일반적으로 우리나라는 지진의 위험대에서 벗어나 있는 것으로 알려져 있으며, 한반도는 지진대 경계로부터 아주 멀리 떨어진 지역에 위치하고 있기 때문에 판경계(Interplate)지역의 대형 지진보다는 규모와 발생빈도 면에서 약한 판내부(Intraplate)지진이 대부분이다. 하지만 지진은 장기적으로 볼 때, 지구상에서 지진이 발생하지 않는 지역은 없다. 급속한 경제성장으로 늘어난 대규모 도시 및 주요 구조물들의 밀집은 지진재해의 피해를 증가 시킬 수 있기 때문에 국내 발생 지진들의 적합한 내진설계 기준을 설정해야한다. 현재는 지진에 대해 큰 피해를 받고 있는 것은 아니지만, 앞으로 다가올 수 있는 지진재해에 대비하기 위한 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자유장 지진가속도 계측자료의 활용방안을 통해 국가지진재해도 재·개정 연구, 지반동적특성 연구, 내진설계 변수 검증에 관한 연구에 이용될 수 있는 활용도를 높이려고 하였다. 활용방안 연구 결과를 토대로 국내 실정에 적합한 지진가속도 통합 시스템을 운영하고 계측된 자유장 지진가속도 데이터 분석 및 정보제공 방안을 제시하여 활용하고자 하였다. 자유장 지진가속도 계측신호의 주요 활용 방안으로는 1. 지진 발생시 전국 주요 관측소의 PGA 등고선도 및 응답스펙트럼 작성을 제안하였다. 관측소별 최대지반가속도값을 이용한 한반도 등고선도를 작성하여 지진피해에 대한 가시적인 예측을 함으로써 지진피해예측 및 피해저감에 대해 활용하고자 한다. 2. 각 관측소의 가속도데이터 분석을 통해 지반증폭률 산정 및 지반정보 제공을 목적으로 지진 가속도 신호의 H/V비를 활용하여 지반에 의해 증폭된 주파수 대역도출을 제안하였다. 현재 국내에서 구조물에 적용하고 있는 내진기준은 국내 관측소에서 실제 기록된 지반진동을 처리하여 얻어진 지반증폭특성을 나타내는 지진응답을 비교할 경우 단주기 및 장주기대역의 특성 값에서 많은 차이를 보여주고 있는 실정이다. 따라서 이를 보완하기 위해 한반도에 부지고유특성을 도출하여 국내에 적합한 내진설계기준을 만들어야 한다. 3. 국가지진재해도 재·개정 연구 위해 필요한 가속도 지배방정식 변수 검증에 활용을 제안하였다. 국내의 경우 가속도계 지진 관측망이 확대되어 지진학 및 지진공학적 분야에서의 연구가 활발한 상태이다. 기존 지진재해도의 불확실성 개선 및 최신 내진설계기준의 적용을 위해 국가지진재해도의 재·개정이 필요하다. 또한 지반(자유장)에서 계측된 지진가속도를 통해 지진원 특성 분석 및 지진파 전파 특성 활용사례를 정리하고 자유장 지진가속도 계측신호의 체계화를 통한 내진설계 등의 기초자료 확보를 위한 연구를 수행하였다.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하자 지진방재에 대한 관심이 고조되고 있다. 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 재난선진국들에서는 지진가속도계측기 활용에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 우리나라도 2010년 9월 7일, 소방방재청에 의해 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”을 고시하고 지진가속도계측기 설치를 법제적으로 의무화 하였다. 하지만 대상시설물에서 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안은 아직 활성화되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 활용도 제고를 위해 시설물에 설치된 지진가속도계측기 응답신호의 활용방안을 살펴보았다. 특히 공공기관 청사 및 별관과 국립 대학교를 위주로 건축물의 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 연구하였다. 우선, 국내·외 건축물의 지진가속도 응답신호를 제공 및 활용하는 사례를 토대로 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 고찰하였다. 건축물의 지진가속도 응답신호는 상시미진동 측정을 통한 건전성 평가와 유사하게 활용될 수 있다. 지진발생 시 건축물의 안전성을 판단하기 위해서는 계측된 지진가속도 응답신호로부터 건축물의 안전성을 평가할 수 있는 지표 마련과 지진발생 후 손상정도의 파악을 위한 지표의 수준을 설정하는 것이 필요하다. 계측된 지진가속도 응답신호를 분석하여 건축물의 즉각적인 안전성평가가 이뤄질 수 있도록 최대가속도응답, 고유주기, 누적절대속도, 스펙트럼 강도를 안전성 평가지표로 제시하였다. 계측된 지진가속도 신호는 각각의 건축물 안전성 평가지표로 변환하여 분석할 수 있다. 첫째로 지진가속도 응답신호의 최대가속도응답을 파악하여 허용치를 벗어나는 응답의 발생여부를 파악할 수 있다. 각 건축물의 내진설계기준에 따라 적용된 허용하중을 벗어나면 정밀구조안전진단이 요구된다. 둘째로 고유치해석으로 산정된 고유주기의 평상시와 지진발생시의 변화를 분석하여 변동의 폭이 허용치를 벗어나는 것으로 건축물 안전성을 평가할 수 있다. 마지막으로 지진파의 평균속도개념인 누적절대속도(CAV: Cumulative Absolute Velocity)와 지진파의 에너지개념을 갖는 스펙트럼강도(SI: Spectral Intensity)값으로 건축물의 안전성을 평가할 수 있다. 원전기준에 의하면 CAV값이 0.16g·sec을 초과하면 설비를 정지하도록 규정하고 있다. 일본의 경우 건축물 피해 발생여부 판단기준의 SI값을 30kine으로 설정하고 있으며 향후 우리나라 특성에 맞는 평가지표별 안전성평가 수준마련이 요구된다. 이러한 건축물 안전성 평가지표를 통해 지진발생 직후 신속한 건축물 안전성평가가 수행될 수 있는 근거 자료를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

