(특집) 내진용 철강재 현황 및 전망

(특집) 내진용 철강재 현황 및 전망

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  • 승인 2017.10.03 06:00
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기자명 안종호 jhahn@snmnews.com
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현대제철, 내진용강재 통해 ‘신수요’ 연구·개발
초고강도 철강재 기술 향상 ‘박차’

  현대제철(부회장 우유철)이 내진용강재를 통해 신수요를 끊임없이 연구·개발한다.

 현대제철은 내진용 철강재 기술 개발 및 보급을 선도적으로 추진해왔다. 2005년 국내 최초로 내진성능이 확보된 SHN(건축구조용압연H형강) 강재를 개발한 바 있다.

 

 지난 2016년 9월 12일 경상북도 경주시에서 규모 5.8 지진이 발생한 이후 피해가 광범위해 내진용 철강재에 대한 국민의 관심은 높아지고 있다.

 이에 현대제철은 국내 최초의 내진용 H형강인 SHN재를 비롯한 고강도 내진용 철강재를 적용해 최적의 내진성을 확보할 방침이다.

 

 최근 학교 건물 중에서 87.5% 정도가 내진시설이 전무하다. 이에 정부는 학교 및 사회간접자본(SOC) 시설 등에 내진보강 예산을 확대하고 있다.

 특히 일반 건축물과 달리 교육시설의 경우 내진 보강 의무가 없었다. 정부에서는 지난해 12월 국민안전민관합동회에서 지진방재 종합대책을 발표한 바 있다. 이에 따라 2018년에는 매년 2,500억원 수준으로 학교 내진보강 예산이 확대될 전망이다.

 경주 대지진 당시 인근에 235곳의 학교에 피해가 입었다. 학교에 내진용강재를 적게 투입해 여러 문제점에 노출됐다. 이에 현대제철은 학생들의 안전 확보가 시급하다고 판단하고 신속하게 내진 보강 공사를 추진하기로 했다.

▲ 경주내남초 출하식/사진제공=현대제철

 한편 현대제철은 지진에 대한 안전의식이 거의 없던 2005년 국내 최초로 내진 성능이 확보된 SHN(건축구조용압연H형강)강재를 개발했다. 2013년에는 국내 최초로 내진용 철근(SD400S)을 출시했다.

 이후에도 고성능 내진용 철근(SD500S, SD600S)을 잇따라 개발하는 등 H형강, 철근, 열연, 후판, 강관에 이르는 다양한 내진용 철강재를 생산, 국내 내진용 철강시장을 선도하고 있다.

 현대제철은 지난해 전국 건설현장에 107만톤의 내진용 철강재를 공급했고 올해는 더욱 내진용 강재의 공급이 늘어날 것으로 예상하고 있다.

 내진용 철강재 연구를 위한 노력들이 철강협회 차원에서도 진행되고 있다. 한국철강협회는 지난 8월 31일 오전 9시 30분, 포스코센터에서 스틸코리아(Steel Korea) 2017 행사를 개최했다.

 SteelKorea 2017은 올해로 세 번째를 맞았다. 연 1회 산·학·연 전문가들과 정부 관계자들이 모여 끊임없이 변화하는 경영환경 속에서 한국철강산업이 처한 불확실한 환경과 도전과제에 대한 인식을 공유하고 새로운 가치 창출과 미래비전을 모색하고 있다.

 이 행사의 섹션3에는 ‘내진의 중요성과 건설/철강의 스마트한 대응’을 주제로 산·학·연 전문가들과 정부 관계자들이 모여 내진용 철강재에 대한 현황과 전망에 대해 논의했다.

 한국건설산업연구원(이하 ‘건산연’) 최민수 선임연구위원은 ‘건축물 내진보강 의무화 및 정책과제’에 대해 발표했다.

 최 위원은 ‘건축물의 내진 실태 및 대책의 필요성‘에 대해 얘기했다. 2015년 12월 기준 전국 건축물 총 698만6,913동 가운데 내진 성능이 확보된 건축물은 47만5,335동으로 6.8%에 불과한 것이다.

 최 위원에 따르면 기존 공공 시설물에 대해서 ‘내진성능보강 기본계획’을 매 5년마다 수립해 시행토록 의무화했다. 내진설계 기준의 제정 혹은 내진설계 대상이 강화되기 이전에 준공된 건축물이 대상이다.

