강관말뚝 사용시 다양한 옵션 제공해 실무적 장점 뛰어나
LH공사와 건축 기초 내진설계 강화 시범 사업 추진

  경주와 포항 지진을 겪으면서 우리나라도 더는 안전지대가 아니라는 우려가 커졌다. 이에 내지진 철강에 대한 관심이 높아지고 있다.

  건설업계에서는 내진설계를 강화해 지진피해를 최소한으로 줄이려는 움직임이 나타나고 있다. 국내 내진설계는 1988년 6층 이상, 연면적 10만㎡ 이상 건축물에 한해 의무화했으며 2015년에는 이보다 규정이 강화돼 3층 혹은 높이가 13m 이상, 연면적 500㎡ 이상 건축물에 반드시 내진설계를 적용하도록 바꿨다.

  한국철강협회 강관협의회 산하 강관파일전문위원회는 지난해 내진설계와 관련해 ‘국내 건축기초 내진설계 기준강화 및 제도개선 방안’에 대한 연구를 펼쳤다.
 

  강관협의회는 전체 구조물의 내진안전성과 직결되는 기초구조의 안정성을 확보하기 위한 기술적 미비점 파악 및 기술적, 제도적 개선방안을 찾기 위해 이 연구를 진행했다.

  전 세계적으로 하부 기초구조물의 경우 미국은 하중기준인 ‘ASCE 7-10’을 통해 지진하중 및 내진설계에 대한 일반사항과 함께 국내 실무에서 정착되지 않은 건축물의 횡력에 대해서도 고려하고 있다. 일본 역시 기초구모 내진설계기준을 마련해 상부구조와 하부구조 그리고 파일과 파일 사이의 수평하중을 수식을 통해 제시하고 있다.
 

  강관파일전문위원회는 25층 공동주택을 대상으로 설계지진(DBE, Design Basis Earthquake)와 최대예상지진(MCE, maximum considered earthquake) 수준의 지진을 가정해 비선형 시간 이력 해석을 수행했다. 이를 통해 구조물 하부의 단일 기초에 작용되는 축력, 수평력(전단력)을 도출하게 됐다. 아울러 계산된 말뚝 기초에 작용하는 축력과 전단력에 대해 PHC 말뚝과 강관말뚝의 안전성을 검토했다.

  강관파일전문위원회의 검토결과 PHC 말뚝의 경우 축력과 모멘트의 조합응력은 물론 전단력에 대한 만족을 위해서는 반드시 말뚝 단면의 크기가 증가되어야 한다. 이어 강관말뚝의 경우 전단력에 대해 유리한 재료특성으로 인해 외경과 두께의 조정, 다양한 강종의 사용, 강재 내 힘의 재분배 등을 고려해 말뚝기초 설계에 다양한 옵션을 제공할 수 있는 실무적 장점을 가지고 있다고 판단했다. 이는 하부구조의 성능기반을 동일 건축 비용을 투입해 내진설계를 진행할 때 경제성 부분에서 강관말뚝이 PHC말뚝보다 높다는 결과를 이끌어낸 것이다.
 

  이에 따라 일반 건축물의 내진설계 시 최대예상지진에 대한 붕괴방지 내진성능을 발휘하기 위해서 건축물에 추가로 가해지는 전단력, 축력, 휨모멘트 등 기초파일에 치명적 취성파괴가 발생하지 않도록 하는 건축 기초부의 말뚝 설계 기준을 마련해야 한다.

  강관파일전문위원회는 이를 위해 법적 기술기준인 건축구조기준(KBC)에 나온 건축물의 소요 내진 성능이 온전히 달성될 수 있도록 기초파일의 내진검토가 요구되는 조건을 명확히 규정해야 한다고 밝혔다. 또 건축구조 실무자가 용이하게 사용할 수 있는 파일기초 내진설계 기술 지침을 신속히 제공해야 한다.

  강관협의회는 이번 연구를 바탕으로 LH공사와의 건축 기초 구조 내진설계 강화 시범 사업을 추진할 계획이다. 특히 국내 LH공사 건축 현장에 대형 지진 시 내진성능 확보를 고려한 기초구조 설계 및 시공을 모색할 방침이다. 아울러 해당 사례에 대한 홍보 활동을 추진할 예정이다.

  이밖에도 건축구조기준 상 기초구조 설계 관련 내진 규정을 추가로 추진한다. 이를 위해 강관협의회는 연구 및 시범 사업 추진을 통해 관련 부처 및 기관에 이 규정을 추가하도록 제안할 계획이다.

  한편 강관파일전문위원회는 국내 강관말뚝시장의 현실, 제도를 심층 분석하고, 효율적인 설계와 기술발전을 도모코자 지난 2007년 11월 16일 발족했으며, 학계, 연구소 및 정부출연기관, 설계․시공 엔지니어링사 등 지반 기초 전문가 28명으로 구성돼 있다.