최근 전 세계적으로 대규모 지진피해가 연이어 발생함에 따라 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 선진국들에서는 지진가속도 계측 및 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광범위하게 설치된 지진가속도 계측기를 통해 지진 발생원리 및 피해분석 등 각 분야에서 활용하고 있으며 웹서비스를 통해 정보를 제공하고 있다. 한편 국내에는 지진가속도 계측자료의 정보가공 및 제공방법이 확립되지 않았으며 일부 기관에서 안전관리를 위한 지진가속도 모니터링을 실시하고 있으나 이 또한 단순한 계측 수준에 불과하다. 또한 국내·외적으로 가속도신호 계측을 이용한 건축물 안전성 평가 연구가 진행되고 있으나 실용화 단계에 이르지 못하고 있기 때문에 향후 대책 마련을 위해 지진 데이터 축적 및 안전성 평가 방안을 마련하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 지진가속도 계측기 설치 사업을 통해 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하여 건축물의 안전성을 평가하기 위한 연구의 일환으로 구조물의 손상에 따른 동특성 변화를 분석하고자 한다. 이를 위한 방법으로 해외사례 분석 및 기존 실험결과를 바탕으로 구조물 손상과 고유진동수와의 상관관계에 따른 안전성 평가 방안을 분석하고자 한다. 지진 발생이 많은 미국과 일본에서는 건축물에서 계측된 정보를 제공하고 있으며 이를 통해 지진 발생시 건물의 동특성 변화를 알 수 있다. 본 연구에서는 지진이 계측된 관측소의 데이터를 이용하여 지진의 크기 및 건물 손상에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 또한 국립방재연구원에서 수행한 조적조와 목조 구조물의 벽체 정적실험을 통해 각각의 부재에 대한 파괴패턴과 강성저하에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 실험 방법은 각 하중 스텝에 따라 고유진동수 변화를 측정하였다. 조적벽체의 경우 전단파괴에 의한 강성저하로 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났으며 목조벽체의 경우 흙벽 탈락에 따른 강성 저하와 프레임 접합부 강성 저하에 의한 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났다. 건축구조물의 진동계측 결과를 이용하여 향후 지진 발생시 안전성 평가를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

2008년 3월에 지진재해대책법이 제정되었고, 지진가속도계측기의 배치를 계획하고 성능과 시스템 구성에 있어서 표준안이 될 수 있는 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’ 이 2010년에 고시되었다. 하지만 지난 1년여 간의 지진가속도계측시스템 운영 결과 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’ 에 대한 현실적·기술적 부분에 대한 문제점이 발견되었고 지진가속도 계측이 체계적으로 수행될 수 있도록 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’에 대한 개선이 필요하다고 판단되었다. 이에 본 연구는 토목구조물에 대한 지진가속도계측기의 효율적인 설치, 운영에 대한 연구를 수행하였다. 현행 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 제3장 지진가속도계측기 설치대상 시설 중 제8조(설치대상 시설)의 4항에 ‘「건설기술관리법」 제34조에 따른 현수교 및 사장교’ 의 고시 내용 중 민자로 건설된 현수교 및 사장교를 설치의무대상으로 지정하고, 제8조(설치대상 시설)의 11항을 신설하여 항만시설을 계측대상에 포함시켰다. 또한 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 제4장 지진가속도계측기의 설치 위치 중 제5절 현수교 및 사장교, 제7절 고속철도 교량의 경우 동적 해석을 통하여 지진가속도계측기 설치 위치와 개수를 결정할 수 있다. 하지만 동적 해석을 수행하지 않을 경우 현행 고시가 정한 위치와 개수에 따라 지진가속도계측기를 설치도록 되어 있다. 따라서 본 연구에서는 공학적 검토를 통해 동적 해석을 수행하지 않은 경우 지진가속도계측기 설치 위치와 개수에 대하여 개정안을 제시하였다. 본 연구를 통해 1. 국내 이미 설치 완료된 지진가속도계측시스템을 통해 ‘지진가속도계측기 설치 및 운영기준’의 문제점을 분석하였고 개선사항을 도출하였으며, 2. 본 연구에서 도출된 개선사항을 적용하여 보다 효율적인 센서의 배치와 계측을 통해 정확하고 신뢰성 있는 지진가속도데이터를 축적할 것으로 판단된다.