 정부기관 및 지방자치단체는 2011년에 1단계 ‘내진보강 기본계획’을 수립한 바 있고, 2016년에 제2차 ‘내진보강 기본계획’을 수립했다.

 30년 경과된 민간 건축물은 대부분 내진설계를 미적용했다. 이에 내진성능 보강이 시급하다는 설명이다. 내진 보강을 강제하는 건축물은 중앙정부나 지방자치단체의 관할 시설물로 국한된다.

 내진 보강에 소요되는 비용이 매우 높은 반면 행정 지원은 현실적으로 미흡하다. 최근 경북 경주 지역에서 진도 5.8 강진이 발생한 이후 지진 피해에 대응해 건축물 및 기간시설물의 안전에 대한 관심은 나날이 증대되고 있다.

 내진 관련 대책의 중요성은 외국의 피해 사례에서 유추해볼 수 있다. 아이티공화국 지진(2010년, 진도 7.0, 10만명 사망), 중국 쓰촨성 지진(2007년, 진도 7.8, 8만명 사망), 아르메니아 지진(1988년, 진도 6.8, 4만5,000명 사망)이 있다.

 또한 일본 한신·아와지 대지진(1995년, 진도 7.0, 사망자 6,000명), 후쿠시마 동일본 대지진(2011년, 진도 9.0, 사망자 1만5,000명) 등의 사례가 있다.

 내진 관련 대책이 고층 건축물이나 원자력발전소 등 중대 시설로 국한하는 경향이 있지만 일반 주택과 건축물의 내진화가 중요한 과제로 등장하고 있다.

 내진 보강 공법의 종류 및 사례로는 크게 여섯 가지가 있다.

① 새로운 벽을 철근콘크리트 등에 증설해 내진 보강 건물의 내·외부 관계없이 설치가 가능한 내진벽 증설

② 기둥, 보의 안쪽에 철골브레이스를 증설해 내진 보강 개구부를 남겨두고 내진 성능을 향상시키는 철골브레이스 보강

③ 건물 외측에 철골브레이스를 증설해 내진 보강 기존의 벽이나 세시의 해체 없이 가능한 외측 철골 보강

④ 버트리스(Buttress) 등의 부벽을 건물의 외부에 증설해 내진을 개수 하는 부벽(버트리스) 증설

⑤ 기존 기둥에 섬유시트나 강판을 둘러 콘크리트와 강판을 일체화시켜 내진을 보강하는 기둥 보강

⑥ 철근콘크리트조 기존 건물의 기둥에 가깝게 간극(Slit)을 설치해 기둥 내력을 향상시키는 내진 슬릿 신설

 최 위원에 따르면 1995년 한신·아와지 대지진의 경우 사망자 약 90%가 건축물 붕괴 및 가구의 전도에 기인한 것으로 조사됐다. 그 가운데 현행 내진 기준에 미달하는 1981년 이전 건축물에서 피해가 집중됐다.

 조사 결과를 바탕으로 일본에서는 1995년에 ‘건축물의 내진개수 촉진에 관한 법률’을 제정해 기존 건축물의 내진보강사업을 추진했다.

 하지만 2013년까지 약 900만호의 주택과 약 6만호의 다중이용건축물에서 내진 성능이 미확보돼 2013년 11월 ‘내진개수촉진법’을 개정했다.

 일본은 건축사 등 전문가가 건물 벽의 강도나 접합부 상황, 노후화 정도 등을 조사해 내진 성능을 종합적으로 평가한다. 이후 내진 개수의 필요 여부를 판정한다는 설명이다.

 특히 일본은 내진 보강 및 개수 사업의 경우 일정 조건을 충족할 경우 소득세와 고정자산세 등의 공제나 감면이 가능하다. 해당 공사의 표준적인 공사비용 상당액의 10% 가량이 대상이며 상한은 25만엔으로 주택  소득세를 공제해준다.

 고정자산세의 감액은 고정자산세액(120㎡ 상당분까지)의 1/2이며 1년을 한도로 한다. 중요한 피난로에 연접한 경우는 2년을 한도로 한다.

