본 연구는 세계적으로 증가하고 있는 지진에 대하여 국내 학교시설에서 발생될 수 있는 위험을 최소화할 수 있도록 학교현장의 안전교육 시 학교사용자가 내진성능측면에서 평가를 수행할 수 있는 「사용자 중심의 학교시설 내진성능 평가모형」을 제시하였다. [그림 1]에서 보듯이 연구는 5단계로 구성되었다. 문헌분석 및 실태조사를 기반으로 안전교육 시 활용 가능한 사용자 중심의 평가모형을 개발하고 평가프로세스와 함께 개발된 지원자료들을 통하여 적용 가능한 학년을 도출하고자 하였다.
1) 주요국의 내진성능관련 정책동향 및 가이드
본 연구는 세계적으로 증가하고 있는 지진에 대하여 국내 학교시설에서 발생될 수 있는 위험을 최소화할 수 있도록 학교현장의 안전교육 시 학교사용자가 내진성능측면에서 평가를 수행할 수 있는 「사용자 중심의 학교시설 내진성능 평가모형」을 제시하였다. [그림 1]에서 보듯이 연구는 5단계로 구성되었다. 문헌분석 및 실태조사를 기반으로 안전교육 시 활용 가능한 사용자 중심의 평가모형을 개발하고 평가프로세스와 함께 개발된 지원자료들을 통하여 적용 가능한 학년을 도출하고자 하였다.
1) 주요국의 내진성능관련 정책동향 및 가이드라인 비교ㆍ분석 본 연구에서는 한국과 함께 미국, 일본, 호주, 뉴질랜드의 관련법령 및 정책추진현황을 비교ㆍ분석하여 국내 내진보강 관련정책의 수립 시 고려될 수 있는 시사점을 도출하였다. 국내의 학교시설 내진보강은 2009년 4월 "학교시설 내진설계기준"이 고시되었으나 비내진설계 학교시설에 대한 예산확보의 어려움으로 인하여 신속한 대응이 어려운 실정이다. 일본의 경우 1950년 "신 내진기준(新耐震基準)" 시행으로 구조재의 내진성능확보를 위한 기틀을 마련하고 2000년대부터는 비구조재에 대한 연구ㆍ사업을 통하여 2013년 기준 구조재의 내진진단 실시율과 내진화율은 각각 99.3%, 88.9%이며, 비구조재의 내진진단 실시율과 내진화율은 각각 83.2%, 60.02%로 매우 높다. 미국의 캘리포니아에서는 1933년 제정된 "The Field Act"가 대표적이며, 연방재난관리청(Federal Emergency Management Agency, 이하 "FEMA")의 주도 하에 2000년대부터는 비구조재의 내진성능확보를 위한 노력을 기울이고 있다. [그림 2]에서 보듯이 지진에 대한 피해와 대책이 오랜 과거로부터 진행되어 온 일본과 미국은 공통적으로 예산수립이 수반된 법령을 수립하여 내진진단과 보강사업을 신속하고 장기적으로 추진하고 있다. 또한 1900년대에는 구조재에 대한 연구 및 사업에 집중하여 우선 구조재 내진성능 확보를 해결하고 2000년대부터는 비구조재에 대한 통합적 내진성능확보를 추진하고 있어 학교안전의 수준을 한층 높인 것을 볼 수 있다. 마지막으로 FEMA와 같은 전문적인 기관에 의해 체계적인 자료개발 및 사업을 추진하고 있는 실정이다.