전력설비 지진관측망은 주요 전력시설물인 원자력발전소 인근, 화력발전소, 765/345kV 변전소, 수력/양수댐 부지의 실시간 지진감시를 위해 운영 1999년 이후로 단계적으로 구축되고 운영되고 있으며, 2008년 발효된 지진재해대책법에 따라 지진관측 구성기기 및 설치 위치 등을 보완하고 있다. 상기 주요 전력시설물에 대해서는 내진설계 혹은 내진성능평가를 통해 제시된 시설물의 내진성능수준을 이용하여 지진관측망의 안전조치 지진동크기로 설정하고 있다. 주요 전력시설물에 설치된 지진관측장비의 운영 및 관리 주체는 원자력발전소 및 수력/양수댐인 경우는 한수원(주), 화력발전소인 경우는 5개 전력그룹사(남부발전, 남동발전, 서부발전, 동부발전, 동서발전), 765/345kV 변전소인 경우는 한전으로 구분되어 있다. 한편 전력공급망은 전기를 생산하는 발전소와, 변전소를 통한 송전망, 일반 설비로 구성된 배전망이 동시에 유기적으로 연계된 망이며, 해당 설비 위치가 공간적으로 중복되거나, 국부적인 피해가 전국적인 전력공급 장애를 가져올 수 있기 때문에 발전소, 변전소, 일반 설비의 지진피해특성은 일관되고도 체계적으로 감시될 필요가 있다. 이에 따라 전력공급 업무를 최종적으로 책임지고 있는 한전은 전력시설물 별로 분리되어 운영되고 있는 지진감시서버를 한전 전력연구원 지진감시센터를 중심으로 연계하여 전체적인 자료를 관리하고, 지진피해시 신속하고 체계적으로 대응할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 전력설비 지진피해대응시스템을 2014년까지 구축하여 시범운영할 계획이다.

천연가스는 국가 에너지의 중요한 부분을 담당하고 있으며 경제발전 및 국민생활의 편리를 제공하는 함은 물론 환경을 보전하는 친환경에너지로 그 가치를 더해가고 있다. 한국가스공사는 천연가스를 수입, 개발하여 전국에 공급하는 가스회사로 인수기지 설비 뿐 아니라 3,000 km에 이르는 주배관을 보유, 운용하고 있으며, 최근 빈발하는 지진을 비롯하여 자연재해에 대한 대비를 철저히 함으로써 천연가스의 안정적 공급에 만전을 기하고 있다. 현재 생산기지에 설치하여 운용되고 있는 지진계는 총 5기이며 사내 네트워크 망을 이용한 지진모니터링시스템을 통하여 각 기지 통제소에서 설비의 운용에 활용하고 있으며, 연구개발원에서 지진데이터를 활용한 연구를 수행하고 있다. 생산기지에서 전국으로 송출된 고압가스는 각 지역의 정압관리소에서 감압된 후 도시가스회사 및 발전소 등에 공급되고 있다. 전국에 위치하는 약 100 여개의 정압관리소에 지진가속도 계측기가 설치되어 운용되고 있으며, 지진데이터는 설비전용망인 SCADA 시스템을 통하여 각 지역본부에 전송되어 설비의 운용에 활용되고 있다. 현재 지진가속도 데이터를 소방방재청에 전송하기 위한 통합 지진 네트워크 망 구성과 시스템 구현이 완료되고 있는 시점이다. 이 통합 네트워크가 완성되면 한국가스공사 지진가속도 전체 데이터가 단일 네트워크에 통합되어 설비운영에 활용될 것이며 지진에 대비한 연구개발 측면에서도 활용도가 증대될 것으로 기대된다.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하여 지진에 대한 관심 및 국민 불안감이 증대되었다. 이에 따라 미국과 일본 등 선진 국가에서는 지진재해에 대한 국가차원의 방재 대책을 마련하기 시작했고 이에 발맞추어 국내에서도 지진재해대책법 제정 등 지진방재에 대한 대책을 마련하였다. 한국농어촌공사는 2008년 3월 28일 제정된 지진재해대책법에 따라 2008년 담양저수지를 시범지구로 선정 저수지 마루부 및 사면 중간부, 자유장에 각각 3성분의 가속도 센서를 설치하였다. 이후 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준(2010. 9. 7고시)”에 의거 2010년에 2개 지구, 2011년에 4개 지구에 추가 설치하여 계측을 실시하고 있다. 한국농어촌공사 농업용 저수지는 흙과 암괴 등의 재료를 이용하여 축조한 필댐(Fill Dam)으로 댐의 축조가 매우 경제적이고 용이하다. 필댐 축조시 흙은 비교적 투수성이 크므로 이를 보완하기 위해 수밀성이 좋은 재료(점토 등)를 사용하여 차수하게 되는데, 차수단면의 형상과 위치에 따라 균일형, 코어형, 죤형, 표면차수벽형 등으로 구분한다. 필댐은 제체 특성상 제체 내부의 부등침하가 발생할 수 있고 여수로를 제체와 분리하여 설치하므로 이에 대한 관리가 필요하다. 이러한 필댐의 특성으로 인해 한국농어촌 공사에서는 법에 근거한 대상 15개 저수지에 대한 지진가속도 계측시스템 설치 계획을 세워 진행하고 있으며, 지진가속도 계측값에 따른 지진경보시스템 및 운영 매뉴얼을 마련하여 지진재해에 대비하고 있다. 또한 지진가속도 계측기가 설치되어 있지 않은 저수지 중 제고 15m, 총저수량 100만m3 이상의 저수지에 대해 전기비저항 측선 및 계측공을 설치하여 지진 발생시 계측을 실시, 저수지의 안전에 대비하고 있다.