 주택의 경우 독립행정법인 주택금융지원기구에 의한 대출 제도가 존재한다. 대출 한도액은 개인의 경우 1,000만엔이고 주택 부분 공사비의 80%까지 가능하다. 맨션관리조합은 원칙적으로 1호당 500만엔이며 공용 부분 공사비의 80%까지 가능하다.

 과거에는 ‘내진개수계획’의 인정 범위가 건축 형식의 변경이 없는 개축이나 기둥, 벽의 증설에 의한 증축 등으로 한정됐지만 증축·개축의 공사 범위 제한을 폐지했다. 예를 들어 바닥의 증축을 동반하는 개보수 공법도 대상이 된다.

 내진성 향상을 위해 증축해 용적률이나 건폐율 제한을 위반할 경우 관할 지자체가 불가피하다고 판단해 내진개수계획 승인 시 이러한 제한을 적용 예외로 둔다.

 내진 성능 보강을 위한 정책 지원 방향으로 최 위원은 ▲ 공공 및 다중이용시설의 내진 보강 의무화 ▲ 중소 규모 주택의 내진 성능 확보 ▲ 민간의 내진성능 보강 사업 지원 ▲ 노후 건축물의 재건축과 리모델링 지원 등을 제시했다.

 공공 및 다중이용시설의 내진 보강 의무화로는 지진 발생 시 대규모의 피해가 우려되는 학교나 관공서 등 공공 건축물에 대해서는 내진 보강 사업을 법적으로 의무화해야 한다는 주장이다.

 공공주택의 경우 제도적으로 장기수선충당금을 확충해 내진 보강을 실시하고, 민간 건축물은 법적 강제는 어렵지만 대규모 쇼핑센터나 백화점·병원·유치원 등과 같은 다중이용시설은 내진 보강 사업을 제도적으로 유인할 필요가 있다.

 중소 규모 주택은 벽돌이나 블록 등 조적조로 시공된 비율이 높은데 조적조 건축물은 지진 발생 시 수평 외력에 저항력이 약해 구조 보강이 요구된다. 중소 주택의 내진성능 평가나 내진 보강 사업에 대해 자금 지원이나 세제 혜택 등의 제도적 유인이 필요하다.

 내진 성능을 갖추기 위해 건축물을 신축·증축·개축·재축하거나 건축물 이전 시 취득세의 1/2을 경감하고 5년간 재산세의 1/2을 경감하고 있다. 정부는 민간 건축물에 대해 내진 보강사업을 활성화하기 위해 다양한 정책을 마련하고 있다.

 노후 건축물의 재건축과 리모델링 지원에 대해서는 내진성능을 확보하려면 단순 개·보수 공사보다는 재건축을 통해 내진 성능을 갖추도록 유인하는 것이 효과적이다.

 재건축에 준하는 공동주택의 리모델링 사업이 인·허가 시에 내진 보강을 전제로 층수 규제나 용적률 규제를 완화하는 것이 검토되고 있다.

 한국지진공학회 이철호 교수(서울대학교 건축학과)는 ‘국내 건축구조 내진설계 기준강화’에 대해 소개했다.

 이 교수는 KBC 2016 성능기반설계 도입 및 경주지진 이후 상부구조물에 대한 면밀합 내진검토가 이뤄지는 데 반해, 기초구조에 대한 내진설계는 상대적으로 미미하다고 전했다.

 건축구조기준(KBC 2016)에는 기초의 내진설계 관련 상세규정이 전무하다는 것이다. 이에 대해 기본사항의 규정에서 지진하중을 명시하지 않아 내진설계 관련 항목의 신설이 필요하다고 지정했다.

 말뚝의 수평내력에서는 기초를 고정지지로 보고 설계해 횡변위가 유발하는 응변을 설계에서 고려하지 않았다고 얘기했다. 지진하중에 의한 수평내력 검토를 명시하고 지반과 말뚝의 횡변위 및 상호작용을 고려하도록 명시할 필요가 있다고 발표했다.

 말뚝의 침하와 관련해서는 해외 지진피해 사례에서 볼 수 있듯이 말뚝의 횡방향 변형에 대한 검토가 필요하다고 했다.

