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아이티에 이어 칠레·터키에서까지 지진 뉴스가 줄을 잇는다. 규모나 피해도 엄청나다. 사람들은 묻는다. 올해는 벽두부터 지진 참사가 왜 이리 크고 잦은가? 하지만 전문가들은 "실은 그렇지 않다"고 답하면서 단지 지진은 특정시기에 집중해 발생하는 경향이 있어 사람들에게 '착시현상'을 일으킬 수 있다고 미 지질조사국(USGS) 지질학자 폴 얼(Earle) 박사는 말한다.

문제는 지진 피해 규모다. 학자들은 최근 들어 지진으로 인한 사망자 수가 늘었다는 점에 주목한다. 미 콜로라도대 지질학자인 로저 빌햄(Bilham)은 지난달 과학전문지 네이처에 "지난 10년간 지진으로 인한 사망자 수가 그전 10년보다 4배나 많았다"고 밝혔다. 세계보건기구(WHO)도 2000~2009년 지진으로 인한 사망자를 45만3000명 이상으로 집계했다.


최근 지진 피해가 두드러져 보이는 데는 인간 문명적 요인들이 복합적으로 작용했다는 게 전문가들 설명이다. 대표적인 것이 급속한 도시화. 도시화 물결은 지진 단층선이 지나는 곳까지 범람했고 사람들은 너도나도 이곳에 모여들었다. 세계보건기구(WHO)의 재난질병연구소장은 AP통신에 "인구 밀집이 작은 사건도 큰 것으로 만든다"고 말했다. 더욱이 이 지역 건물들은 내진 설계를 갖춘 경우가 많지 않다. USGS의 얼은 "지진이 사람을 죽이는 게 아니라 건물이 죽이는 것"이라고 했다.                                                        조선일보 기사 중 : 2010.03.10 03:23 인용


그러면 지진에도 견딜 수 있는 건물은 어떻게 지어질까? 즉 건물을 지을 때 내진 설계의 원리는 무엇일까? 다른출판사에서 출간된 <왜, 건물은 지진에 무너지지 않을까>라는 책에는 건축물에 숨어 있는 과학 원리를 통해 누구나 이해하기 쉽게 이에 대한 설명을 하고 있다. 아래에 책에 실린 내용 일부를 발췌정리 해 본다.

지진이 건물에 미치는 영향은 수평으로 부는 강한 바람과 비슷하지만, ‘갑작스런’ 강풍이라도 지진에 비하면 부드러운 편이기 때문에 지진이 훨씬 더 위험하다. 운동방향을 갑작스럽게 바꾸거나, 갑자기 시작되고 갑자기 멈추는 지진은 힘을 갑작스럽게 가하는 것과 같다.

시리얼 상자 밑에 놓여 있는 사포를 갑자기 잡아당겼을 때 상자가 반대 방향으로 넘어지는 것을 보면 확실히 알 수 있다. 마치 상자 반대 방향으로 힘이 작용하는 것과 같다. 상자가 무거울수록 갑작스럽게 작요하는 힘이 더 커지는데, 이는 관성의 법칙 때문이다. 따라서 지진에 견디기 위해서 건물은 수평력을 견딜 수 있게끔 골조가 튼튼해야 한다.

지진으로 인한 건물의 진동을 제한하려면 건물을 휘어짐에 강하게 지어져야 한다. 플라스틱 자를 한 손으로 잡고 수직으로 세우면 고층건물의 진동을 실험해 볼 수 있다. 다른 한 손으로 자의 꼭대기를 당겼다가 놓으면 자가 흔들린다. 즉 진동한다. 유연성이 좀 더 뛰어난 쇠자로 똑같이 실험하면 좀 더 천천히 진동이 일어날 것이다. 다시 말해 고층건물은 지진이나 바람에 의한 진동을 막기 위해 강하게 만들어야 한다.

그래서 기술자들은 건물의 중량에 부담을 주지 않으면서 건물의 진동을 줄이기 위해 동조질량감쇠기(TMD)라는 장치를 마련했다. 동조질량감쇠기는 커다란 콘크리트 블록 하나로 이루어져 있는데, 건물 상부에 있는 첨탑 안에 설치되어 스프링 두 개로 건물 양쪽 벽에 붙어있다. 콘크리트 블록은 기름이 얕게 깔린 탱크 안에서 미끄러진다. 콘크리트 블록의 무게와 스프링의 강도를 잘 조절하였기 때문에 건물이 고유진동주기로 진동할 때 콘크리트 블록은 건물과 같은 주기로 진동한다.

지진이나 강한 바람이 건물 꼭대기를 왼쪽으로 흔든다고 생각해 보자. 콘크리트 블록은 건물에 딱 붙어 있는 게 아니므로 움직이지 않지만, 블록 아래에 있는 건물은 바람 때문에 왼쪽으로 움직이게 된다. 이런 과정에서 블록의 왼쪽 스프링이 길어지고 오른쪽 스프링은 짧아지며, 이 두 개의 스프링은 건물이 중심 위치로 돌아오도록 건물을 밀고 당긴다. 더 나아가 건물이 제자리로 돌아오다가 두 개의 충격흡수장치에 의해 멈춰지게 되므로 건물은 콘크리트 블록을 지나치지 않고 중심에서 멈추게 된다.

만약 자유로운 진자처럼 움직였다면 중심을 지나쳐 계속 진동할 것이다. 그러나 건물의 진동은 동조질량감쇠기로 제어된다. 불과 몇 백 톤짜리 블록이 빌딩에 강철 중량을 많이 더하지 않고도 중량 수천 톤이 만들어 낼 수 있는 강도를 더해 준 것이다.

건물은 지진에 무너지지 않을까
카테고리 과학
지은이 마리오 살바도리 (다른, 2009년)
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이 책 <왜, 건물은 지진에 무너지지 않을까>는 위에 예시한 것처럼 건축에 살아 숨 쉬는 과학, 수학, 예술, 문화 이해하기이며, 왜라고 질문하는 아이들에게 설명에 곁들인 그림을 보고, 실제로 간단한 도구를 이용해 책상 위에서 만들어 보면서 스스로 답을 찾게 해준다. 그래서 이 책은 미국 초등, 중등학교에서 수십 년 동안 교재로 사용하고 있다고 한다.


Posted by 다른꿈

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