일본 고베지진(1995), 타이완 지지(Chichi)지진(2000), 우리나라 남해안 지역 및 대도시지역에서 지반 흔들림이 감지된 일본 후쿠오카지진(2005), 중국 쓰촨성대지진(2008), 일본 이와떼·미야기지진(2008), 최근의 일본 동북지방대지진(2011)과 같은 한반도 주변지역에서의 지진발생 사례와 함께 한반도내에서 최근 발생된 강원도 월정사지진(2007년) 등은 한반도의 지진발생 빈도 증가와 더불어 지진에 대한 안전지대가 아니라는 경각심과 함께 지진 피해 가능성에 대한 인식을 제고시키고 있다. 최근 일본 동북지방대지진(M9.0)과 중국에서 발생한 쓰촨성대지진(M8.0), 일본 이와떼·미야기지진(M7.2)은 진앙지 주변지역에 위치한 많은 댐들에 크고 작은 지진 피해를 발생시켰다. 특히, 중국 쓰촨성 대지진은 쓰촨성 일대 약 400개의 중·대형댐에 크고 작은 손상을 입힘으로써 지진대비 댐시설물 안전관리에 대한 대책 마련의 필요성을 부각시키고 있다. 댐 시설물은 국민생황과 안전에 밀접한 공공성이 강한 국가 주요시설물이므로 댐 관리주체는 지진대비 댐의 안전성을 확인함으로서 지진에 의한 피해를 최소화 할 의무가 있다. 일본 고베지진 이후 국내 내진설계기준(건설교통부, 1997)이 개정되었으며 2011년 개정된 댐설계기준·해설(건설교통부)에는 내진특등급 댐의 경우에는 의무적으로 지진계를 설치하고 정상상태를 유지하여야 함을 규정하고 있다. 이에 국내에서 대부분의 중요한 대댐을 관리하고 있는 한국수자원공사는 31개의 신규댐 및 설계당시 지진계가 설치되어 있지 않은 기존댐에 총 99대의 지진가속도계 설치를 2008년 완료하여 운영중에 있으며, 4대강살리기사업 16개 보에 총 30대의 지진가속도계 설치를 완료하였다. 현재 31개 댐에 설치된 99대의 지진가속도계는 실시간으로 각 댐에서 감지되는 지진파형을 모니터링하고 최대 가속도를 분석하여 댐의 내진안전성을 신속히 파악하기 위해 댐 실시간지진감시시스템(Dam Earthquake Monitoring System)에 연계되어 통합운영되고 있으며, 향후 4대강 16개 보 지진가속도계의 추가연계와 소방방재청 등 국가지진관측망과의 자료공유를 위해 시스템을 업그레이드할 계획이다. 댐의 내진안전성에 대한 연구사례는 다음과 같다. 한국수자원공사는 2001년에서 2003년까지 고베지진이후 강화된 내진설계기준에 따라 동적해석기법으로 다목적댐과 용수전용댐에 대한 내진성능평가를 실시하였으며, 평가결과 다목적댐과 용수전용댐은 현재의 강화된 내진설계기준에 대해 모두 내진안전성을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 수치해석을 이용한 지진발생시 댐의 안전성 평가는 댐재료의 동적물성 및 해석결과의 적정성을 평가하여야만 그 결과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 이를 위해 지진계측기록을 활용하여 댐의 실제 고유주기(Fundamental period)를 산정하는 방법에 대한 연구(하익수, 2008)가 수행되었고 수치해석에 의한 고유주기를 계측에 의한 고유주기와 일치시켜 동적물성을 검증하는 방법에 대한 연구(하익수와 오병현, 2011)와 기존댐 실대규모 발파진동실험을 실시하여 댐의 발파진동가속도 응답특성 및 동적물성 역산에 대한 연구가 수행되었다(이종욱 등, 2011).

본 연구에서는 일반국도 상의 해상 장대교량에 설치된 계측시스템을 활용하여 주탑 기초와 주탑 상단, 보강거더에 설치된 가속도계의 계측데이터를 통해 교량에 유해한 진동을 유발하는 하중을 예측하고 주요 부재의 손상 여부를 확인하기 위하여 긴급 점검을 수행한 운영사례를 소개하였다. 주탑 기초 또는 교대에 설치되어 있는 가속도 데이터는 지진과 같은 하중의 강도를 계측하기 위한 목적으로 활용되며 ±20gal의 관리기준치를 초과하면 실시간 데이터가 일정 기간 저장된다. 보강거더의 가속도 데이터는 케이블 강교량설계지침(대한토목학회, 2006.10)에서 제시하는 사용성 기준인 50gal을 관리기준치로 적용하여 트리거링을 설정하였다. 관리기준치를 초과하는 응답을 분석하여 주요 부재의 손상 여부를 점검하고 재하시험을 통해 획득한 데이터와 비교하여 진동을 유발하는 하중의 규모를 추정하는데 활용되었다. 돌산대교 교각에 설치된 가속도계의 경우, 관리기준치를 초과하는 진동을 유발하는 활하중은 주로 굴삭기와 같은 중장비이며 이는 트리거링이 걸린 시간대의 교량 모니터링용 CCTV 영상을 통해 확인하였다. 또한 태풍 발생시에는 기상 상태에 영향을 많이 받는 레이져 처짐계와 같은 센서에서는 계측데이터를 획득할 수 없으므로 보강거더에 설치된 가속도계의 계측값을 모니터링함으로써 태풍시 보강거더의 동적특성을 분석하였다. 이와 같이 계측 시스템을 활용한 장대교량의 유지관리는 재난을 미연에 방지할 수 있는 효과적인 유지관리방안이 될 수 있을 것으로 기대된다.

