건축물 신축 소요 비용의 60% 이상이 비구조요소가 차지, 지진 발생 시 2~3차 피해 원인까지 제공...'내진' 설계 필요성↑
고강도 STS 물탱크 등 비구조재에 STS 적용 가능성 무궁무진
12일, 한국철강협회 스테인리스스틸클럽이 대구 엑스코에서 ‘2023년 스테인리스(STS)산업 발전 세미나’를 개최했다. 주제 발표 두 번째 순서로 부산대학교 지진방재연구센터 백은림 교수 가 ‘건축물 내진 성능 강화 및 STS 적용 확대 방안’에 대해 설명했다.
백은림 교수는 먼저 최근 지진 발생 현황에 대해 진단하며 전 세계적으로 규모 ‘7’ 이상 지진이 한 달에 1회 정도 발생할 정도로 대형 지진의 발생 빈도가 증가하고 있음을 설명했다.
지난 2008년에는 중국 쓰촨성에서 8.0규모 지진이 발생하며 사망자 약 9만명, 부상자 38만명, 실종자 1만7천명 등 막대한 인명 피해가 발생했다. 특히 현지 학교 건물 붕괴로 교사와 학생들의 피해가 컸던 가운데 이를 계기로 우리나라에선 2009년 학교시설에 대한 내진설계 기준 고시가 시행됐다.
이어서 2010년에는 아이티 수도 포르토프랭스 지역에서 7.0규모 지진이 발생하여 국가 전체 인구의 3분의 1 수준인 약 300만명이 피해를 봤고 사망자만 22만명 이상에 달하는 자연재해가 발생했다. 중국에 이은 아이티 대지진으로, 국내에선 학교 외 시설에 대해서도 내진 설계 및 대비-대응 시스템에 대한 중요성 인식이 고취됐다.
이 밖에도 2011년 뉴질랜드 크라이스트처치 지진(6.0규모)과 같은 해, 동일본대지진(9.0규모) 발생으로 대규모 인명 피해가 발생했고 이를 계기로 국내에서도 전력 설비, 인프라시설 등에 대한 내진 설계에 대한 중요성 인식이 커졌고 국가 재난 대비 및 대응 시스템이 강화됐다.
또한 부산대 백은림 교수는 국내도 지진이 대중들의 예상보다 자주 발생하고 있다며 2016년 경주 지진과 2017년 포항 지진 등의 사례를 소개했다. 특히 백교수는 국내 지진 건에선 구조물 피해와 비주고요소 피해가 두드러지게 나타났다고 지적했다.
비구조요소는 건축물 또는 시설물의 구성요소 중 외부 하중을 지지하지 않는 요소와 구성품을 뜻한다. 대표적 건축 비구조요소로는 지붕재와 천장재, 조명기구, 외벽 마감재, 커튼월, 창문, 칸막이벽체, 이중마루, 집기 등이 꼽힌다. 이와 연관된 기계·전기 비구적요소로는 배관계통과 소화설비, 전기설비, 저장탱크, 보일러, 스프링클러 등이 포함되어 있다.
백은림 교수는 “건축물 신축 소요 비용의 60% 이상이 비구조요소가 차지할 만큼 중요성이 크다”라며 “비구조요소는 지진 발생 시 기능 상실에 따른 2차, 3차적 재난을 유발하는 데, 최근 발생한 지진피해 대부분이 비구조요소에 집중돼고 있다”라고 말했다.
이에 미국과 일본에선 연방 규정과 건축기준법으로 비구적요소에 대한 내진설계 시공 및 지침을 마련하는 등 비구조요소에 대한 지진 피해 최소화에 노력하고 있다. 국내에서도 2018년 건축법 개정을 통해 비구적요소에 대한 내진 대책이 강화된 가운데 현재로서는 방송·통신설비 외 분야에선 적용 시험방법 및 인증 체계가 부재하고 신기술과 중소기업청 성능인증에 의존하는 시장 전문성 부족 문제가 대두되고 있다.
그럼에도 국내에선 꾸준하게 비구조요소에 대한 내진성능 확보 기술 개발이 이뤄지고 있는 것으로 평가되고 있다. 특히 철강·금속 부분과 관련해 커튼월과 금속 외장재, 천장재, 배관 시스템에 대한 정적·동적 실험 실시로 성능평가 및 검증이 늘고 있으며, 여러 기관의 연구 결과를 반영한 내진설계 유효성 검증 작업이 이뤄지고 있다.
특히 국내와 해외 중대형 지진에서 나타난 물탱크 피해가 확인되면서 내진형 스테인리스(STS) 물탱크에 대한 관심과 연구가 확대되고 있다. 지진이 많은 일본에선 STS 패널 탱크가 스테이볼트 방식(~1980년)에서 브레이스형 보강구조 방식(~1997년), 외부보강형(1995년 이후)으로 단점을 보완하며 변화한 가운데 국내에선 최근 고강도 STS 적용 웨이브형 물탱크가 대표적인 내진형 제품으로 손꼽히고 있다.
백은림 교수는 “고강도 STS 적용 물탱크는 원형 탱크의 구조적 안정성과 사각탱크의 우수한 공간 활용성을 고려됐다”라며 “패널 단면 특성을 개선한 웨이브형 패널 적용과 패널 접합부에 H형강 외부 구조를 적용한 것이 특징”이라고 설명했다.
현재 고강도 STS 적용 웨이브 물탱크는 일반 평판과 비교해 단면 특성(단면 2차 모멘트)이 약 6,000배 높은 것으로 평가되고 있으며 패널형 접합부의 취약한 용접구조는 외부 H형강의 기둥 지지구조 적용으로 접합부 취약점이 개선된 것으로 평가된다.
부산대는 지난 2019년부터 고강도 STS 웨이브형 물탱크의 내진성능 검증 실험을 실시하고 있다. 특히 부산대는 PossHN1 강종을 활용한 외부 보강 웨이브 물탱크를 대상으로 국내 지진 하중에 대한 내진성능 검증을 완료하며 국내 내진형 STS 물탱크 기술 개발 및 비구조요소에 대한 내진성능 향상에 이바지하고 있다.