KCL 광주전남센터는 여수국가산업단지에 위치하고 있으며 산업단지의 안전과 관련된 다양한 사업을 수행하고 있다. 2019~2024년 여수산단 재난대응 통합인프라구축사업을 통해 △실시간 모니터링시스템 △지진안전성평가인프라 △공정안전 훈련시스템 등을 구축했다. 이에 따라 지진모사시험장비를 구축해 석유화학시설뿐만 아니라 다양한 건축·전기‧기계설비분야 부품 및 제품에 대해 내진성능평가시험을 수행하고 있다.
비구조요소 내진설계 관련 KOLAS 인증기관인 KCL 광주전남센터에서 비구조요소 시험인증 업무를 총괄하고 있는 노영태 센터장을 만나 주요 내진설비 시험포인트, 비구조요소 내진설계에 대한 사회적 인식 및 개선방안 등에 대해 들었다.
■ 여수산단에 시험기관을 설치한 배경은
산업시설의 경우 각 시설물의 특성에 따라 각각 다른 법령 및 기준별로 설계를 수행토록 하고 있으며 구조요소보다 비구조요소로 분류되는 요소가 중요하게 다뤄짐에 따라 내진성능을 명확히 파악할 필요가 있다.
구조 및 비구조요소 내진성능평가는 다양한 방법으로 이뤄질 수 있다. 해석 및 실험을 통해 내진성능평가를 수행할 수 있으며 정적 및 동적시험 등 다양한 방법이 적용될 수 있다. 이중 진동대 실험은 테이블에 실제 지진파와 같은 파형을 적용해 시설 및 설비에 미치는 영향을 직관적으로 파악할 수 있는 실험으로 알려져 있다. 다만 진동대의 경우 시험장비가 고가이기 때문에 구조물을 평가하기 위한 대용량의 장비는 국내에 구축돼 있는 곳이 소수에 불과하다.
국내에 진동대를 구축, 운영하는 곳은 부산대학교 지진방재연구센터, 한국기계연구원, 한국 SGS 등이 있다.
국내에서 진동대를 보유하고 있는 기관들은 방송통신설비, 건축 비구조요소, 원전설비 등 다양한 요소에 대해 내진성능평가시험을 수행하고 있으며 관련 시험성적서 및 연구논문을 도출하고 있다. 현재 이 기관들에서 운영하고 있는 장비들은 경기, 충청, 경상권에만 구축돼 있다. 여수 석유화학산단, 광양 포스코 등 대규모 산업단지가 있는 전남권에는 이와 같은 인프라가 구축돼 있지 않기 때문에 석유화학시설의 내진성능평가에 대한 신속한 대응이 어려우며 관련산업 육성에 어려움이 있었다.
■ 비구조요소 내진설비 주요 시험 포인트는
기계설비 및 냉난방 공조설비는 기계 및 전기 비구조요소에 속하며 건축물 내진설계기준에서 △내진설계 중요도계수가 1.0이며 바닥에서 설치높이 1.2m 이하, 중량 1,800N 이하이면서 덕트나 파이프와의 연결부가 유연한 재료로 구성돼 있는 경우 △중량 100N 이하이며 단위길이당 중량이 70N/m 이하인 경우 등을 제외하고는 건축주와 협의를 거쳐 내진설계 여부를 결정해야 한다.
또는 내진 특등급에 해당하는 구조물에서 시설물의 지속적인 기능수행을 위해 필요하거나 손상 시 시설물의 지속적인 가동에 지장을 줄 수 있는 비구조요소는 내진설계대상이 된다.
내진설계대상인 비구조요소는 정밀해석이나 실험을 통해 내진성능을 보유하고 있음을 입증해야 하며 실험적 절차를 적용하는 경우 최대지진력은 를 초과할 필요가 없다. 지진 발생 시 기능유지가 요구되는 기계 및 전기 비구조요소의 경우 진동대 실험을 통해 설계지진 후에도 정상작동 여부를 증명해야 한다.
요구응답스펙트럼에 따라 3축에 대한 지진과 가진을 수행한 이후 각 축에 적용된 가진 데이터가 시험결과에서도 요구응답스펙트럼에 상응 여부를 비롯해 시험 전후 설비의 가동상태, 시험체 변형정도, 손상상태 등을 검토해야 한다. 면진장치가 포함된 경우 면진기능 특성에 대한 계측내역과 면장장치 변위값이 같이 고려돼야 한다.