 성능기반 내진설계를 할 경우 기초에 작용하는 하중을 비교해야 한다고 했다. 지진의 경우 (DBE 혹은 MCE) 등을 고려해 비선형 시간이력 해석 수행을 한다. 성능 기반 내진 설계시 기초에 작용하는 하중(축력, 전단력, 휨모멘트)는 기존의 하중(D+L)을 초과한다.

 이에 따라 상부구조물과 수미상관하게 기초의 검토가 필요하다는 것이다. 말뚝의 안전성 검토와 관련해 PHC파일의 경우 축력+휨모멘트 조합, 전단력에 대한 설계 등으로 단면의 증가가 요구된다.

 강관 파일의 경우 축력+휨모멘트 조합에 대해 다양한 강종과 두께를 적용해 설계가 가능하다. 고강도강이 유리하며 P-M 극한 상호 작용식을 이용해야 한다. 강관 파일은 큰 전단내력으로 인해 수평하중에 대한 저항력이 충분하다.

 포스코 철강솔루션마케팅실 구조연구그룹 유홍식 박사는 ‘건축용 내진강재 개발 및 활용기술’에 대해 설명했다.

 유홍식 박사는 2016년 9월 12일 국내에서 일어난 경주 지진이 비슷한 규모의 지진에 비해 피해가 적었던 이유에 대해 설명했다. 지진 계속 시간이 매우 짧았고 건축물에 영향이 적은 0.1초 이하의 단주기(고주파) 성분이 많았다는 것.

 최대지반가속도(PGA)는 크게 나타났지만 건축물설계에 사용되는 유효지반가속도(EPA)는 매우 작게 나타났고, 지진에너지가 실제 건축물에 투입된 에너지는 비슷한 규모의 지진에 비해 1/2~1/4에 지나지 않았다는 주장이다.

 그는 항복비(항복강도/인장강도)는 낮을 수록 우수하다고 전했다. 항복비는 강재의 변형강화 정도를 추정하는 척도이다. 항복비는 부재의 소성화 영역 확대 범위를 결정한다. 철골구조물의 내진성능(소성 변형능력)을 좌우하는 중요한 값이다.

 내진용 강재 SN(Steel New)은 1995년 일본 고베 대지진 이후 건물에 새롭게 적용되는 철강재이다. 일본의 경우 1994년 6월 JIS에 제정된 이후 2010년 12월 약 50%의 건설용 강재에 쓰였다.

 한국은 1999년 12월 KS에 제정된 이후 2005년 10월 신도림 테크노마트에 첫 프로젝트가 시작됐다.

 유 박사는 내진설계란 구조물이 지진과 싸워 이길 수 있도록 구조물을 튼튼하게 설계하는 기술이라고 했다. 궁극적인 목적은 인명보호에 있어 건물의 무(無)손상이 아닌 붕괴 방지를 의미한다는 것.

 내진의 광의적 범위에는 내진(협의), 제진, 면진 세 가지가 있다. 내진(협의)는 적절한 부재와 배치에 의해 강도와 점성으로 지진에 견디는 것이다.

 제진은 건물에 설치된 장치가 지진과 바람에 의한 건물의 지동을 제어해 지진 충격을 제어하는 것이다. 면진은 지반과 건물 사이에 장치를 설치해 지진을 건물에 전달하지 않아 지진충격을 피하는 것이다.

■ ‘지진의 시대! 건설안전 소비자 주권 이대로 괜찮은가?’

 철강協 후원, 국회의원 이찬열, 국회철강포럼, 한국여성소비자연합회 공동 주최

 내진용 철강재에 대한 관심이 국회에도 뜨거운 상황이다. 국민의당 이찬열 의원(수원 갑 장안)이 10일 오전 10시, 국회 의원회관 2층 제1소회의실에서 「지진의 시대! 건설안전 소비자 주권 이대로 괜찮은가?」를 주제로 세미나를 개최했다.

 

 첫 발표를 맡은 한국여성소비자연합회에서는 “소비자 알 권리와 선택할 권리를 위해 원산지 표시 정책을 도입해야 한다”고 주장했다.

 관세청의 원산지 표시위반 단속 현황 자료에서 2015년 총 948건 중 절반(49.2%)가 철강 제품으로 단속 금액은 2,215억이다. 2013년 58건에서 2014년 91건, 2015년 111건으로 원산지 표시위반 단속은 꾸준히 증가하고 있다.