2) 국내ㆍ외 학교시설 내진성능평가 가이드라인 비교ㆍ분석 가이드라인의 크게 구조재와 비구조재로 구분될 수 있다. 따라서 가장 내진성능확보 분야에서 선진화된 일본과 미국의 가이드라인을 비교ㆍ분석하여 국내 가이드라인의 개발동향 및 연구추진을 위한 기초자료를 수집하고자 하였다. 국내의 학교시설 내진성능확보 관련 가이드라인은 한국교육개발원(2011)의 "학교시설 내진성능 평가 및 내진보강 가이드라인 개발"과 함께 다양하게 개발되어 상당한 발전을 이루었으나 주로 구조재에 치중하고 있으며, 구조분야의 전문가에 의해서 수행되어야 하는 한계가 있어 학교현장의 활발한 적용에 한계가 있었다. 일본의 경우 문부과학성(2012) "학교시설 내진화 추진지침"에 의해서 구조재에 대한 개략적인 내진성능평가가 가능하며 비구조재의 경우 [그림 3]과 같이 학교사용자가 평가할 수 있는 수준의 모델을 제시하고 있다. [그림 4]는 미국의 구조재 개략평가 모델로 외관조사로 지역관계자가 주변건물의 내진성능을 평가하도록 하는 모델이다. 일본과 미국의 가이드라인을 국내 학교시설에 적용하기 위해서는 평가등급의 구체화 및 단순화에 대한 문제점을 해결해야 하며, 내진측면의 학교안전을 확보하기 위해서는 학교사용자가 보다 적극적으로 참여할 수 있는 평가모델의 개발이 필요함을 알 수 있다.
3) 학교시설 내진환경조성 실태조사
내진성능 평가모델의 개발을 위하여 국내 학교시설 구조재 및 비구조재에 대한 실태조사를 실시하였다. 구조재 결함조사에 대한 각 학교의 실태조사 결과 7개의 학교 모두 콘크리트 기둥 및 벽체에서 0.2~1.0mm의 사이의 균열이 상당수 발견되었으며, 특히 대부분의 학교의 1층 및 2층의 일정 구간에서 긴 균열이 발생되어 하중작용 등의 원인에 의한 균열이 장기간 특별한 조치 없이 노출되었음을 알 수 있었다. 또한 경과연수로 인한 노후화로 모르타르가 탈락되어 철근이 부식되고 있는 학교가 많았다. 따라서 평가모델의 개발 시 이러한 결함수준을 학교별로 차등있게 반영할 수 있는 모델의 개발이 필요하다. 비구조재는 FEMA E-74 "Reducing the Risks of Nonstructural Earthquake Damage—A Practical Guide"를 기반으로 19개의 주요 품목을 선정하여 조사한 결과, 국내 학교시설의 비구조재는 거의 내진보강이 되어 있지 않아 해외 가이드라인에서 제시하는 내진보강상세에 대한 세부적인 평가(예를 들어, 고정못의 개수)보다는 비내진보강 비구조재에 대한 폭넓은 평가기준이 필요하였다. 이에 본 연구에서는 <표 1>와 같은 각 품목별 상태를 해외 가이드라인을 기준으로 내진성능에 따라 개략적으로 유형화하였다.
4) 학교시설 구조재 내진성능 평가모형 개발 구조재 평가모델은 두 가지 종류의 모델로 제시되었다. 첫 번째의 "약산법 제1수준"은 교사 등의 성인 비전문가가 기둥의 균열폭을 조사하여 [그림 5]의 균열폭에 따른 내구성능 저감계수(ξ)에 의해서 약산적으로 계산되는 구조체의 내진성능등급([그림 6])을 신속하게 평가하기 위한 목적으로 개발되었다. "약산법 제2수준"은 보다 정확한 평가모델로 평가대상지역의 지진가속도(< 표 2 >), 기둥ㆍ벽체의 휨내력과 전단내력([그림 7]) 등 "약산법 제1수준"과 비교하여 비교적 상세한 정보들의 입력을 통하여 내진성능이 결정된다.