필로티 구조는 인구 및 산업시설의 도시 집중화로 인해 부족한 택지 및 용지의 해결을 위하여 도입된 이래, 국내 기존 저층 다세대 주택 및 근린생활시설 등의 주차공간 및 기준층 공간 확보를 위하여 주로 채택되고 있으나, 이들 필로티 구조는 지진발생시 필로티 층의 내진성능 부족으로 층 전체가 붕괴될 가능성이 높다. 하지만 이에 대한 파괴모드 및 손상 메커니즘에 관한 연구가 부족한 실정으로, 본 연구에서는 필로티 구조의 손상 메커니즘을 파악하기 위하여 저층 철근콘크리트 필로티 건축물을 모사한 실험체를 제작하여 실제 지진파를 이용한 진동대 실험을 수행하였다. 실험체는 기존 저층 다세대 주택 및 근린생활시설의 도면을 수집·분석하여 실제 대상 건축물의 구조적 특성 및 동적 응답특성을 가장 잘 모사할 수 있도록 기둥과 코어간 전단력비, 강성비 등을 고려하여 계획하였으며, 총 2개 층으로 1층은 4개의 필로티 기둥과 1개의 계단실 코어벽으로, 2층은 1층에서 연장된 코어벽과 전단벽으로 구성되었다. 실험에 사용한 지진파는 El-Centro NS파(1940년, PGA=350gal)로, 최대가속도를 기준으로 국내 내진설계기준의 지진하중 기준을 고려하여 Scale을 증가시키며 동적가력 하였다. 실험결과, 필로티층에 손상이 집중되었으며 상층부는 강체로 거동하면서 거의 손상이 발생하지 않았다. 필로티 층에서는 가진방향 코어벽체에 최초로 전단균열이 발생한 후 점차 균열이 확대되어 최종 전단파괴 된 반면, 기둥은 상·하부에 미소 휨균열만이 발생하였다. 이는 코어벽체가 기둥보다 전단내력은 더 크지만 단면 형상에 따른 수평강성 또한 커지게 되어 코어벽체와 기둥이 병렬적으로 연결된 본 실험체 경우, 강성이 큰 코어벽체에 하중이 집중되었기 때문이다. 따라서 필로티 구조를 가지는 건축물이 지진하중을 받을 시, 필로티 층에 손상이 집중되며 필로티 층에서는 강성이 큰 코어벽체의 전단파괴가 선행되고 이후 내력을 상실하면 상대적으로 기둥의 내력이 부족하여 전제 수직·수평하중을 부담하지 못하고 층붕괴에 이르는 손상 메카니즘을 가지는 것으로 판단된다.

조적조 건축물이 지진에 취약하다는 것은 이미 널리 알려져 있는 사실이다. 그에 따른 보강공법의 개발 또한 활발히 진행되어왔다. 그러나 대부분의 보강공법이 외벽보다는 내벽 위주로 개발되어져왔다. 이는 국내의 경우 외벽은 공간쌓기 방식으로 조적되어 외측에는 소성벽돌을 내측에는 시멘트벽돌을 사용하기 때문에 외측의 보강으로 인한 미관손상 및 중간에 단열층으로 인하여 보강이 수월하지 않기 때문이다. 그러나 국내외의 조적조 건출물의 피해상황을 분석해 보면 외벽의 면외거동으로 인한 붕괴가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 외벽체의 보강공법을 제안하고 제안된 보강공법의 내진성능을 실험을 통하여 검증한다. 시험체는 전면벽체와 개구부 있는 벽체를 대상으로 보강의 유무를 변수로 설정하여 총 4개의 시험체를 대상으로 한다. 실험 결과 무보강 전면벽체와 개구부 있는 시험체는 최종변위에서 면외거동이 발생하였으나, 본 연구에서 제안한 보강방법에 의해 보강된 시험체는 내력의 상승은 없었지만 면외로의 거동이 발생하기 않았으며 누적에너지 소산량이 큰 것으로 나타났다.

