[논문]국내외 교육시설물 내진보강공법에 대한 가이드라인 비교 분석 연구

나영주; 하선근; 손승현; 손기영; 이주형

doi:10.5345/jkibc.2019.19.2.157

국내외 교육시설물 내진보강공법에 대한 가이드라인 비교 분석 연구
A Study on Comparing and Analyzing Seismic Retrofit Method Guideline of the Existing Education Facilities between South-Korea and Overseas 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.19 no.2, 2019년, pp.157 - 165

나영주 (Department of Architectural Engineering, U1 University) , 하선근 (School of Architectural Engineering, University of Ulsan) , 손승현 (Department of Architectural Engineering, Kyung Hee University) , 손기영 (School of Architectural Engineering, University of Ulsan) , 이주형 (School of Architectural Engineering, University of Ulsan)

초록
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국내 내진규정은 1988년에 최초로 제정되었으나 국내에서 발생하는 지진의 규모와 발생빈도가 증가하면서 내진 의무대상을 지속적으로 확대시켜왔다. 공공 시설물의 내진율은 58.3%로 증가한 반면에 교육 시설물의 내진율은 24.8%에 그치고 있는 실정이다. 이로 인해, 지진발생 시 국내 교육시설물의 50% 이상이 대규모피해를 받을 것이라 예측되고 있다. 실제로 포항지진에 의해 발생한 피해는 45%가 교육시설물로 나타남에 따라 국내 기존 교육시설물에 대한 내진 보강은 국민들의 주요 관심사가 되었다. 보다 효과적인 내진 공법을 개발하기 위하여 국내의 많은 연구자들이 연구를 수행해왔으며 앞으로도 활발히 진행될 것으로 예상된다. 하지만, 국내 기술의 발전이 어느 정도까지 이루어졌는가에 대한 고찰은 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 외 기존 교육시설물의 내진에 대한 가이드라인을 비교 분석하고 향후 연구 방향을 제언하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The domestic earthquake-resistant regulation was legislated firstly in 1988. However, The magnitude and frequency of earthquakes has been risen in South Korea. Therefore, the mandatory target of earthquake-resistant has been expanded. The earthquake-resistant rates of public facilities have been increased by 58.3%. On the other hand, education facilities are low with 24.8%. For the reason, more than 50% of the educational facilities are expected to be damaged by the earthquake. Especially, the 45% of educational facilities were damaged at Po-Hang earthquake. As a result, the importance of the seismic retrofit for applying existing education facilities was ended up attracting people's interesting. In this respect, in order to develop a effective seismic retrofit method, many researchers have been conducted researches and it is expected to be actively carried out in the future. However, it is insufficient to consider that how far technology has been developed. Therefore, the purpose of this study is a comparative analysis of precedent guidelines in regard to seismic retrofit applying existing education facilities between domestic and other countries. Finally, the directions of future research are suggested.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. The average total floor area of education facilities per building
그림 Figure 2. Distribution rate of earthquake-resistant by year
표 Table 1. Earthquake-resistant rate by basic plan of seismic retrofit
표 Table 2. Types of seismic retrofit building
표 Table 3. Classification of seismic retrofit strategic
표 Table 4. Domestic and Foreign Nonstructural Classification System