5) 학교시설 비구조재 내진성능 평가모형 개발 비구조재 평가모델은 해외의 가이드라인에 제시된 각 비구조재 품목별 보강기준과 일본 효고 지진공학 연구센터의 실물실험 결과들의 모니터링을 통하여 19개 비구조재 품목에 대한 평가모델을 학교사용자가(교사 및 학생) 이해 가능하도록 제시하였다. [그림 8]에서 보듯이 "구조고정", "배치상태", "파손상태"에 따라 해당하는 번호를 선택하여 성능점수와 등급([그림 8])을 용이하게 산정하며, 상위의 평가기준을 참고하여 향후 대책방안을 수립할 수 있다. 본 연구에서는 기존 문헌들을 활용하여 피해발생의 정도가 높을 것이라 판단되는 시스템에어컨, 천정재(선풍기 및 조명기구 포함), TV, 가구에 대한 보다 정량적인 검토를 수행한 결과, ①등 기구 및 조명기구([그림 9])는 별도의 구조체 고정이 시급하였으며, ②도서관의 책장을 제외한 일반적인 수납장은 최소 2곳 이상의 고정으로 내진성능이 확보될 것으로 분석되었다. 또한, ③시스템에어컨([그림 10]) 및 TV는 좌우 흔들림을 감소시키는 보강기법이 필요한 것으로 조사되었다.
6) 사용자참여를 통한 내진성능 통합평가 프로세스 개발 및 사례검증 개발된 평가모델의 효과적 현장적용을 위하여 [그림 11]과 같이 사전준비, 사전교육, 현장조사, 평가, 종합정리 및 토론의 구성된 프로세스를 제안하였다. [그림 12]와 같이 사전교육단계에서 내진성능평가에 대한 기본적 이해를 돕기 위한 교육자료와 현장조사단계 및 평가단계에서 손쉽게 활용 가능한 작성양식을 [그림 13]과 같이 개발하였다. 초등학생 1학년부터 6학년까지 각 3명씩으로 구성된 사용자그룹을 대상으로 사례적용을 실시한 결과 초등학교 4학년부터 적용이 가능하였으며, 저학년은 고학년 또는 학부모와의 연계교육이 적합할 것으로 판단되었다. 최종적으로 사례적용 과정은 동영상2)으로 제작하여 향후 학교현장의 운영과정에서 사용될 수 있도록 하였다.
7) 정책적 제언 연구결과를 기반으로 다음과 같은 4가지의 정책을 제언하였다. 첫째, 학교안전관리 체크리스트의 개선(안)이다. 교육부에서 체계적으로 추진하고 있는 매월 "안전점검의 날"에 활용할 수 있는 "학교안전관리 체크리스트"에 지진분야의 핵심적인 내용이 포함될 수 있도록 < 표 3 >과 같이 개선안을 제시하였다. 둘째, 안전분야 7대 표준안의 적용방안이다. 2015년에 발표된 교육부의 「7대 안전분야 표준안」에서 자연재난에 포함되어 있는 지진교육의 내용을 보면 지진의 개념 및 대응요령만이 포함되어 있으므로 학교의 주변 환경에 대한 점검과 대비가 이루어질 수 있도록 < 표 4 >와 같이 지진분야의 개선(안)을 제시하였다. 셋째, 일본과 같이 내진성능평가 결과가 지속적으로 관리되고, 평가결과를 다양한 시설개선사업 등과 유기적으로 연계시켜 국가예산의 효율적 집행이 가능하도록 [그림 15]과 같이 전문기관의 체계적 지원을 제시하였다. 넷째, 학교현장에서 안전관리의 가장 중요한 주체인 교원의 전문성 향상을 위한 교원양성과정에서의 "교육시설안전"과목을 독립적 운영을 제시하여 지진, 폭력, 교통 등 시설과 관련된 다양한 분야를 접할 것을 제언하였다.
Abstract▼
In the present study, to minimize dangers that may be caused to school facilities by earthquakes that have been increasing throughout the world, 「user oriented school facility seismic performance evaluation models」 were developed to enable school users to conduct evaluation of school facilities in t
In the present study, to minimize dangers that may be caused to school facilities by earthquakes that have been increasing throughout the world, 「user oriented school facility seismic performance evaluation models」 were developed to enable school users to conduct evaluation of school facilities in terms of seismic performance during safety education in the school field. As can be seen in [Figure 1], the present study is composed of five stages with a view to developing user oriented evaluation models that can be utilized during safety education and deriving applicable school grades through the support data developed together with evaluation process.