2008년 중국의 쓰촨성 지진시 기존 학교 건축물의 피해가 매우 심각하였으며, 학교 건축물은 청소년의 인명보호, 재난시 대피장소로의 이용 등을 위하여 내진성능의 확보가 매우 중요하다. 국내 학교 건축물의 경우, 주로 2000년 이전에 설계된 저층 철근콘크리트(이하 RC) 구조로 내진성능이 부족하며 골조내 조적 허리벽이 기둥의 수평변위를 구속하여 단주화로 인해 전단파괴 될 가능성이 높다. 이에 대한 내진보강으로 선행 연구에서 강재이력댐퍼를 골조 내에 설치하여 기둥을 전단보강하고 이력댐퍼에 의해 에너지를 흡수하는 장치인 강재댐퍼시스템을 제안한 바 있으며, 실험적 연구를 통하여 그 성능을 확인하였다. 반면 이를 뒷받침할 수 있는 해석적 연구는 부족한 실정으로, 본 연구에서는 선행 연구에서 제안된 강재댐퍼시스템의 비선형 해석모델을 제시하고, 이에 대한 비선형 정적해석결과를 실험결과와 비교하여 해석모델의 타당성을 검증하였다. 강재댐퍼시스템의 부재 모델링 요소는 비선형 거동을 나타내는 스프링을 가지는 선형요소를 사용하였으며, 모델링 방법은 (1)강재댐퍼시스템의 모든 부재를 각각의 선형요소로 모델링한 전체모델과 (2)모델링의 간략화를 위하여 강재댐퍼시스템의 슬릿형 강재이력댐퍼(이하 슬릿댐퍼)와 하부 지지기둥을 각각 하나의 선형요소로 모델링한 간략모델의 2가지로 하였다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력모델을 Bi-Linear, Tri-Linear, Ramberg-Osgood 형의 3가지를 사용하여 총 6개의 해석변수를 사용하여 비선형 정적해석을 수행하였다. 전체모델과 간략모델을 이용하여 해석을 수행한 결과, 내력 및 이력거동 등 강재댐퍼시스템의 성능은 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력 모델을 변수로 해석한 결과, Bi-Linear, Tri-Linear형의 이력모델의 경우 항복하중 및 최대내력이 저평가 되었으며, 반복하중 작용시 내력이 증가하는 것을 반영할 수 있는 Ramberg-Osgood형의 비선형 이력모델을 적용한 경우 실험결과와 가장 일치하는 경향을 나타내었다.

현재 국내의 경우 내진설계가 되어 있지 않은 건물들이 많다는 점을 감안하면 특히 예상 발생 지진에 대하여 건물의 내진안전성을 확보하기 위해서는 먼저 대상건물의 내진성능을 정확히 평가하는 것이 중요하다. 국내에서 기존건축물의 내진성능평가 기법이 연구되기 시작한지 20여년이 흘렀고, 그동안 다양한 평가방법이 제안되었다. 그러나 제안된 평가방법은 미국이나 일본의 평가방법을 도입 및 수정하는 내용이 주가 되어 국내실정에 맞지 않는 부분도 많이 발견되었다. 따라서 국내에서 제안된 기존 건축물의 내진성능 평가기법에 관한 연구는 아직까지 초보적인 단계라고 할 수 있다. 국내의 내진기준은 신축 건축물들에 적합한 것으로, 내진기준이 정립되기 이전의 건축물들에 대한 평가기법이 여전히 부족한 상태이다. 본 연구에서는 국내외의 내진성능평가법을 분석하고 장단점을 파악하는 것이 목적이며, 미국, 일본 및 국내의 내진성능평가법을 요약하고 비교하였다.

지난 3월 일본 동북부에서 발생한 규모 9.0의 대지진과 뉴질랜드 크라이스트처치에서 발생한 규모 6.3의 강진은 지진 발생 증가 및 규모의 대형화로 엄청난 피해를 안겨 주었다. 따라서 국내의 저층건축물에 대한 내진안전성 확보의 검증이 필요한데, 이를 위해서는 먼저 대상건물의 내진성능을 정확히 평가하는 것이 중요하다. 국내에서 기존건축물의 내진성능평가 기법이 연구되기 시작한지 20여년이 흘렀고, 그동안 다양한 평가방법이 제안되었다. 그러나 제안된 평가방법은 미국이나 일본의 평가방법을 도입 및 수정하는 내용이 주가 되어 국내실정에 맞지 않는 부분도 많이 발견되었다. 본 연구에서는 국내외에 제안된 평가법을 바탕으로 기존의 방법을 개선하여 국내실정에 적합한 내진성능평가절차를 제안하였다. 또한 제안된 평가절차에 관한 일부의 예제를 통하여 내진성능평가결과를 확인하였다.

전 세계적으로 대규모 지진이 빈번히 발생하고 있는 가운데 국내의 경우 특히 사람이 집중되어 있는 학교 건축물에 대한 내진성능 보강이 시급한 것으로 조사되었다. 전국적으로 18,329 동 내진설계대상 학교 건축물 중 내진설계가 적용된 건축물은 약 13%인 2,417동에 불과하다. 본 연구에서는 학교 건축물의 내진보강 활성화를 위해 내진보강에 따른 경제성 분석을 수행하였다. 내진보강에 따른 경제성 분석 방법은 건축물의 내진보강으로 인해 발생하는 경제적 편익(benefit)과 내진보강에 소요되는 비용(cost)을 금액으로 산출하여 실제 투자한 비용 대비 효과가 얼마나 있는지를 평가하였다. 대상으로는 국내 내진설계 적용이전인 2000년 이전과 적용이후인 2000년 이후에 지어진 실제 학교 건축물을 선정하였다. 지진으로 인한 건축물의 총 손실은 건축물 구성요소 손실의 합으로 계산되어 짐으로 건축물을 대표적인 구성요소인 기둥, 보, 슬라브 등 3가지 구조부재와 내부벽, 외벽마감, 외부창호, 천정, 기계전기설비 등 5가지 비구조 부재로 구분하였다. 또한 금액 산출방법에는 건축물의 실제피해(physical damage)를 파악하기 위해 개발한 지진취약도 함수와 손상기준별 초과 확률 값을 사용하여 건축물의 지진 손실(loss)을 평가하였다.

