빌딩은 이렇게 지진과 싸운다! 액상화 현상부터 슬로싱 댐퍼까지 완벽 해설【미라이칸】
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
만약 지금 이 순간 큰 지진이 발생한다면, 여러분의 집이나 건물은 과연 안전할까요? 사실 일본의 건물에는 지진의 흔들림으로부터 사람들을 지키기 위한 다양한 기술이 숨어 있습니다. 이번에는 일본과학미래관에서 발견한 ‘지진에도 무너지지 않는 건물’ 전시가 무척 흥미로워서 여러분께 소개해 드리려고 합니다.
흔들리면 액체처럼 변하는 땅!? 액상화 현상의 비밀
모래로 이루어진 지반에 진동을 가하면 모래알이 제각기 움직이기 시작합니다. 그러면 마치 땅이 액체가 된 것처럼 위에 있던 물체가 점점 아래로 가라앉게 됩니다. 이것이 바로 ‘액상화 현상’입니다. 매립지나 수분을 많이 머금은 모래 지반에서 지진이 발생하면 이런 현상이 쉽게 일어나며, 건물이 기울거나 가라앉는 원인이 되기도 합니다.
이 전시에서는 실험 장치에 끈이 달려 있어서, 실험이 끝난 뒤에도 바로 원래 상태로 되돌릴 수 있도록 만든 점도 재미있는 아이디어였습니다. 아래 영상을 한번 확인해 보세요.
건물을 땅과 분리하는 ‘면진’
다음은 지진으로부터 건물을 보호하는 세 가지 기술을 소개하는 전시입니다. 첫 번째는 ‘면진’입니다.
면진은 건물의 기초와 지면 사이에 고무 등을 넣어 건물과 땅을 일부러 분리하는 방식입니다. 땅이 크게 흔들려도 그 진동이 건물에 그대로 전달되지 않도록 하는 것이죠. 전시에서는 건물 아래에 탁구공을 깔아 놓으면 바닥을 흔들어도 건물이 거의 흔들리지 않는 모습을 확인할 수 있었습니다. 실제 건물에서는 이 탁구공 대신 ‘면진 고무’라는 특수한 고무가 같은 역할을 합니다.
흔들림을 정면으로 견디는 ‘내진’
두 번째는 ‘내진’입니다. 면진과는 반대되는 개념으로, 지면의 흔들림을 그대로 받아들이되 건물 자체를 튼튼하게 만들어 무너지지 않도록 하는 방식입니다.
내진 구조에는 크게 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 흔들림에도 거의 움직이지 않을 만큼 단단하게 만드는 강구조, 다른 하나는 대나무처럼 유연하게 휘어지며 힘을 분산시키는 연구조입니다. 두 방식 모두 건물에 대각선 방향의 가새 구조를 추가하여 지진의 좌우 흔들림을 견딜 수 있도록 설계되어 있습니다.
흔들림에 브레이크를 거는 ‘제진’
세 번째는 ‘제진’입니다. 이는 건물의 흔들림을 완전히 없애는 것이 아니라, 브레이크를 걸듯 진동을 줄여 주는 기술입니다.
대표적인 예가 시미즈건설이 개발한 슬로싱 댐퍼입니다.
고층 건물의 상부 등에 큰 물탱크를 설치하면, 건물이 흔들릴 때 물탱크 속의 물이 건물의 움직임과 반대 방향으로 이동합니다. 이 물의 움직임이 브레이크 역할을 하면서 건물 전체의 흔들림을 상쇄해 진동을 줄여 주는 것입니다. 진자를 이용하는 방식도 원리는 동일합니다.
‘면진’, ‘내진’, ‘제진’이라는 용어는 뉴스에서도 자주 등장합니다. 하지만 각각은 ‘흔들림을 전달하지 않는다’, ‘흔들림을 견뎌 낸다’, ‘흔들림을 줄인다’라는 서로 다른 아이디어를 바탕으로 만들어진 기술이라는 점을 이해하셨을 것입니다.
여러분 주변의 건물에도 이런 다양한 기술이 숨어 있을지 모릅니다. 다음에 거리를 걸을 때는 건물의 모양과 구조도 한 번 유심히 살펴보세요.
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