제7장 [내진설계] 면진과 제진

7.1.1 지진을 어떻게 피해갈까?

광의의 내진설계는 내진, 면진 및 제진을 모두 포함한다[cite: 6]. 협의의 개념에서 '면진'은 구조물이 지진력을 흡수하지 않고, 구조물의 동적 특성을 통해 지진력을 반사하거나 차단하여 지진의 강한 에너지 대역을 피해가는 설계를 의미한다[cite: 7, 10].

면진 구조물은 입력 지진의 특성을 이용하여 구조물의 고유주기를 지진의 '탁월 주기' 대역과 어긋나게 함으로써 공진 현상을 피한다[cite: 13]. 일반적으로 면진 장치를 사용하여 고유주기를 강제적으로 길게 늘려 구조물에 전달되는 지진 에너지를 감소시킨다[cite: 14, 15].

7.1.2 관련 내진 규정

[KDS 41] 1.2 용어의 정의

• 면진시스템: 모든 개별 면진장치 사이에 힘을 전달하는 구조요소 및 모든 연결부의 집합체[cite: 34].
• 면진장치: 설계지진 시 큰 횡변위가 발생하도록 수평적으로 유연하고 수직적으로 강한 구조요소[cite: 34].
• 면진층: 면진시스템과 상·하부 구조의 경계에 위치한 연결요소를 포함하는 부분[cite: 34].

[KDS 41] 16.1 일반사항

모든 면진구조물은 재료특성 변화(노화, 온도 등)를 고려하여 설계 및 시공되어야 하며, 이는 성능기반설계의 일부로 간주된다[cite: 37, 42].

[KDS 41] 16.2 설계 요구사항

면진구조물은 비면진구조물에 비해 높은 성능 수준을 달성할 수 있으므로 중요도계수(I_E)를 1.0으로 적용한다[cite: 44, 47]. 또한, 풍하중에 의한 횡변위는 허용층간변위 이하로 구속되어야 한다[cite: 53, 69].

[KDS 41] 16.3 해석절차

국내의 설계 경험을 고려하여, 직접적분법에 의한 3차원 시간이력해석을 수행하는 것을 원칙으로 한다[cite: 88, 92].

7.1.3 적용 사례

(1) 유니슨 HKR 연구동: 면진 기술이 적용된 국내 연구 시설의 대표적 사례이다[cite: 1].

(2) 삼성동 라테라스: 주거용 건축물에 면진 설계를 도입하여 안전성을 확보한 사례이다[cite: 1].

7.2.1 제어 분류

제진은 구조물 내부에 감쇠장치를 설치하여 지진 에너지를 소산시키는 능동적 개념의 설계이다[cite: 7]. 제어 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.

• (1) 수동제어 (Passive Control): 외부의 에너지 공급 없이 장치의 물리적 특성만으로 에너지를 흡수하는 방식[cite: 1].
• (2) 능동제어 (Active Control): 센서와 제어기를 통해 지진에 대항하는 반대 방향의 하중을 직접 가하는 방식[cite: 7].

7.2.2 관련 내진 규정

[KDS 41] 17.1~17.6 주요 내용

• 일반사항: 감쇠장치를 활용한 구조물의 설계 요구사항 및 해석 절차를 규정한다[cite: 1].
• 설계 검토 및 시험: 감쇠장치의 성능 신뢰성을 확보하기 위해 엄격한 장치 시험과 설계 검토 과정을 거쳐야 한다[cite: 1].

7.2.3 적용 사례

(1) Fubon Xinyi A25: 대만의 대규모 프로젝트에 제진 시스템이 적용된 사례이다[cite: 1].

(2) 국내 학교 건물 (토글형 댐퍼): 강재 댐퍼에 토글 원리를 적용하여 변위를 증폭시키고 감쇠 효율을 극대화한 보강 사례가 존재한다[cite: 56].