국내에서는 지진과 지진해일로 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 그리고 주요 기간시설을 보호하기 위하여 지진과 지진해일의 관측·예방·대비 및 대응·내진대책 그리고 지진재해를 줄이기 위한 연구 및 기술개발 등에 필요한 사항을 규정함을 목적으로 지진재해대책법(이하 ‘법’이라 한다.)이 2008년 3월 28일부로 제정되어 2009년 3월 25일부터 시행되어 오고 있다. 이 법에서 규정하고 있는 내진대책 추진의 대상은 당초에 내진설계가 적용되지 아니한 공공의 기존시설물을 주 대상으로 삼고 있는바, 기존건축물 중의 절대 다수를 점하고 있는 민간소유 건축물 646만동(전체 680만동의 95%)은 그 대상에서 제외된 상황이었다. 그러던 것이 최근에 발생한 일본의 대지진을 계기로 지난 2011년 5월 30일부로 내진설계가 적용되지 아니한 기존의 민간소유 건축물(이하 “민간건축물”이라 한다)에 대해 내진보강을 권장하기 위해 인센티브 제도를 도입하여 관계법이 일부개정 되면서 내진보강대책 추진의 대상이 당초에 공공의 기존시설물로 제한하던 것을 민간건축물로 사실상 확대된바 있다. 이 법에서는 내진보강대책 추진에 필요한 기존시설물의 내진성능 평가와 내진보강의 방법과 그 절차 등에 관한 기술 기준과 이들 각각의 실시주체에 대한 지정 등에 관한 구체적인 시행규정이 마련되어 있지 않고 있다. 다시 말하면 이 법에서 기존시설물의 내진보강대책 추진에 관한 규정내용이 포괄적으로 정해져 있어 상위규정의 성격을 내포하고 있다고 사료된다. 내진설계가 적용되지 아니한 민간건축물의 경우에는 내진보강대책을 어떤 기술기준에 따라 이행하여야 할지 명확하지 않으며, 실제로 그 소유자가 현행 법 제16조의2에 따라 내진보강 지원신청을 하기 위하여 자신의 건축물에 내진보강이 필요한지를 먼저 내진성능 평가를 통해 판단해야 하는데 이런 기술능력이 없다. 그래서 내진성능 평가를 전문가에 의뢰한다 해도 이에 소요되는 비용도 만만치 않을 것이다. 또 내진보강을 할 경우에 현행의 지원혜택은 건축물분의 재산세에 대한 조세감면인데 건물재산세가 연간 수만 원 내지 수십만 원에 불과한 반면에 내진보강비용이 수천만 원에 달해 턱없이 낮은 수준이라서 이 지원정책에 대한 민간의 호응이 과연 얼마나 있을지 의문이다. 따라서 이 연구는 기존건축물의 내진보강대책 추진과 관련하여 내진설계 의무대상이 아닌 저층건축물에 대한 내진성능을 확보하는데 민간소유자가 자발적으로 동참할 수 있도록 유도할 수 있는 내진대책의 활성화 방안으로서 가칭 ‘저층 건축물의 내진성능 인증제(안)’의 도입방안을 제안하는데 그 목적이 있다. 그리고 이번 연구에서 얻은 결과는 ① 민간건축물의 내진보강 지원정책은 내진성능 확보 지원정책으로 확대 및 전환 방안 마련, ② 민간건축물의 경우에는 내진보강에 드는 비용의 일부를 지방재정법에 따라 보조 및 지원제도를 적극 활용방안 마련, ③ 민간건축물의 내진성능 인증제(안) 도입방안으로서 가칭 ‘민간소유 저층건축물 내진성능의 자율 확보 지원에 관한 법률(안)’에 포함되어야 할 내용의 제시 등으로 요약할 수 있다.

최근 세계적으로 뉴질랜드 크라이스트처치 지진(규모 6.3), 아이티 지진(규모 7.0), 중국 쓰촨성 지진(규모 7.9) 등의 지진발생 횟수가 증가하고 지진규모도 대형화 되는 추세이며, 우리나라에서도 대형지진발생 가능성이 제기되고 있다. 지진이 발생할 경우 국내 기존 저층건축물의 대부분을 차지하고 있는 조적조 건축물의 피해가 상당할 것으로 예상된다. 조적조 건축물은 연직하중에 대해서는 상당한 저항력을 가지고 있으나, 연성능력이 부족하여 지진 등과 같은 횡하중에 대하여 매우 취약한 단점을 가지고 있다. 그러나 조적조 건축물은 지진에 대한 예방책이 마련되어 있지 않은 실정이며, 이러한 피해를 막기 위해서 조적벽체의 내진성능 평가 및 국내 실정에 적합한 내진보강기법의 개발이 절실히 필요하다. 조적조 건축물의 내진성능을 확보하기 위해서 선행연구1)에서 지진취약부 보강을 위한 보강공법이 제안되었다. 본 연구에서는 제안된 내진보강공법의 적용유무에 따른 비보강/내진보강 조적벽체의 파괴모드 및 내진성능을 파악하고 실험결과 분석을 통해 제안된 내진보강공법의 효과를 검증하고자 한다. 조적벽체의 내진성능을 파악하기 위한 실험을 통해 조적벽체의 개구부 유무에 따른 파괴양상과 전단내력의 변화 등을 관찰하고, 제안된 내진보강방법을 적용한 변수 실험을 통해 제안된 공법이 내진성능에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 내진보강방법은 지진취약부 보강 위주로 설계되었으며, 기존의 조적조 건축물의 내진보강방법을 조사하여 시공성 및 경제성 면에서 뛰어난 면외방향 보강을 위한 메탈라스와 지진취약부를 보강하는 강판을 부착하는 형태를 사용하였다. 비보강 조적벽체는 Rocking과 Sliding에 의한 파괴와 개구부가 있는 시험체의 경우에는 개구부 전단균열이 발생하였다. 비보강 조적벽체의 실험결과를 분석하여 메탈라스와 강판으로 보강하는 방법을 제안하였다. 제안된 내진보강방법을 적용한 조적벽체는 비보강 조적벽체 정적실험에 비해서 강성, 강도, 연성능력 면에서 우수하였다.