AI 본문요약
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문제 정의

비구조체는 구조체에 비해 상대적으로 관심이 적었던 부분이다. 따라서 한국, 미국 일본의 비구조체 내진동향을 파악한다. 또한 비구조체 평가 순서는 분류 항목에 따라 평가를 진행한다.
그에 따라 가이드라인은 내진설계 기준 중 하나로 중요하 며, 앞으로 진행될 연구에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 때문에 국내 가이드라인을 해외와 비교분석하여 미비한 점을 파악하고 향후 연구 및 개선 방향 설정에 의미 있는 정보를 제공하고자 한다.
미국은 각 항목별 평가방법으로는 비준수, 해당사항 없음과 같이 3가지로 측정하고 있으며 원활한 사업추진과 사업 우선순위를 결정하기 위해 지진 위험지역에 따라 1) 생명안전, 2) 재산피해, 3) 기능상실의 측면에서 분류된 항목 들을 각각 기준에 따라 낮음, 중간, 높음으로 평가하여 우선순위를 정하고 있다. 또한 각 분류를 공학적, 비공학적, 관행적 3가지로 구분하여 평가품목의 내진보강 여부를 전문가에 의한 검토가 필요한지 여부 등을 제시하고 있다. 하지만 모든 시설물의 사례를 분류하지 않았기 때문에 평가 역시 한계가 존재 한다[23].
본 연구는 국내의 기존 교육시설물에 적용 가능한 내진 보강 공법연구를 국외와 비교하여 우리나라의 수준을 진단하고 앞으로 나아가야 할 개선방향 설정에 의미 있는 정보를 제공하기 위해 수행되었다. 비교하기에 앞서 국내 교육 시설물의 내진적용 현황(2010~2017년)을 조사한 결과, 2017년 기준 교육시설물의 내진보급 상승률(1.

제안 방법

4가지 항목은 19가지 하위세부항 목으로 구성되어있다. E등급, 20년 이상 사용된 3층 이상 교육시설물 9곳을 선정하여 조사하였으며, 9곳의 결함 부분을 분류하여 분류체계를 구축하였다. 여기서 E 등급은 시설물의 안전등급으로 시설물이 불량한 상태로 주요부재에 심각한 결함으로 즉시 사용을 중단하고 보강 또는 개축을 해야 하는 등급을 말한다[12].
미국의 경우, 건축구성부분, 기계 및 전자기기와 배관, 가구 및 기구와 장비, 비상시스템으로 4가지로 한국과 동일한 가짓수로 하고 있으나 항목명이 다르고 하위세부항목은 총 27가지로 넓은 범위를 고려하고 있다. 구조부분을 제외한 모든 부분을 비구조 부분으로 분류하였으며 기존건 축물을 조사하여 생명안전, 재산손실 여부, 기능 손실시 피해 여부 3가지 기준으로 공공시설물, 다용도 건물 등에서 볼 수 있는 품목들을 분류하였다[23].
현재 내진보강에 대한 연구 및 가이드라인은 구조체와 비구조체로 구분되어 있어 본 연구에서도 두 가지로 구분하여 분석하였다. 구조체는 시설물 항목 분류체계, 보강전략, 공법 선정과 같이 3가지 항목에 대해 분석하였으며 그 결과 다음과 같다. 내진 보강 시설물 항목 분류체계의 경우, 2011년에는 내진보강 시설물 항목을 분류하지 않은 반면에 2018년에는 5가지 구조로 구분하여 분류하고 공법을 제시하고 있고 미국 FEMA-547은 한국보다 많은 9가지로 분류하고 있지만 추가항목에 대해서는 한국의 현황과 잘 맞지 않다고 판단 된다.
첫째, 한국 교육시설물 내진보강사업 현황을 파악한 후 내진보강사업 조직체계에 대해 한국, 미국, 일본을 비교분석한다. 둘째, 구조체와 비구조체에 대한 국내 가이드라인을 해외와 비교분석한다. 구조체의 경우 시설물 항목 분류체 계, 보강전략, 공법 선정 방법과 같이 3가지 기준별로 비교한다.
비교분석 기준은 구조부분의 경우 내진보강시 학교시설물이 구조적 특징을 우선적으로 분류 후 특징에 맞는 내진보강전략 및 공법 선정하여 사업을 진행한다 [14,15]. 따라서 내진보강 진행 순서를 고려하여 구조적 특징 분류 기준을 비교한 후 내진보강전략, 공법선정법을 기준으로 미국과 비교분석하였다.
본 연구에서 구조체와 비구조체에 대한 국·내외의 가이드라인을 비교분석하였으며 도출된 결과를 토대로 국내의 기존 교육시설물 내진보강이 향후에 나아가야 할 방향을 제언하면 다음과 같다.
구조체의 경우 시설물 항목 분류체 계, 보강전략, 공법 선정 방법과 같이 3가지 기준별로 비교한다. 비구조체는 내진보강 동향, 분류체계, 평가방법과 같이 3가지 기준에 따라 비교분석한다. 셋째, 국내외 비교 분석을 통하여 도출된 결론을 바탕으로 국내 내진보강공법 가이드라인이 향후에 연구 및 개선 해야할 방향을 제시한다.
비구조체의 경우, 현재의 가이드라인은 E등급의 9동에서 발견된 결함요소만을 대상으로 항목을 제안하였다. 이는 2017년 기준 총 32,846동의 교육시설물 중 극히 일부의 사례만 조사된 것이다.
한국 교육시설물은 대부분 일자형 보-기둥 철근콘크리트 보통모멘트 골조이며 내진설계가 적용되지 않았던 1980년대의 건물 또한 보통 모멘트 골조이다[18]. 이에 내진보강 보강전략의 경우 철근콘크리트 보통모멘트 골조에 대해 미국 FEMA-547과 비교하였으며 비교결과, 한국과 미국 모두 부재신설, 부재단면증설, 연결성제고, 하중저감 /연성능력, 부재제거와 같이 5가지를 제안하고 있다. 하지만 Table 3과 같이 국내의 경우 시스템, 시스템 형상, 하중경로, 기초, 부재와 같이 크게 5가지와 하위항목 10가지로 구성되는 반면에 미국은 강도, 강성, 형상, 하중 경로, 구성요소 구분, 다이어프램, 기초와 같이 7가지 및 하위항목 14가지로 구성된다.
국내 기존 교육시설물에 대한 내진보강공법 가이드라인을 분석하기 위해 본 연구는 다음과 같이 진행된다. 첫째, 한국 교육시설물 내진보강사업 현황을 파악한 후 내진보강사업 조직체계에 대해 한국, 미국, 일본을 비교분석한다. 둘째, 구조체와 비구조체에 대한 국내 가이드라인을 해외와 비교분석한다.
7%p)에 비해 진행률이 매우 느린 것으로 나타났다. 현재 내진보강에 대한 연구 및 가이드라인은 구조체와 비구조체로 구분되어 있어 본 연구에서도 두 가지로 구분하여 분석하였다. 구조체는 시설물 항목 분류체계, 보강전략, 공법 선정과 같이 3가지 항목에 대해 분석하였으며 그 결과 다음과 같다.

