지진격리설계

지진격리란 무엇인가

지진격리설계는 상부구조와 기초를 수평 방향으로 분리하는 내진설계법이다.

격리장치는 수평 강성이 작고 변형능력이 큰 받침으로, 기초와 상부구조 사이에 설치한다.

핵심은 고유주기를 길게 하여 지진력을 낮추는 것이다.

고유주기와 격리 원리

구조물의 고유주기는 질량과 유효강성으로 정해진다.

같은 질량에서 강성을 낮추면 주기는 길어진다.

주기가 길어지면 응답스펙트럼에서 가속도가 낮아진다. 원리는 세 가지다.

감쇠는 격리층 변위를 제어하고, 복원력은 지진 후 잔류변위를 줄인다.

내진·제진·면진 비교

내진설계는 강성과 강도로 지진력에 버틴다.

제진은 감쇠장치로 에너지를 소산하지만 지진력이 구조물에 전달된다.

면진, 즉 지진격리는 지진력을 격리층에서 크게 줄이고 변위를 격리층으로 옮긴다.

격리층에 큰 수평변위가 생기므로 신축이음과 교좌장치의 여유 길이가 필요하다.

한계와 쟁점

지진격리의 장점은 지진력 저감이다. 상부구조의 가속도와 층간변위가 줄어든다.

한계는 격리층의 큰 수평변위다. 신축이음과 교좌장치의 여유 길이가 필요하다.

쟁점은 감쇠 과다다. 강진 시 건물은 붕괴 직전까지 버텨야 하므로 과도한 감쇠가 부담이 될 수 있다.

개선 방향으로 변위 제한장치와 복원 성능 확보가 제시된다.

계산 예제

예제로 강성과 주기의 관계를 확인한다. 질량은 1,000 t, 격리 강성은 4,000 kN/m이다.

원형 진동수는 k를 m으로 나눈 값의 제곱근이고, 주기는 2π를 그 값으로 나눈다.

대입하면 진동수는 2 rad/s이고, 주기는 약 3.14초가 된다.

강성을 낮추면 주기는 길어지고 응답 가속도는 줄어든다. 다만 격리층 변위는 증가한다.

정리

정리하면 지진격리는 주기를 길게 하고 감쇠로 지진력을 줄이는 내진 기법이다.

격리 효과는 상부구조의 지진력 감소이고, 변위는 격리층에 집중된다.

시험에서는 일반내진과의 응답계수 차이와 격리 미적용 조건을 이유와 함께 쓴다.