최근 발생한 천안함 피격과 연평도 포격사건과 같이 남북한 전쟁에 대한 위기감이 확산됨에 따라 전쟁이 발발할 경우 국민들이 일정기간 동안 안전하게 거주할 수 있는 임시거주공간 확보에 대한 관심이 고조되고 있다. 이러한 측면에서 지하철 역사는 민방위기본법에 의해 폭격에 대한 방호기능을 갖춘 2등급시설로서 대규모 이재민을 수용하기 위한 임시거주공간으로 충분한 역할을 수행할 수 있다. 하지만 현재 민방위기본법에는 지하철을 대피시설로 활용할 경우 4인당 3.3㎡를 확보하도록 최소 기준만을 설정해 줄 뿐 전쟁 장기화시 임시거주공간으로 활용하기 위해 세부사항에 대한 기준은 없다. 뿐만 아니라 소방방재청의 재해구호계획 수립지침에서도 풍수해대비나 지진에 대비한 임시거주공간에 대한 기준은 있으나 전쟁에 대응한 지하 임시거주공간에 대한 기준은 없는 상황이다. 이에 본 연구에서는 연평도 포격 이재민을 대상으로 연평도 포격당시 대피소의 문제점과 지하 임시대피공간에 대한 요구도 설문조사를 통해 향후 전쟁대응 지하 임시거주공간에 대한 기준을 마련하기 위한 기초연구로 활용하고자 한다.

현재 북한의 권력승계로 인한 과도기적 상황에서 남북한 전쟁에 대한 위기감은 증가하고 있으나 민방위사태 발생시 이용가능한 임시거주공간은 민방위기본법에 의해 진압시까지 앉은 상태로 대피기능을 하는 지하 비상대피시설로 규정되어 있는 실정이다. 그러나 전쟁대응 임시거주공간은 이재민 주거시설 마련을 위한 2주 이상의 기간동안 대피공간 및 거주기능을 수행해야하므로 거주성 확보와 심신적 안정을 위한 최소주거기준과 주거환경계획기준 설정방향을 모색하고자 한다. 이에 본 연구는 재해유형에 따른 법적, 문헌적 기준 현황과 국외법을 비교·분석함으로써 최소면적기준과 부대시설, 거주성능에 대한 적용 가능성을 검토해 보고 세부기준 마련을 위해 건축관계 법령과의 연계성을 살펴보았다. 이를 위해 전쟁대응 임시거주공간에 대한 개념과 필요성에 대해 살펴보고, 국내외(한국, 일본, 미국) 주거관련 법적 기준과 민방위기본법에 따른 비상대피시설, 재해구호법에 따른 임시주거시설 지침을 대상으로 주거기준 분석을 통하여 다음과 같은 공간계획기준을 제시하였다. 먼저, 최소면적 기준에 대해서는 각국의 지침이 재해유형과 인체특성상 차이가 있고 지하공간은 한정된 부분이 있으므로 거주를 고려한 현행 임시주거시설 지침을 반영하여 2.0-3.3㎡/인과 별도의 공용면적을 산정하였다. 또한 주거환경 계획기준은 부대시설과 거주성능 항목으로 분류하고 적용가능성을 검토해 보았으나 다수의 지침이 필요 항목만 명기되어 있으므로 건축관계 법령을 고려하여 인간의 기본생활욕구를 충족시키는 기준을 마련하고자 하였다.

본 연구에서는 유역내 비점오염원의 영향으로 하천으로 유입되는 유량분석 및 수질특성을 알고자 함이다. 강우에 의한 유출, 유사 거동 등을 해석 가능한 분포형 모형인 SWAT 모형으로 선정하고, 남강댐 유역에 대해 비점오염원 특성 분석을 실시하였다. 유역에 대한 모형을 구축하고 보정 및 검정을 한 후 오염부하량을 산정하였다. 남강댐 유역중 3개의 대표권역을 선정하여 유출모의와 계절별 오염부하량을 산정하였다. 유출량은 강우에 의해 큰 변화를 보이며, 오염농도 및 부하량은 유출량에 의해 변화를 보였다. 강우가 비교적 작은 봄, 가을, 겨울에 비해 여름에 오염 부하량이 높에 나타 났으며, 부영양화, 조류 현상을 발생시키는 오염요소인 총 질소량과 총 인량 도 여름철에 가장 높게 나타났다. 3권역중 덕천강 권역에서는 유사량의 유출이 크게 나타났다. 그 결과 유사에 대한 관리방안의 수립 및 저감시설의 구축이 필요하며, 유역의 최종 출구지점인 남강댐에 비점오염원의 영향을 검토 할 수 있었다.