지진으로부터 생명을 구할 수 있는 안전한 건축물 구현
지진으로부터 생명을 구할 수 있는 안전한 건축물 구현
  • 김남근 기자
  • 승인 2014.11.20 17:30
  • 댓글 0
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[이슈메이커=김남근 기자]
[Leading Researcher] 전남대학교 공과대학 건축학부 이강석 교수


지진으로부터 생명을 구할 수 있는 안전한 건축물 구현

독창적이고 실용 가능성 높은 내진보강법 개발




2008년 및 2013년 쓰촨성지진을 비롯하여 2010년 아이티지진, 2011년 동일본대지진 등 최근 지속적인 대형 지진발생으로 인해 막대한 인명 재산피해가 반복적으로 속출하고 있는 상황에 맞물리며, 현재 우리나라 역시 지진발생의 위험성이 존재한다고 사료된다. 지진재해에 따른 인명피해 중 일부는 본진 이후 발생되는 추가 여진에 의한 지진피해 건축물의 붕괴와 가설물 추락에 의한 피해로 나타나고 있지만, 국내·외에서 지진피해를 받은 건물에 관한 연구는 극소수에 불과한 실정이다.



새로운 내진보강법으로 제24회 과학기술 우수논문상 수상

  최근 건축 구조물에 FRP(fiber-reinforced polymer)를 이용한 보수 및 보강법에 관한 다양한 연구가 수행되고 있다. FRP를 이용한 다양한 방식의 보수 및 보강법은 기존의 단면을 증설하는 공법의 단점인 중량증가 문제와 공간확보 및 품질관리의 어려움을 극복할 수 있는 공법으로 알려져 왔다. 그러나 FRP 래핑에 의한 내진보강법은 연성 보강 효과에는 우수하지만, 강도 보강 효과가 작아 건축물에서 층간 변위 제어에 어려움이 있다는 단점을 앉고 있다. 

  이에 전남대학교 건축학부 이강석 교수는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 골조의 연성확보 및 강도보강을 위해 경제적이며 효과적인 새로운 내진보강법(GFS-CFXB)을 제안하였다. 이번 연구는 유리섬유시트(glass fiber sheet)로 래핑을 함과 동시에 탄소섬유를 기반으로 한 X-브레이싱 내진보강법의 장점을 충분히 확보하였다. 또한, 기존 철골 X-브레이싱 내진보강법과 비교해서 경량의 고강도 재료로 보강 후 추가적인 중량증가가 거의 없고, 브레이싱 압축 좌굴 거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이싱공법(carbon fiber X-brace)을 조합한 독창적인 연구로 GFS-CFXB 공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 구조실험을 실시하여 내진성능을 검증함과 동시에 내진보강효과를 검토하였으며, 이번 연구 결과로 제24회 과학기술 우수논문상(공학부문)을 수상했다.

  이강석 교수는 “이번 논문 ‘GFS-CFXB 내진보강법을 이용한 지진피해를 받은 철근콘크리트 건물의 내진성능 평가 및 내진보강 효과’에 관한 연구는 한국콘크리드학회 추천 우수논문으로서 최근 기후변화 등으로 빈발하는 지진에 대비한 새로운 복합신소재를 활용하여 내진보강법을 개발한 것입니다”라며 “기존 대다수의 내진보강법은 지진피해를 받지 않은 건물을 대상으로 하고 있지만, 이번 연구는 지진피해를 받은 건물을 대상으로 하는 독창적이고 실용 가능성이 매우 높은 내진보강법을 개발한 것으로 그 의미를 갖습니다”라고 이번 연구에 대한 자부심을 힘주어 말했다.


▲내진 및 최적설계 연구실 구성원왼쪽 윗줄부터 시계방향 [김종호 연구원, 송병인 대학원생, 정주성 대학원생, 정다은 연구원, 이강석교수, 김상구 연구원]


융·복합 건축기술 개발 및 상용화 위한 연구 펼치다

  내진 및 최적설계 연구실(Seismic Engineering & Optimal Design Laboratory)을 이끌고 있는 이강석 교수는 건축 구조 공학 분야 중에서도 특히 철근콘크리트 구조물을 대상으로 한 내진성능 평가시스템, 내진 진단법, 내진 보강법 개발, 내진 설계법 개선, 컴퓨터 이론 및 방법론을 도입한 실용 가능한 최적구조설계 통합시스템 구축에 관련된 연구를 꾸준히 수행해오고 있다. 과거 영향력 있는 다수의 논문을 발표하며 국제적 이목을 받았던 이 교수는 특히, 지난 2005년 ‘Harmony Search Heuristic Algorithm’이라는 최적설계용 알고리즘을 이용하여 최적 구조설계시스템을 개발한 연구는 다수의 국제우수저널에 출판되며, 과거 10년간 Web of Science에서 조사된 한국연구자가 수행한 Computer Science 분야 상위 1%에 선택되었다. 더불어 지난 2004년부터 발표된 다수의 논문은 현재 다수의 국내외 최적설계 연구자들에게 누적 인용 횟수가 1,500번 이상 될 정도로 우수한 연구로 인정받고 있다. 또한, 지난 2011년 교육과학부 및 한국교육환경연구원의 지원으로 전국의 비내진상세를 가지는 초·중·고등학교를 대상으로 한 내진성능 평가 및 내진보강가이드라인 연구에 대한 연구책임자로서 연구를 펼쳐왔다. 당시 마련된 가이드라인은 현재까지 실제 적용되고 있다.

  현재 탄소섬유복합신소재(Carbon Fibers Composite Cable)를 이용한 기존 중·저층 철근콘크리트 건축물의 저비용 고효율 내진보강법을 개발하기 위한 연구를 펼치고 있는 이 교수는, 최종적으로 탄소섬유복합신소재를 이용한 기존 중·저층 철근콘크리트 건물의 내진보강 시공 매뉴얼 및 지침서 개발과 하모니 서치 최적설계 알고리즘을 활용한 철근콘크리트 건축물의 최적 내진설계통합시스템 개발에 관한 연구를 동시에 진행하고 있다. 더불어 앞으로 ‘기후변화 적응 신개념 폴리모피즘(다형성, polymorphism) 융·복합 건축기술 개발 및 상용화’라는 목표를 설정하여 연구를 이어나갈 계획이라고 피력한다.

  유비무환(有備無患). 즉, 미리 준비되어 있으면 근심할 것이 없다는 정신으로 이론, 해석, 실험에 근거한 실용적인 연구를 수행하고 있는 이강석 교수. 그는 “기존 기술을 개선하고 새로운 기술 개발을 지속적으로 진행하여, 한 단계 한 단계 실용화를 실현한다면 미래에 발생 가능한 대지진에 맞서 소중한 생명을 구할 수 있는 안전한 건축물의 구현이 가능할 것으로 생각합니다”라며 연구자로서의 확고한 소명의식을 내비쳤다. 이러한 그의 연구가 지진으로부터 안전한 건축물 실현을 위한 구심점 역할을 담당하게 되기를 희망해 본다.



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