안녕하세요 오늘은 학교시설물 내진성능평가에 대해서 설명해 보도록하겠습니다. 학교시설물 내진성능평가(MOE 2021)는 대한민국 교육부(MOE, Ministry of Education)에서 시행하는 제도로, 학교 건물의 내진 성능을 평가하여 지진 발생 시 학생과 교직원의 안전을 보장하고, 건물의 피해를 최소화하기 위해 도입된 정책입니다.
이 평가는 2021년에 개정된 기준을 따르며, 기존의 내진설계 기준을 보완하고 현대적 요구에 맞추어 내진 성능을 강화하는 것을 목표로 합니다.
[내진성능평가의 필요성]
한국은 지진 위험이 상대적으로 낮은 지역으로 분류되어 왔으나, 최근 몇 년간 경주(2016)와 포항(2017)에서 발생한 지진으로 인해 학교시설물의 내진 성능 강화 필요성이 대두되었습니다.
실제로 경주와 포항지진 때 많은 학교시설물에서 피해사례가 확인되었고 저도 교수님과 현장을 방문해서 상황을 확인했던 기억이 있습니다. 그때 인상 깊었던 내용이 학교시설물에서는 조적허리벽으로 인한 기둥의 단주파괴가 많이 일어난 것을 보고 관련 논문들을 많이 찾아봤습니다. 조적허리벽으로 인한 기둥의 단주파괴는 나중에 자세히 설명해 드리도록 하겠습니다.
결론적으로 이들 지진은 학교시설물의 내진설계 및 평가의 중요성을 재인식하게 하는 계기가 되었습니다.
학교는 많은 학생과 교직원이 상주하는 공간으로, 지진 발생 시에 대형 인명 피해가 발생할 수 있는 장소입니다. 또한, 학교시설물은 필요에 따라 대피 시설로도 활용되므로 내진성능을 꼭 보유하고 있어야 합니다. 따라서 학교시설물의 내진성능을 철저히 평가하고, 필요한 보강 작업을 통해 지진에 대한 대비책을 마련하는 것이 필수적입니다.
[평가 기준 및 방법]
2021년 개정된 학교시설물 내진성능평가 기준은 다음과 같습니다.
1. 기초 조사 및 자료 수집
건물의 구조 형태, 건축 연도, 사용 재료 등의 기본 정보를 수집합니다.
건물의 설계 도면 및 시공 기록을 확보하여 평가의 기초 자료로 활용합니다.
여기서 중요한 것은 학교시설물은 대부분이 1970년대 80년대에 많이 건축되었습니다. 베이비붐 시대에 학생들이 급격히 늘어나서 해당 시대에 많은 학교가 건설되었죠. 그래서 오래된 학교시설물들은 설계도면이 보관되고 있는 경우들이 많이 없습니다. 또한, 증축이 많이 되어서 기존의 도면과 다른 경우들도 많죠. 그러므로 자료 수집에서 설계도면을 해석 100% 신뢰할 수 없습니다. 그러므로 현장조사는 필수적입니다.
2. 현장 조사
전문가들이 직접 학교를 방문하여 건물의 상태를 시각적으로 점검하고, 주요 구조부의 손상 여부를 확인합니다. 대부분의 구조설계사무소에서 안전진단업을 같이 하고 있을 것으로 생각됩니다. 주로 안전진단을 하는 것과 비슷한 과정으로 이루어집니다.
필요에 따라 구조 부재의 강도와 성능을 측정하기 위한 비파괴 검사(NDT, Non-Destructive Testing)를 실시합니다. 하지만, 제가 학교시설물 내진성능평가 실무를 하면서 느낀 것은 비파괴 검사를 통해 확인된 강도는 생각보다 신뢰하기 어려웠습니다. 편차가 매우 컸으며 측정자, 장비, 검사 위치에 따라 강도의 차이가 심했습니다. 그래서 학교시설물 내진성능평가에서는 코어를 채취하여 구조물의 재료 강도를 평가합니다.
또 철근탐사, 부재의 사이즈, 부재의 위치, 스팬 등 설계도면이 있을 경우는 설계도면과 비교해서 신뢰해도 되는 도면인지 확인하고, 도면이 없는 경우는 현장조사 내용을 바탕으로 도면을 작성합니다.
3. 구조해석 및 성능평가
수집된 자료와 현장 조사 결과를 바탕으로 건물의 구조해석을 수행합니다.
최신 내진설계 기준에 따라 건물의 내진 성능을 평가합니다. 이때, 건물이 설계 당시 기준을 충족하는지, 그리고 현재의 강화된 기준을 충족하는지를 분석합니다.
또한, 구조해석의 방식이 선형구조해석평가, m계수법, 비선형정적해석, 시간이력해석이 있는데 선형구조해석평가는 학교시설물 내진성능평가 지침에만 있는 내용입니다. 해당 내용도 기회가 된다면 포스팅해 보도록 하겠습니다.