대상 데이터

구조체 내진보강의 경우 시설물 항목 분류 기준을 가장 먼저 실시한다. 분류 기준 비교대상으로는 한국 가이드라인 간의 개선점을 확인하고 미국과의 차이점을 비교분석 하기 위하여 2011년도 한국교육개발원의 학교시설 내진성능 평가 및 내진보강 가이드라인[16]과 2018년도 교육부의 학교시설 내진성능 평가 및 보강 매뉴얼[14], 미국의 FEMA-547[17]을 선정하였다. Table 2는 한국과 미국의 시설물 항목 분류 기준을 비교분석 하여 정리한 표이다.
해외에서 비구조체에 대한 관심 및 중요도가 높아지면서 비구조체 가이드라인이 필요성이 제기되었다. 이에 선행 연구되어있던 미국과 일본의 가이드라인을 기반으로 한국 비구조 가이드라인을 제작하였기 때문에 비교분석 대상을 미국과 일본으로 선정하였다. 비구조체는 구조체에 비해 상대적으로 관심이 적었던 부분이다.
국내 구조체 내진설계 기준은 대한건축학회를 주관으로 미국의 ATS 3-06을 기반으로 하고 있다. 한국 교육시설물 내진보강 가이드라인에서도 미국의 선행연구 및 가이드라인을 참고하고 있기 때문에 비교분석 대상을 미국으로 선정하였다. 비교분석 기준은 구조부분의 경우 내진보강시 학교시설물이 구조적 특징을 우선적으로 분류 후 특징에 맞는 내진보강전략 및 공법 선정하여 사업을 진행한다 [14,15].

