[안녕! 구조설계] 일곱번째 만남 - 건축물의 주기

작성일 : 2014.03.25 조회수 : 6113

이번시간에는

건축물의 주기에 대해 알아보겠습니다.

주기중에서도

주기 산정방법이나 설계에 활용 방법이 아닌

주기의 특징과 의미 정도만 알아볼 것 입니다.

자세한 내용은 차차 하도록하구요~

 

건축사님이

처음 건축물을 설계할 때면

건축물의 주변 지형, 인접 건물, 사용자의 동선 등

여러 사항을 고려하여 그 요소들과 잘 어울리도록 설계를 검토하실 것 입니다.

 

마치 사람이 배우자와 궁합이 잘 맞길 바라는 것 처럼요~

 

구조설계에서도 주변의 정보를 고려하여 설계를 검토합니다.

주변 지형에 따른 바람, 지진생성 빈도, 지반의 성능 등등

그 중에서도 지진을 고려할때는 지반의 성능을 가장 신중하게 검토합니다.

 

그런데 구조설계에서는 건축설계와의 차이가 있습니다.

건축설계는 궁합이 잘 맞도록 설계하려고 고민하지만

구조설계는 궁합이 잘 맞지 않도록 설계하려고 고민합니다.

 

 

왜 구조는 궁합이 맞으면 나쁘다고 할까요~?

 

하나씩 살펴보죠~

 

다음 동영상은 한번 즘 보셨죠?

(출처를 알지못해 못 적었어요~죄송~아신는분 알려주세요~)

  

 

타코마 브릿지 붕괴 영상입니다.

 

타코마 브릿지는 궁합이 맞은 건물의 최후라 볼 수 있습니다.

 

다리의 성격과 바람의 성격이 딱 맞아 떨어진 것 입니다.

당시 바람은 강한 태풍이 아닌 아주작은 산들바람이였습니다.

바람의 세기 때문이 아니라 단지 궁합이 맞아서 무너지게 된 것 입니다.

 

여기서 말하는 다리의 성격은 다리의 고유진동주기이고

바람의 성격은 바람이 가지는 주기입니다.

 

다시 말해 다리의 고유진동주기와 바람의 주기가 맞아 떨어진 것이죠

이것을 공진(共振)이라고 합니다.

 

구조설계에서는 이 주기라는 특징의 궁합을 보는 것 입니다.

 

그러다면

내진설계에서는

지진이 전달되는 지반의 주기와 건축물의 고유주기와의 궁합을 보는거겠죠?

  

사람의 궁합을 볼때 역술책을 보는 것처럼

건축물의 궁합을 보는 공식이 있습니다.

 

공식이라니~ 어렵습니다만~

보는 방법은 간단합니다.

 

분모의 질량 m 이 커지면  주기 T 는 길어질 것 입니다.

반대로  강성 k 가 커지면 주기 T 는 짧아질 것 입니다.

 

 

 

그러다면 여기서 퀴즈~

아래 4개의 건축물 중 주기가 가장 짧은 건물은 어떤 것 일까요~?

힌트는 위의 공식에 있습니다~

 

 

 

 (출저를 몰라요....죄송.)

 

흠...

 

생각해보셨나요?

 

 

아래 동영상에 답이 있습니다.

 

 

(이것도 출저를 몰라요....죄송.)

 

맞추셨나요??

 

그러습니다~

4개 건축물 중 주기가 가장 짧은 건축물은 가장 낮은 건물입니다.

위 동영상에서 바닥의 주기가 짧을 때 낮은 건물이 반응하는 것을 볼 수 있습니다. 

 

 

앞서 내진설계에서는

건물의 주기와 지반의 주기의 궁합을 본다고 말씀드렸습니다.

지반도 고유주기가 있습니다.

 

우리나라는 해안가를 제외하고 대부분의 지형이 암반지반입니다.

 

암반지반이라는 것은 단단한 땅을 말하며

위의 주기 공식에 따르면 강성 k 가 크기 때문에 다른 지반에 비해 주기가 짧다는 것을 의미합니다.

 

 

 

 

연구에 따르면 우리나라 암반 지반의 고유주기는 0.1초~0.5초 라고 합니다.

 

건축물의 고유주기를 프로그램을 통해 산정하기 전

약산법으로 대략의 주기값을 산정할 수 있습니다.

 

           

 

그러다면~!!!

 

건축사님이 직접 구조설계를 하는 5층 이하의 중저층 건축물의 주기는 대략 어느 정도일까요?

 

예~!

약 0.1초에서 0.5초 입니다.

 

감이 오시나요??!!

우리나라 암반의 주기는 0.1초~0.5초 !!

중저층 건축물의 주기는 0.1초~0.5초 !!

 

지반과 건축물의 궁합이 딱! 맞아 떨아집니다.

소름이 돋을 거 같은 오싹한 느낌입니다~~~

 

이런 이유로 적어도 우리나라에서는

중저층 건축물이 지진에 더 위험합니다.

 

이제는

주변분들이나 건축주가

"중저층건물에 무슨 내진설계가 필요해~"

"전에도 하지 않았던 걸 할 필요있겠어~?"

라고 할 때

 

건축사님께서

"우리나라에서는 지반과 중저층 건축물의 성격이 비슷해서 지진에 더 위험 합니다."

라고 명확하게 말씀하셔야 하며

내진설계에 대한 확신을 가지셔야 합니다.

 

오늘 말씀드린 주기와 관련된 내용을 정리해보면

중저층 건축물이라도 지진에 안전하지 않다는 것 입니다.

 

 

 

 

다음시간에는

동적해석법에 대해 알아보겠습니다.

 

  • 등록
  • 황상아
  • 2014-04-17 오후 12:58:59
  • 지반과 건물의 주기가 매우 중요하군요....
    재미있지만 중요한 내용이네요...