1) Comparison/analysis of major countries' seismic performance related policy trends and guidelines
In the present study, related laws and the present situation of policy implementation of South Korea were compared/analyzed with those of the USA, Japan, Australia, and New Zealand to derive implications that may be considered when domestic seismic reinforcement related policies are established. As for seismic reinforcement of domestic school facilities, although the "School Facility Seismic Design Criteria" were notified in April 2009, quick responses to the criteria are difficult because of difficulties in securing budgets for reinforcement of non-seismically designed school facilities. In the case of Japan, a foundation for securing seismic performance of structural members was prepared with the enforcement of the "new seismic criteria(新耐震基準)" in 1950 and studies and projects for nonstructural members were implemented from the 2000s to achieve very high seismic performance. As of 2013, the rate of performing seismic diagnosis of structural members and the percentage of seismically designed structural members were 99.3% and 88.9% and the rate of performing seismic diagnosis of nonstructural members and the percentage of seismically designed nonstructural members were 83.2% and 60.02%. In California, United States, "The Field Act" established in 1933 is a representative seismic performance related act and under the leadership of the Federal Emergency Management Agency (hereinafter, "FEMA"), efforts to secure nonstructural members'seismic performance have been made since the 2000s. As can be seen in [Figure 2], Japan and the USA that have long histories of earthquake damage and countermeasures against earthquakes commonly establish laws accompanied by budget establishment to implement seismic diagnosis and reinforcement projects quickly and in the long term. In addition, it can be seen that these countries concentrated on studies on and projects for structural members in the 1900s to first secure the seismic performance of structural members and have been pursuing integrated seismic performance of nonstructural members from the 2000s to further enhance the level of school safety. Finally, these countries are implementing systematic data development and projects through specialized institutions such as the FEMA.
2) Comparison/analysis of domestic/foreign school facility seismic performance evaluation guidelines
Guidelines for seismic performance can be largely divided into those for structural member and those for nonstructural members. Therefore, the guidelines of Japan and the USA that are the most advanced in the area of securing seismic performance will be compared/analyzed to collected basic data for the analysis of the trend of development of domestic guidelines and for studies of domestic guidelines. Domestic school facility seismic performance securing related guidelines have been developed diversely along with the "development of guidelines for school facility the Korea Education Development Institute(2011)" to achieve considerable advancement. However, since these guidelines mainly concentrate on structural members and have a limitation that they should be implemented by experts, they cannot be actively applied to the school field. In the case of Japan, rough evaluation of the seismic performance of structural members can be conducted according to the "guidelines for improvement of seismic performance of school facilities" of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology(2012) and for nonstructural members, models that enable school user to evaluate seismic performance as shown in [Figure 3] are presented. [Figure 4] is a rough structural member evaluation model in the USA that enables regional interested persons to evaluate the seismic performance of surrounding buildings through appearance examinations. To apply the Japanese and US guidelines to domestic school facilities, problems in the concretization and simplification of evaluation classes should be solved and to secure school safety in terms of earthquake-resistance, evaluation models that will enable school users to participate more actively should be developed.
3) Survey of actual states of the formation of school facilities' seismic environments
To develop seismic performance evaluation models, actual conditions of domestic school facilities' structural members and nonstructural members were surveyed. According to the results of surveys of actual conditions of individual schools in terms of defects in structural members, quite a few cracks sized 0.2~1.0mm were found in concrete pillars and walls in all of the seven schools and in particular, long cracks were found in certain sections of the first and second floors of most schools indicating that cracks made by the action of loads, etc. had been exposed for long periods of time without any particular actions. In addition, reinforcing bars were being corroded as mortar fell apart due to deterioration over time in many schools. Therefore, the evaluation models should be developed to enable reflecting such levels of defects deferentially by school. Among nonstructural members, 19 items were selected and surveyed based on FEMA E-74 "Reducing the Risks of Nonstructural Earthquake Damage—A Practical Guide" and according to the results, few nonstructural members of domestic school facilities had been reinforced for earthquake resistance. Therefore, rather than detailed evaluation of seismic reinforcement(for instance, the number of fixing nails), wide-ranged evaluation criteria for non-seismic reinforced nonstructural members were necessary. Therefore, in the present study, the states of individual items as shown in
were roughly classified into different types according to seismic performance levels based on foreign guidelines.
