내진설계를 위한 근사해석법

건물의 구조설계 과정을 3단계로 나누어보면 다음과 같다.

1. 구조적 해(solution)를 선정하고 주요 부재들의 단면을 평가하는 일

2. 응력과 변형을 상세히 평가하는 일

3. 결과를 총체적으로 검토하는 일

컴퓨터를 이용한 해석은 2단계에 적용하기 적합한 반면에 우리가 다루고자 하는 근사해법은 1단계와 3단계에 필수적으로 쓰이게 된다. 이와 같은 이유로 구조설계에 있어 근사해법은 매우 중요한 기법이다.

본서는 다층 건물 및 이와 유사한 형태의 구조물을 설계할 때 야기되는 가장 어려운 문제들을 다루고 있다. 즉, 지진이나 바람과 같은 횡력의 영향을 주로 서술한다. 사실 횡력에 안정적으로 저항할 수 있는 구조물은 자연히 수직하중에도 안정적이며, 가령 문제가 발생한다 해도 그 피해가 국부적이다.

불행히도 근사해법이란 어떤 것을 지칭하는지 그 정의를 명확히 내리기가 대단히 힘들다. 근사해법과 반대되는 개념의 '정밀해법' 또는 '정확한 해법'도 명쾌한 정의를 내리기 쉽지 않다. 이 기법도 해석을 단순화하기 위해 몇 가지 가정을 하고 수행하기 때문이다. 그러므로 근사해법을 다소 애매하게 정의하더라도 이를 수용해야 한다.

본서에서 근사해법이란 일반적으로 적용하는 설계기법보다 훨씬 짧은 시간에 응력과 변형을 평가할 수 있는 방법이라고 정의하며 두 가지 형태로 나눈다. 첫째는 치환 구조물을 이용해서 주어진 구조물의 응력과 변형을 결정하는 방법, 둘째는 지진계수나 전체 벽량 등과 같은 매개변수를 이용하는 방법이다. 유한요소법과 같은 전산해석의 출현으로 인해 기존의 근사해법의 타당성이 재평가되었으며 이 방법이 적용되는 범위도 크게 확장되었고 그 한계도 분명해졌다.

본서는 실무 엔지니어 초년생들과 학부생들을 주요 대상으로 집필되었으며 고층건물설계를 논의하는 과목의 교재로도 쓰일 수 있다.

1. 다층 건물 골조

2. 내력벽 구조물

3. 이중골조 시스템 (내력벽과 골조)

4. 입체 구조물

5. 말뚝 기초와 옹벽

6. 내진설계: 기본 개념, 근사적 접근법

7. 기존 건물의 내진 평가

부록 A 구조동력학: 주요 공식

부록 B 유한요소기법

부록 C 구조적 강성 평가법

Adrian S. Scarlat 저자 ADRIAN S. SCARLAT는 이스라엘 지진공학회 회장

이스라엘 테크니온 공대교수

A. Scarlat and N. Satchi 연구소 소장