[구조공학] 대종빌딩 사례로 보는 구조 공학이야기

대종빌딩 사례로 보는 구조 공학이야기

 

서울 삼성동 대종빌딩 이야기로 사회가 떠들썩 합니다. 국민들의 안전 불감증이 더해 가고 있습니다. 건물 붕괴는 많은 인명피해를 낼 수 있기 때문에 항상 주의해야 합니다.

 

건물안전진단에 있어서 적용되는 공학은 구조역학입니다. 건물이 얼만큼의 힘을 받는지 그리고 그 힘으로 부터 견딜수 있는 구조인지를 판단하는 바탕이 된다고 할 수 있습니다.

 

 구조역학

구조물의 형태, 경계조건, 하중 조건에 의해 발생하는 부재력, 반력 등을 통하여 구조물의 변형을 규명하려 하는 학문입니다. 어떠한 구조물에 외부 힘이 가해지면 구조물 내부가 어떤 힘을 받아 어떻게 변형하는지를 역학의 일반원리를 이용하여 밝혀내는 응용역학의 한 분야입니다.

 

 

이러한 구조역학 원리를 바탕으로 시설물의 안전을 진단하여 구조물의 안전등급을 판단하게됩니다. 이번 대종빌딩은 안전진단에서 E등급으로 구분되어졌습니다. 그렇다면 재난 위험시설물 안전등급이 무엇을 의미하는지 설명드리겠습니다.

 

 

 재난 위험시설물

지방자치단체의 장은 소관 공공시설 및 민간시설에 대하여 안전점검, 안전진단 등을 실시, 재난 우려가 있는 시설 등은 재난 위험시설물로 지정, 관리하고 있습니다. 시설별 상태를 A~E급 등 5단계로 구분 평가하며, D,E 등급은 재난위험시설로 지정, 집중관리하고 있습니다.

 

A급 - 현재는 문제점이 없으나 정기점검이 필요한 상태

      → 안전시설

B급 - 경미한 손상의 양호한 상태

      → 간단한 보수정비 필요

C급 - 보조부재에 손상이 있는 보통의 상태

      → 조속한 보강 또는 일부시설 대체 필요 

D급 - 주요부재에 진전된 노후화로 인한 구조적 결함상태

      → 긴급한 보수, 보강 및 사용제한여부 판단 필요

E급 - 주요부재에 심각한 노후화 또는 단면손실이 발생하였거나안전성에 위험이 있는 상태 → 시설물 사용금지 및 개축 필요

 

삼성동 대종빌딩은 중앙 기둥에 철골 구조물이 드러나고 바닥이 갈라져 있었으며 긴급 점검 결과 안전진단 최하 등급인 E등급으로 추정되어 입주자들을 모두 퇴거시켰습니다. 그렇다면 대종빌딩에 나타난 철골 구조물과 갈라짐이 무엇을 의미하는지 알아보겠습니다.

 

 

 철근콘크리트

콘크리트의 양방향으로 늘어나려는 힘의 약점을 철근으로 보완한 구조로, 내구성이나 내화, 내진의 성능은 좋습니다만 강도에 비해서 자중이 커 중, 고층의 건물에서는 그 자중을 지지하기 위해 아래층의 보나 기둥의 단면이 커야 하는 문제점이 있습니다.

 

 

일반적으로 5, 6층 정도의 구조물은 주로 철근콘크리트 구조이며, 그 이상의 층수 건물이 되면 중량에 대해서 강도가 높은 철골을 주체구조재로써 사용하고 화재시의 철골의 강도저하를 보완하는 의미에서 그 주위를 철근콘크리트로 감싸는 형식의 구조로하여 고층건축에서는 철골철근콘크리트 구조로 할때가 많습니다.

 

대종빌딩도 철골을 주구조재로써 사용하고 주변을 철근으로 감싸는 형식의 기둥으로 시공했을 가능성이 높습니다. 하지만 지금 나온 문제점은 철골철근을 감싸고 있던 콘크리트가 떨어져나가면서 철근이 외부로 드러나게 되었고 철근 또한 길이가 일정치 않게 시공되어 구조물을 제대로 지탱할 수 없다는 진단이 나오고 있습니다. 이는 부실시공의 가능성을 제기할 수 있는 만큼 정밀진단이 꼭 필요하다고 볼 수 있습니다.

 

 

 콘크리트 균열

철근 콘크리트의  표면에 미세한 균열(0.1mm ~ 0.3mm크기)이 어느 정도 있는 경우라면 우려할 정도의 균열은 아니니 걱정은 안해도 됩니다. 콘크리트는 재료의 특성상 균열이 발생할 수 밖에 없는 재료입니다. 콘크리트에 포함된 수분이 마르거나 혹은 자중에 의해 침하되는 등 표면에 필연적으로 균열이 발생할 수 있습니다.

 

 

그러나 구조물의 균열이 손가락이 들어갈만큼 너무 크거나 잔금이 너무 많다면 문제가 됩니다. 대종빌딩 경우처럼 균열이 깊숙히 들어가서 내부의 철근이 노출되는 경우라면 꽤 심각한 문제라고 할 수 있습니다.

 

만약 기둥에 가로방향 균열이 보일경우에는 그 즉시 대피해야 합니다. 이는 콘크리트 압축에 따른 압축파괴로써 붕괴의 징조입니다.

 

건물 붕괴에는 부실시공, 외적 하중에 의한 영향 등 다양한 원인이 있을 수 있습니다. 무엇이 되었건 사람의 생명과 관련된 것에 대해서는 철저한 점검과 대책이 마련되어야 합니다. 작은 것에 대한 무시로 큰 인재를 나을 수 있다는 사실 절대 잊어서는 안될 것입니다.