튼월 및 외장재 동적 내진성능평가 장비로 국내 최초 KOLAS 인정을 받았으며, 최대 2개 층까지 시험이 가능하고, 가로 5m, 높이 8m의 실대형 시료에 대해 시험이 가능하다. 동적 내진성능시험 관련 표준은 AAMA 501.6-18 표준에 의해 시험을 수행 중에 있으며, 표준 이외에 X, Y, Z 3축에 대해 동적 내진성능시험이 가능한 세계 유일의 시험장비이다. 내진 커튼월 및 외장재 제품 개발 시 3축에 대한 통합 내진 특성 평가 및 초고속카메라를 이용한 지진 거동 분석을 할 수 있어 다양한 비구조요소 내진제품에 대한 개발 및 성능평가 서비스 지원을 할 수 있다.
건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에서는 내진(특)등급 시설물에 적용되는 비구조요소 중 지속적인 기능 수행을 위해 필요하거나, 손상 시 시설물의 지속적인 가동에 지장을 줄 수 있는 비구조요소에 대해서는 내진설계가 요구되고 있다.
KCL은 동적 내진성능평가 장비를 통해 관련 제품의 시험평가 서비스는 물론 내진 제품에 대한 연구개발 협력을 지속적으로 진행하여 국내 커튼월 및 외장재 제품의 내진기술 발전에 기여하고 우리나라 건축물 지진 안전성 확보에 최선을 다할 계획이다.
동적(Dynamic) 내진성능평가 장비
동적 내진성능평가 가능한 건축 비구조요소(커튼월 및 외장재)

문의 KCL 옥외실증센터 041-419-3210