데이터처리

또한 비구조체 평가 순서는 분류 항목에 따라 평가를 진행한다. 그에 내진 보강 동향, 분류체계, 평가방법을 기준으로 비교분석을 하였다[12].

성능/효과

미국은 각 항목별 평가방법으로는 비준수, 해당사항 없음과 같이 3가지로 측정하고 있으며 원활한 사업추진과 사업 우선순위를 결정하기 위해 지진 위험지역에 따라 1) 생명안전, 2) 재산피해, 3) 기능상실의 측면에서 분류된 항목 들을 각각 기준에 따라 낮음, 중간, 높음으로 평가하여 우선순위를 정하고 있다. 또한 각 분류를 공학적, 비공학적, 관행적 3가지로 구분하여 평가품목의 내진보강 여부를 전문가에 의한 검토가 필요한지 여부 등을 제시하고 있다.
2011년 가이드라인보다 매우 진전되었으나 미국과 비교하였을 시, 저장탱크나 난간과 같은 필수요소가 고려 되지 않았으며 교실, 과학관, 생활관 같은 건물에만 한정 되어 있다는 한계가 있다. 위의 내용을 종합한 결과, 우리나라의 기존 교육시설물에 적용 가능한 내진기술수준은 선진국(미국, 일본)에 크게 뒤처지지는 않으나 몇몇의 개선점이 있는 것으로 나타났다. 이에 향후에 나아가야할 연구방 향을 다음 2가지 제언을 하였다.

후속연구

본 연구의 결과는, 향후 국내실정에 맞는 기존 교육시설물에 적용 가능한 내진보강 가이드라인 구축연구의 기초자료 활용될 것이다.
또한 국외 가이드라인과 비교분석한 결과 교사용 대지와 저장탱크, 난간 등의 시설물 필수요소 전면에 걸쳐 교육시설물을 구성하는 모든 비구조체를 조사하여 재분류할 필요가 있다. 세분화하여 조사된 비구조체 분류체계 항목들은 향후 시설물 안전관리 체크리스트의 점검목록의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
비구조체는 내진보강 동향, 분류체계, 평가방법과 같이 3가지 기준에 따라 비교분석한다. 셋째, 국내외 비교 분석을 통하여 도출된 결론을 바탕으로 국내 내진보강공법 가이드라인이 향후에 연구 및 개선 해야할 방향을 제시한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내진보강사업 대상은?	그에 따라 내진화에 소요되는 사업비를 각 시도 교육청에서는 한정된 예산으로 실행해야 했기 때문에 예산을 소극적으로 편성한 것으로 판단된다 [11]. 또한 내진보강사업 대상은 1988년 내진설계기준이 생기기 이전에 지어졌던 교육시설물들로 노후화되고 내진 보강이 필요한 시설물들이다. 그렇기 때문에 교육시설물 내진성능평가 마다 전문가 혹은 전문업체를 통해서 진행해야 하며, 추가적인 예산이 필요하게 된다[12].
	개발된 내진보강 공법의 현황은?	이를 방지하기 위하여, 기존 교육시설물에 적용 가능한 내진보강 공법 개발연구가 활발히 진행되고 있다. 그 결과, 기둥 섬유감기, 기둥철판감기, 철골 가새 증설 등다양한 공법이 개발되었다[4,5]. 이와 같이 내진보강 공법에 대한 새로운 개념을 제시하거나 성능, 경제성을 평가하는 연구는 양적인 면에서 매우 증가하였다[6].
	1988년 최초로 내진규정이 제정된 이유는?	국내의 지진위험도는 높지 않게 나타났으나 향후에 지진에 대한 대책이 필요하다 판단하여 1988년 최초로 국내 내진규정이 제정되었다[7]. 이때의 내진설계 의무대상은 6 층 이상 또는 연면적 100,000㎡ 이상의 건축물이 해당되었으며 1995년에는 6층 이상 또는 10,000㎡ 이상으로 확대되었다.

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