■ 지진모사시험 평가항목은
요구응답스펙트럼은 시험설비가 포함되는 시험표준에 적합하도록 산정돼야 하며 건축구조기준에 따라 별도의 요구응답스펙트럼을 산정할 수 있는 경우 해당 기준의 지반응답스펙트럼(GRS: Ground Response Spectrum) 또는 층응답스펙트럼(FRS: Floor Response Spectrum) 산정방법에 적합해야 한다. 일반적으로 기기는 건물의 층(floor)에 위치하므로 위에서 전달된 FRS로부터 기기 내진검증에 사용할 지진시간이력을 도출해낸다.
지진모사시험 시 실제와 유사한 방법으로 진동대에 시험체를 설치하며 시험대상 제품의 설치매뉴얼 등에서 권장하는 최소 볼트사양 및 체결력, 용접 등을 사용해야 한다. 시험대상품의 주축이 진동대 가진축과 일치토록 하며 시험대상품과 진동대 사이의 기초 및 고정장치, 연결부 등은 시험대상품의 응답에 영향을 주지않아야 한다. 가진축은 1축으로 하는 경우도 있으나 보통 3축을 번갈아 적용한다. 이때 X, Y, Z 축을 번갈아가면서 시험하며 진동시험용 지그는 1개만 만들어도 된다.
공진주파수탐색시험은 파형에 따라 공진주파수시험을 선행하며 공진주파수탐색시험 중 구조적 손상과 기능적 이상 등이 발견되면 수리 후 재시험할 수 있다. △1.0~35Hz 주파수 △0.1±0.05g 이하로 시험대상품이 탄성상태를 유지하는 수준의 가속도 크기 △2Octave/min 이하 정현파 소인속도 등을 기준으로 평가한다. 정현파 소인속도시험은 정현파의 진동수를 연속해 변화시키는 진동시험을 의미한다.
시험결과 판정은 △시험대상설비 전복 또는 전도 △시험대상설비 바닥 고정부 이탈 △설치된 구성품 이탈 △시험대상설비 프레임 변형 또는 파손 △바닥시설 자체 결합부분 이탈 또는 진동대 고정부분 이탈 △앵커링, 볼트 등 고정장치 자체 균열, 변형 및 절단 △기타 육안확인 가능한 변형 또는 파손 등을 주요 평가기준으로 삼는다.
■ 비구조요소 내진설계 시 개선점은
비구조요소에 대한 구체적인 설계방안을 제시할 필요성이 높아지면서 건축구조기준이 개정됐다. 여기에는 비구조요소 내진설계 개선사항으로 지진발생 시 탈락 등에 따라 인명안전을 위협할 수 있는 비구조요소에 대한 내진설계기준이 보완됐다.
건축물 내진설계기준에 따라 내진성능 확보가 요구되는 대표적 기계설비는 중요도계수가 1.5인 비구조요소 설비 및 기기이며 △소방계통 중 펌프, 비상전원 발전기 등과 같이 인명안전을 위해 지진 후에도 반드시 기능해야 하는 설비 및 기기 △피난경로상 유도장치 기능유지, 낙하로 인해 피난을 방해할 수 있는 기계 △독성, 폭발위험물질 저장과 관련된 기계류 △기타 내진 특등급 건축물 내에서 기능수행을 위해 지속적으로 기능수행이 요구되는 기기 등이 포함된다.
건축구조기준에서 비구조요소에 대한 설계기준을 제시하고 있으나 비구조요소의 접합상세, 형태가 매우 다양하며 시공 및 제작사가 복잡하게 얽혀있기 때문에 내진성능에 대한 검증이 필요하다.
건축구조기준에 따른 설계법 및 다양한 비구조요소 내진성능을 검증하기 위해 시험을 통한 성능검증 및 설계법 검토가 요구된다.
KCL 광주전남센터는 여수국가산업단지에 위치하고 있으며 산업단지의 안전과 관련된 다양한 사업을 수행하고 있다. 2019~2024년 여수산단 재난대응 통합인프라구축사업을 통해 △실시간 모니터링시스템 △지진안전성평가인프라 △공정안전 훈련시스템 등을 구축했다. 이에 따라 지진모사시험장비를 구축해 석유화학시설뿐만 아니라 다양한 건축·전기‧기계설비분야 부품 및 제품에 대해 내진성능평가시험을 수행하고 있다.
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