해석모델을 만들 때는 꼭 조적허리벽, 채움벽을 모델링해야합니다. 학교시설물은 모멘트골조 형식이 가장 많고 기둥과 기둥 사이에 조적허리벽, 채움벽으로 공간이 구획된 경우가 많습니다. 조적허리벽과 채움벽은 비구조요소라서 중력하중에 대해서는 저항하지 않도록 설계하지만, 지진하중에서는 RC부재와 상호작용을 하여 여러 작용이 발생합니다. 그러므로 지침에서도 의무적으로 모델링하도록 하고 있습니다.
4. 성능 등급 부여 및 보고서 작성
평가 결과에 따라 학교 건물의 내진 성능 등급을 부여합니다. 내진성능은 거주가능, 인명보호, 붕괴방지, 붕괴로 분류됩니다. 보통의 학교들은 내진 1등급 혹은 내진 특등급입니다. 내진 1등급일 경우 1400년 재현주기에 대해서 인명보호, 2400년 재현주기에 대해서 붕괴방지를 만족해야합니다. 내진 특등급인 경우 1000년 재현주기에 대해서 거주가능, 2400년 재현주기에 대해서는 인명보호를 만족해야 합니다. 해당 과정은 우리나라에서 MIDAS GEN을 활용하여 내진성능을 확인합니다. MIDAS GEN을 활용하여 평가를 진행하는 방법은 제가 나중에 자세히 포스팅 하도록 하겠습니다.
또한, 종합등급은 현장조사결과와 내진성능평가를 종합하여 일반적으로 A, B, C, D 등으로 나뉘며, A등급이 가장 높은 내진 성능을 의미합니다.
평가 결과와 개선 권고사항을 포함한 종합 보고서를 작성하여 교육부 및 해당 학교에 제출합니다.
[내진보강 방안]
평가 결과에 따라 내진성능을 보유하지 못한 건물에 대해서는 다음과 같은 보강 방안을 제시합니다
1. 기초 보강
지진과 같은 횡력이 발생하면 기초에 압축력과 인장력이 크게 작용하여 기초에 보강이 필요할 수가 있습니다. 이럴 때 건물의 기초를 강화하여 지진 시 건물 전체가 안정적으로 거동할 수 있도록 합니다. 주로 사용하는 보강법은 기초증설을 한 후에 마이크로 파일 보강을 수행하여 지반과의 결합력을 높이는 방식을 적용합니다.
2. 구조 보강
구조물의 내진보강에는 부재보강과 시스템보강 그리고 특허공법을 사용한 연성보강 등이 있습니다. 부재보강은 벽체 및 기둥, 보의 강도를 강화하기 위한 방법으로 철판 보강, 섬유 보강(FRP, Fiber Reinforced Polymer) 등을 사용합니다. 시스템 보강은 구조물의 전반적인 강도, 강성을 높이기 위해서 전단벽을 신설하거나 철골가새골조를 구조물에 보강하여 내진성능을 전반적으로 끌어 올립니다. 또한, 특허공법을 사용한 건물의 연성을 높이기 위해 제진 장치(dampers)나 면진 장치(base isolators)를 설치합니다. 하지만 오래전에 건설된 학교시설물에는 연성 보강보다는 강성보강이 적합할 것으로 생각합니다.
3. 비구조 요소 보강
비구조요소는 건물의 붕괴에는 영향을 주지는 않지만 조적벽이나 천장, 내장재, 창호 등의 비구조 요소가 지진 시 떨어지면 사용자들이 다칠 수 있으므로 손상되지 않도록 고정 및 보강합니다. 전기, 가스, 수도 등의 인프라 설비를 지진에 대비한 내진설계로 보강합니다.
[결론]
학교시설물 내진성능평가(MOE 2021)는 학교 건물의 안전성을 확보하고, 지진으로 인한 피해를 최소화하기 위한 중요한 제도입니다. 체계적인 평가와 보강 작업을 통해 학생과 교직원의 생명을 보호하고, 안전한 교육 환경을 조성하는 데 기여하고 있습니다. 교육부는 지속적인 지원과 정책 개선을 통해 모든 학교시설물이 내진 성능을 갖추도록 노력하고 있으며, 이를 통해 지진으로 인한 위험을 최소화하고 안전한 학교 환경을 유지하는 데 주력하고 있습니다.
저 또한 학교시설물을 내진성능평가 하는 실무자로서 지침을 준수하고 내진성능평가를 정확히 할 수 있도록 항상 공부하고 있습니다. 항상 하는 생각은 우리나라에 지진으로 인한 피해가 발생하지 않았으면 좋겠습니다. 오늘도 읽어주셔서 감사합니다😊
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