기계설비 내진설계 및 시공

왜 배우는가: 기계설비는 건축물 구조에 고정되어 지진 때 전도·파손·배관 누출로 2차 피해를 낸다. 건축기계설비기술사 시험에서는 내진설계 절차, 비구조요소 구분, 소방·기계설비 내진 기준이 반복해서 출제된다. 개념의 정의와 배경을 정확히 잡아야 설계·시공 문항을 체계적으로 풀 수 있다.

출제 이력: 제138회 4교시 6번, 제126회 3교시 6번, 제123회 4교시 6번, 제121회 4교시 6번, 제110회 2교시 6번, 제109회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

기계설비 내진설계는 지진 시 기계설비가 전도·이동·파손되지 않고 기능을 유지하도록 설비기기·배관·덕트를 건축물 구조부재에 고정하고 지진하중을 산정하는 설계 및 시공 행위이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 내진: 지진 피해를 줄이는 구조 전반을 가리키는 포괄 개념
• 면진: 건축물을 지반 진동으로부터 격리해 지진력 전달을 줄이는 수동 제어
• 제진: 장치를 이용해 구조물이 받는 지진력을 흡수·감소시키는 제어
• 비구조요소: 구조계산에 포함되지 않지만 지진에 의해 손상될 수 있는 설비·마감 요소
• 수평지진하중(Fpw): 흔들림 방지 버팀대에 전달되는 배관의 수평 지진하중
• 앵커볼트: 기기를 구조체에 고정하는 정착 부재
• 내진스토퍼: 과도한 변위를 제한하는 장치
• 지진분리이음: 건물 상대변위를 흡수하는 배관 이음

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 지진이 나면 건물은 흔들리는데 그 안의 펌프·수조·배관도 같이 흔들린다. 고정이 부족하면 설비가 떨어지거나 배관이 찢어져 소화·공조 기능이 끊긴다. 기계설비 내진은 이것을 막기 위해 설비를 튼튼히 붙들고, 건물과 설비가 서로 다르게 움직여도 배관이 끊기지 않도록 설계하는 일이다.

정식 정의는 다음과 같다. 소방시설의 내진설계 기준은 내진을 면진과 제진을 포함한 지진으로부터 소방시설의 피해를 줄일 수 있는 구조를 의미하는 포괄 개념으로 규정한다. 면진은 건축물과 설비를 지반 진동으로부터 격리해 지진력이 구조물에 전달되는 양을 줄이는 수동 제어 기술이다. 제진은 별도 장치로 지진력을 흡수하거나 상응하는 힘을 구조물 안에서 발생시켜 구조물이 부담하는 지진력을 줄이는 제어 기술이다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

• 수평지진하중(Fpw): 흔들림 방지 버팀대가 받는 배관의 지진하중이다. 허용응력설계법으로 산정하며, Fpw = Cp × Wp 또는 허용응력설계법 외의 방법으로 산정한 설계지진력에 0.7을 곱한 값 중 어느 하나로 구한다. Wp는 가동중량, Cp는 소화배관의 지진계수다.
• 가동중량(Wp): 수조, 가압송수장치, 제어반, 비상전원, 배관의 작동상태를 고려한 무게다. 배관은 용수가 충전된 무게의 1.15배를 적용한다.
• 근입 깊이: 앵커볼트가 벽이나 바닥 속으로 들어가 인발력에 저항하는 구간의 길이다.
• 세장비(L/r): 버팀대 길이와 최소단면2차반경의 비다. 값이 커질수록 좌굴이 일어나 파손되기 쉽다.

3. 등장 배경과 필요성

지진은 지반의 진동이 건물 전체로 전달되는 현상이다. 지반에 고정된 물체는 함께 흔들리며, 설비 피해는 인명 피해와 기능 상실로 이어진다. 특히 소화설비는 화재 시 기능을 유지해야 하므로 지진 후에도 작동해야 한다.

건축 구조 기준은 구조부재의 내진을 다루지만, 설비는 구조계산에 포함되지 않는 비구조요소다. 따라서 설비 고정과 배관 보호를 별도 기준으로 정할 필요가 생겼다. 국내에서는 건축물 내진설계 기준(KDS 41 17 00)이 비구조요소의 설계지진력과 정착부 기준을 제시하고, 소방시설의 내진설계 기준이 소화설비 세부 기준을 정한다.