건물의 내진, 면진, 제진 구조의 특징

▒ 기출문제

- 110회 1교시 12번 : 제진, 면진

- 109회 1교시 10번 : 제진에서의 동조질량감쇠기(TMD : Tuned Mass Damper)

- 105회 2교시 3번 : 초고층 건물의 내진성능(耐震性能) 향상을 위한 품질 향상방안을 설계상·재료상·시공상으로 구분하여 설명하시오.

- 98회 4교시 3번 : 건물의 내진(耐震), 면진(免震) 및 제진(制震) 구조의 특징 및 시공 시 유의사항에 대하여 설명하시오.

- 86회 4교시 6번 : 지진이 건축물에 미치는 영향과 내진, 제진 및 면진구조를 비교 설명하시오

- 85회 3교시 3번 : 지진 발생에 의한 피해를 저감 할 수 있는 재료 및 시공상의 대책에 대하여 설명하시오

- 79회 3교시 4번 : 초고층 건축물의 내진성 향상 방안에 대하여 기술하시오.

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▒ 개요

① 건물을 지진력에 저항할 수 있도록 튼튼하게 설계하는 것을 내진설계라고 한다면,

② 면진이란 건물을 지반에서 분리하여 지진을 피해가도록 하는 개념이며, 제진은 지진에너지를 소산하여 피해를 최소화 하는 방법이다.

 

▒ 지진의 분류

① 구조지진 : 지구내부에서 대규모의 변형을 일으키는 힘의 원동력인 구조력에 의하여 축적된 탄성에너지가 일시에 방출되는 현상에 기인

② 화산지진 : 화산지진은 화산지역에서 화산폭발이 원인이 되어 발생하는 지진

③ 함몰지진 : 지각내부 어디에서 연약한 지반이나 공동이 내려 앉으면서 발생하는 지진

 

▒ 규모와 진도

1) 규모(Magnitude)

① 지진의 에너지 총량, 뉴스에서 보도하는 지진 크기

② 지진의 실제 에너지를 나타내는 절대적인 값

2) 진도(Intensity)

① 현 위치에서의 지진에 대한 느낌

② 관측점에서 나타나는 현상이나 피해에 따라 주어지는 상대적인 값

<이미지 출처 : 한국시설안전공단>

▒ 내진설계 기준 및 대상

1) 내진설계 기준

지진구역 Ⅰ, Ⅱ로 구분하여 재현주기 2,400년 진도 Ⅶ에 견딜수 있게 시행

2) 대상건축물

① 층수 : 3층 이상

② 연면적 : 1,000㎡ 이상

③ 높이 : 13m이상

④ 처마높이 : 9m이상

⑤ 기둥과 기둥사이 10m 이상

⑥ 지진구역의 건축물

⑦ 국가적 문화유산으로 보존할 가치가 있는 건축물

 

 

▒ 지진격리방식

① 내진 : 지진력을 구조물의 내력으로 감당

② 면진 : 구조물에 지진력의 전달을 감소

③ 제진 : 제진장치를 이용 지진에너지를 소산

 

▒ 내진구조

1) 정의

① 내진이란 면진과 제진의 개념을 포함하나 구조물의 강성을 증가시켜 지진력에 저항하는 방법을 의미함

② 지진 발생 시 지진하중에 저항 할 수 있는 구조물의 단면을 확보 

2) 특징

① 부재의 단면 증대

② 비경제적 설계

③ 건축물의 중량 증가

 

▒ 면진구조

1) 정의

① 면진이란 건물과 지반사이에 전단변형 장치를 설치하여 지반과 건물을 분리(base isolation) 시키는 방법으로

② 지진 발생시 건출물의 고유주기를 인위적으로 길게하여 지진과 구조물과의 공진을 막아 지진력이 구조물에 상대적으로 약하게 전달되도록 하는 것 

2) 특징

① 안전성향상

② 설계자유도 증가

③ 안심거주성의 향상

④ 재산의 보전

⑤ 기능성 유지

 

▒ 제진구조

1) 정의

① 제진이란 구조물의 내부나 외부에서 구조물의 진동에 대응한 제어력을 가하여 구조물의 진동을 저감시키거나, 구조물의 강성이나 감쇠등을 변화시켜 구조물을 제어하는 것

② 지진 발생시 구조물로 전달되는 지진력을 상쇄하여 간단한 보수만으로 구조물을 재사용할 수 있게 하는 시스템 

2) 특징

① 내진성능 향상 및 구조물의 사용성 확보

② 중규모 이상의 진발생 시 손상레벨을 제어할 수 있는 설계

③ 건축물의 비구조재나 내부 설치물의 안전한 보호에는 한계

 

▒ 지진격리장치의 종류

1) 면진장치의 종류

① 납면진받침(LRB, Lead Rubber Bearing) : 얇은고무와 보강철판을 번갈아 겹쳐놓은 것, 철판은 고무의 과도한 팽창을 방지하고 수직강성을 증가시키는 역할

② 마찰진자받침(FPS, Friction Pendulum System) : 마찰력에 의한 감쇠력과 진자운동에 의한 복원력 가짐

<납면진 받침>		<납면진 받침 내부>		<마찰 진자 받침>

<이지지 출처 : 건축구조물의 면진 및 제진기술 / 면진 침 제진 구조물의 경계비선형 시간이력 해석>

 

2) 제진장치의 종류

① 점탄성감쇠기 : 구조물에 점성과 강성을 추가함으로써 내진성능을 증가

② 점성유체감쇠기 : 속도의존적인 특성을 가지는 점성유체를 사용하여 제작, 지진이나 충격하중 같은 짧은 시간에 작용하는 진동에 의한 응답의 저감 능력이 탁월

③ 항복형 감쇠기 : 금속재료가 하중을 받아 탄소성 이력 거동을 할 때 에너지를 소산할 수 있는 원리에 착안

<점탄성 감쇠기>		<점성 감쇠기>		<항복형 감쇠기>

<이지지 출처 : 건축구조물의 면진 및 제진기술>

④ 동조감쇠기 : 질량을 이용한 동조 질량 감쇠기(TMD)와 물과 같은 액체를 이용한 동조유체감쇠기(TLD)로 구분, 지진보다는 바람에 의한 구조물의 진동을 감소

⑤ 능동형 감쇠장치 : 계측된 응답을 이용하여 설계자가 요구하는 임의의 제어력을 발생시켜 제어효율 뛰어나지만 수동형 감쇠장치에 비해 유지관리가 어려움

<TMD>		<TLD>		<HMD>

<이지지 출처 : 건축구조물의 면진 및 제진기술>

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▒ 연관문제

액상화

▒ 참고문헌(출처)

1) DRB 동일 홈페이지

2) 한국시설안전공단 KISTEC / 지진정보관

3) 건축 구조물의 면진 및 제진기술 / 김진구

4) 면진 및 제진 구조물의 경계비선형 시간이력 해석 / 박지훈

5) 건축법 시행령 제 32조