4) Development of school facility structural member seismic performance evaluation models
Two types of structural member evaluation models were presented. The first one, "approximation method level 1" was developed to enable adult non-experts such as teachers to investigate the widths of cracks in pillars and quickly evaluate the seismic performance classes([Figure 6]) of structures approximately calculated based on the durability reduction factor(ξ) determined according to crack widths as shown in [Figure 5]. The evaluation model at "approximation method level 2" is a more accurate evaluation model with which seismic performance classes are determined through inputs of more detailed information compared to "approximation method level 1" such as the earthquake acceleration in the evaluation target region(
) and the flexural resistance and shear resistance of pillars and walls([Figure 7]).
5) Development of school facility nonstructural member seismic performance evaluation models
Nonstructural member evaluation models presented so that evaluation models for 19 nonstructural member items can be understood by school users(teachers and students) through monitoring of criteria for reinforcement by item presented in foreign guidelines and the results of full scale model experiments of the Japan Hyogo Earthquake Engineering Research Center. As can be seen in [Figure 8], relevant numbers can be selected based on "structure fixation", "arrangement states", and "damage states" to easily calculate performance scores and classes([Figure 8]) and countermeasures can be established later referring to upper level evaluation criteria. In the present study, system air conditioners, ceiling materials(including fans and lighting fixtures), TV, and furniture that were considered to have high degrees of damage occurred utilizing existing literature were more quantitatively reviewed and according to the results, ①lamp apparatuses and lighting fixtures([Figure 9]) required urgent fixation by separate structures, and ② general storage closets except for bookshelves in libraries should be fixed at least at two places to secure seismic performance. In addition, ③system air conditioners ([Figure 10]) and TVs required reinforcement techniques that would reduce lateral shaking.
6) Development of integrated seismic performance evaluation processes through user participation and case verification
For effective application of the developed evaluation models, processes consisting of advance preparation, prior education, field survey, evaluation, and comprehensive organization/discussion were proposed as shown in [Figure 11]. Education materials intended to help basic understanding of seismic performance evaluation in the stage of prior education as shown in [Figure 12] and forms to fill out that can be easily utilized in the stages of field survey and evaluation as shown in [Figure 13] were developed. Cases were applied to user groups of first to sixth graders of elementary school by grade consisting of three students each and according to the results, cases were applicable to fourth graders of elementary school or higher graders and lower graders were considered necessary to be educated in linkage with higher graders or parents. Finally, the process of application of cases was made into videos49) so that they can be used in the process of operation of the models at the school field later.
7) Policy proposal
Based on the results of the study, the following four policies were proposed. First, improvement(proposal) of the school safety management check list. Improvement proposals were presented as shown in
so that core contents of the area of earthquake can be included in the "school safety management check list" that can be utilized on the monthly "day of safety check" systematically promoted by the Ministry of Education. Second, measures to apply seven standard proposals in the area of safety. The contents of earthquake education included in natural disasters in the 「Seven standard proposals in the area of safety」 of the Ministry of Education announced in 2015 includes only the concept of earthquakes and how to respond to earthquakes. Therefore, improvement (proposal) of the area of earthquake was presented as shown in
so that surrounding environments can be checked and prepared against earthquakes. Third, systematic support by specialized institutions as shown by [Figure 15] was presented so that the results of seismic performance evaluation can be continuously managed and organically connected to diverse facility improvement projects to enable efficient execution of national budgets as with Japan. Fourth, independent operation of the subject "Educational facility safety" in the process of teacher cultivation was proposed to improve the expertise of teachers who are the most important players in safety management in the school field by teaching diverse areas related to facilities such as earthquakes, violence, and traffic.
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