지진으로부터 고층 건물 보호

지진으로부터 고층 건물 보호

지진으로부터 고층 건물 보호
도쿄의 한 53층 고층 빌딩은 지진으로 인한 장시간 지반 운동에 효과적인 새로운 시스템을 설치하기 위해 리노베이션을 진행하고 있습니다.

일본은 고대부터 여러 차례 대지진에 시달리고 있습니다. 내각부의 '2014년도 방재백서'에 따르면, 2004년부터 2013년 사이에만 세계 진도 6.0 이상의 지진 중 약 20%(326건)가 일본 주변에서 발생했다고 합니다. 일본은 수년에 걸쳐 지진으로 인한 피해를 제한하기 위해 관측 시스템의 정비, 방재 훈련의 실시, 건축물의 내진 기준 강화, 방재 교육 등 다양한 조치를 실시해 왔습니다.

그 중 하나는 지진에 의해 무너지거나 손상되지 않는 건물을 짓는 것입니다. 종래에는 지진에 의한 흔들림으로부터 건축물을 지키기 위해 두껍고 튼튼한 기둥에 빔을 사용하여 건물 자체의 강도를 높이는 '내진'을 실시해 왔습니다. 그러나 이 방법은 건물 자체가 붕괴나 파손을 피하더라도 그 안의 사람이나 내부, 설비가 크게 손상될 가능성이 있습니다. 이러한 이유로 최근 몇 년 동안 "내진" 및 "진동 제어" 기술의 개발이 추진되고 있습니다.

"내진은 지진의 흔들림이 건물에 전해지는 것을 방지하기 위해 적층 고무와 같은 부드러운 장치를 건물의 기초에 삽입하는 기술입니다. 라고 다케나카 상사 기술연구소 지진공학부장 야마모토 마사시(山本正書)는 말했다. "진동 감쇠는 건물에 댐퍼 등의 진동 감쇠 장치를 설치하여 흔들림을 흡수하는 기술로, 건물이 지면에 직접 지지되기 때문에 지진의 흔들림은 전달되지만 진동 감쇠 장치는 지진 에너지를 흡수하기 때문에 건물의 변형이 적고 흔들림이 단시간에 억제됩니다."

1995년 한신·아와지 대지진으로 많은 건물이 붕괴된 이후, 내진 및 진동 제어 기술을 도입한 단독주택과 건물이 많이 건설되었습니다. 내진 건물은 일반적으로 진동 감쇠 건물보다 지진 흔들림을 억제하는 데 더 좋습니다. 그러나 건물과 지면 사이에 적층 고무와 같은 내진 장치를 설치할 공간이 필요합니다. 또한 건설 비용이 약간 더 높을 것입니다. 반면에 지진 제어 기술의 설치 조건은 비교적 완화되어 있습니다.

일본의 건설 회사는 건축 조건에 따라 내진, 내진 및 내진 기술을 통합한 건물을 건설했습니다. 그러나 2011년 동일본 대지진은 "장주기 지반 운동"으로 알려진 느린 지진 흔들림이라는 새로운 문제를 드러냈습니다. 진원지에서 약 400km 떨어진 도쿄 도심의 고층 건물이 장시간의 지반 운동으로 인해 진도의 큰 흔들림으로 수십 분 동안 계속 흔들리면서 엘리베이터에 사람이 갇히거나 건물 내부와 문이 파손되는 등의 사고가 발생했습니다.

야마모토 씨는 "고층 건물이나 긴 다리가 대규모 지진에 의해 장시간 흔들리면 공진을 일으켜 큰 흔들림을 일으키고, 장주기 흔들림은 장시간 흔들리는 것이 특징"이라고 말합니다. "물론 과거의 지진에서도 장주기 지반 운동이 있었지만, 동일본 대지진은 대중의 의식이 깊어졌다고 할 수 있습니다."

이러한 장주기 지반 운동에 대처하는 기술에 대한 연구도 진행되고 있습니다. 그 중 하나는 Takenaka Corporation과 Nomura Real Estate Development가 개발하여 2015년 도쿄 서브 센터의 신주쿠 노무라 빌딩에 설치한 Dual TMD-NT 진동 제어 시스템입니다. 신주쿠 노무라 빌딩은 1978년에 완공된 높이 209.9m, 53층의 초고층 빌딩으로, 내진 성능은 충분하지만, 장시간 지진 운동에 시달렸을 때의 흔들림의 정도가 문제였습니다. TMD(Tuned Mass Damper)는 건물의 흔들림과 반대 방향으로 움직이는 무게(무게 700톤)를 사용하여 건물의 흔들림을 억제하는 장치입니다. 건물 꼭대기(52층, 53층)에 2대의 TMD를 설치함으로써 동일본 대지진과 같은 수준의 장주기 지진 운동의 경우 흔들림 폭을 20∼25%, 흔들림 시간을 약 50% 줄일 수 있었습니다. 지진 진폭 각각에 대해 장주기 지진 지반 운동에 적합한 2개의 장치(대진폭과 저진폭)를 갖춘 장치를 설치한 것은 일본에서 이번이 처음입니다.

야마모토 씨는 "Dual TMD-NT의 가장 큰 특징은 큰 지진의 흔들림뿐만 아니라 태풍과 같은 강풍에 의한 미세하지만 빈번한 흔들림도 흡수할 수 있다는 것"이라며 "이는 가정이나 사무실에 거주하는 사람들의 안전과 안심을 크게 향상시킨다"고 말합니다. 이어 "내진 및 내진 제어 건축물은 전문 엔지니어의 정기 점검도 중요하며, 앞으로는 최신 기술 개발뿐만 아니라 장기적인 지원에도 주력하고 싶다"고 덧붙였다.