 원산지표시를 속이는 행위는 관련 업계의 피해를 넘어 국민의 안전과 직결할 수 있는 문제라는 점이다. 철강재를 포함한 건설자재는 건축물이 완공된 후 내부에 사용된 자재를 확인하기 어려워 더 큰 문제로 확대될 수 있다는 설명이다.

 한국여성소비자연합회에서 조사한 설문지에 따르면 부적합 수입산 철강재가 국산으로 둔갑 유통되는 것을 해결하기 위해 정부의 규제 강화가 필요하고(64.6%), 소비자 단계에서의 철강재 원산지 표시 필요성에 대해서는 92.6%가 필요하다고 응답했다.

 정책 당국에 바라는 점으로는 ▲원가의 공개가 되지 않고 불량, 부적합 자재로 인한 안전 위험성 ▲ 공급자(건설사) 위주의 정책이 아닌 비용을 지불하고 구매하는 구매자를 위한 정책 마련 ▲ 소비자의 감시를 통한 건설안전 문화가 자리잡을 수 있는 정책의 수립 등이 있다.

■ 내진 설계 강조한 STS 제품 증가 추세

 내진용 건축자재 수요 활발

 건축 외장재 뿐만 아니라 건축 내에 사용되는 배관 관련 업체에서도 내진설계에 대한 주목하고 있는 상황이다.

 건물의 소방, 위생 및 냉난방, 공조배관 등에 사용되는 파이프는 크게 일반 강관파이프와 스테인리스파이프로 나눌 수 있다. 음용수 배관의 경우 강관파이프는 부식이 발생하기 때문에 적합하지 않아 STS 파이프가 주로 사용되고 있다.

 내진설계가 각광을 받으면서 소방시설 내 스테인리스 수요가 늘어나고 있다. 소방배관에 STS 소재를 사용할 경우 음용수와 비상용수 등이 함께 저장 가능해져 기능성과 실효성이 올라가게 된다.

 배관 및 관 이음쇠의 경우 KS D 3595, 3576강과 암착식 조인트를 사용해 현재 압착식조인트의 내진용품 사용을 위한 수요가 증가할 것으로 보인다. 그루브이음, 홈이음, SP조인트 등을 사용해 내진용 강관 수요 움직임이 활발해질 것으로 기대된다.

 내진설계 강화로 ‘고정가대’를 설치하는 것이 필요해졌는데 고정가대는 외국에서 전량 수입하고 있으며 비용도 높다. 일반배관용 STS 강관을 사용할 경우 탄소강관과 비교해 중량이 탄소강관대비 86% 수준이다.

 탄소강강관을 사용할 경우 STS 강관보다 가동중량이 115% 이상 더 높기 때문에 고정강대 비용이 더 많이 들게 된다. STS 업계 관계자는 경주 지진 이후 내진설계 기준이 정확히 정해져야 한다고 밝혔다.

 현재는 배관용 제품에 대해 내진설계 기준이 없는 상황이며 일부 회사에서 별도로 성능 검증을 진행하는 경우가 있으나 STS 업계가 나서서 전체 현황 파악 및 지자체 대응 자료 마련이 필요하다고 말했다.

 또한 문창은 STS 물탱크 제품에 면진 기술을 적용해 지진에도 끄떡없는 물탱크 제작에 성공했다. 문창이 개발한 스테인리스 보온 일체형 물탱크 면진 기술의 핵심은 지진 등에 의한 진동이 발생하더라도 물탱크와 지반을 격리해 저수탱크의 파손을 방지한다.

 물탱크에 면진기술을 적용해 지반과 구조물의 기초부를 격리해 충격 흡수성을 증가시켰다. 물탱크 구성 중 용접부와 단열재, 보강 브레이싱 등의 손상 변형을 최소화했으며 집수 및 배수시설의 장애 가능성을 줄였다. 패널, 보강 기둥 등 상부 구조물의 단면을 줄여 생산비용을 약 20% 절감했다.

 이처럼 국민의 안전을 위해 다양한 내진용 철강재가 끊임없이 개발되고 있다. 이를 통해 지진이 발생했을 경우 인명, 재산 등 각종 피해가 최소화되길 바란다.

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