글·사진 / 박문재(국립산림과학원 목재성능과)

일본 고베(1995년)나 중국 쓰촨 성(2008년)에 강진이 발생하여 수많은 피해가 발생하였다는 소식을 접하면서,
우리나라도 지진에 예외적인 지대가 아니라는 인식이 확산되고 있다. 2005년부터 3층 이상 또는 연면적 1천㎡ 이상의
건축물에 대한 내진설계가 건축법상 의무화되는 등 내진기준이 크게 강화되었다.


우리나라에서 목조주택은 단독주택뿐 아니라 도심 인근의 단지형 주택 또는 타운하우스 등으로 규모화하고 있다.
목조주택의 시공 건수와 규모도 확대되고 있으며, 조만간 4층규모의 공동주택까지 지어질 전망이다. 나아가 대단면
구조재와 구조용 집성재 등을 활용한 대규모 상업용 건축물이 들어서기 시작하여 한옥 호텔과 골프클럽하우스 등으로
시공되고 있다. 이미 시공되어 가동중인 목조 롤러코스터를 비롯하여 목구조 돔구장 등 초대형 레포츠시설을
시공하려는 움직임도 감지되고 있다. 국토해양부 등 관련 부처에서는 전통목조건축의 현대화를 전제로 전통과 현대를
융합하는 목조건축의 보급에 박차를 가하고 있어 목조건축의 내진성능에 대한 관심도 높아가고 있다.
지진학자들은 전 지구적으로 최근 발생한 수많은 지진 사례조사와 이론적 고찰, 대규모의 실험을 통하여 건축물의
지진 응답에 영향하는 파라미터를 구명하였다. 이 파라미터는 건축물이 시공된 대지에서 지반 이동 특징과 건축물의
동적 특성, 건축물의 강성과 강도, 연성으로 기술되는 변형 특성에 의하여 결정된다. 목조건축은 건축물의 구조에
의하여 결정되는 두 가지 파라미터, 즉 건축물의 동적 특성과 변형 특성에 의하여 내진성능이 우수한 건축물로 입증되었다.
또한 목조건축은 목재의 우수한 진동감쇠와 가벼운 구조체로 인하여 지진발생시 피해가 가장 적게 발생하게 된다.
본인이 참관한 바 있는 중국 상하이 동지대학과 일본 쓰쿠바 토목연구소에서 수행된 실제 규모의 3층 목조건축에 대한
진동 시험을 통하여서도 목조건축의 내진성능이 우수함이 입증되었기에 이러한 특성을 2009년에 개정될 건축구조기준
(KBC 2009)의 내진설계 규정에 반영하여 가는 중이다.


목조건축이 지진하중에 견디는 내력성능

지난 수십 년간 세계에서 발생한 지진 피해를 조사한 결과, 지진학자들은 건축물의 거동이 측정된 최대 지표면가속도
(중력가속도, g에 대한 비율로 나타냄)와 관련된다는 사실을 발견하였다. 지진피해 조사결과 대부분의 목조건축물은
강진에서 나타나는 최대 지표면가속도 0.6g 이상에 노출된 경우에도, 지진의 진동에 의하여 심한 구조적 피해나 붕괴가
발생하지 않았으며 사상자도 거의 발생하지 않았다.
더욱이 내진설계가 잘 된 현대식 목조건축물은 이러한 지진 진동에 대하여 육안으로 관찰되는 어떠한 피해도 발생하지
않을 정도로 우수한 내진성능을 나타내었다. 목조건축물도 드물게는 부적합한 시공사례가 있었는데, 이 경우 목조건축물도
피해발생으로부터 예외가 될 수 없었다. 목조건축물이 지진 피해를 입은 원인을 살펴보면, 설치한 수평 가새가 부족하거나
연약 1층구조, 부적합한 기초와의 접합, 발생한 지반 운동이 시공 당시의 건축법 규정을 초과한 경우 등에 기인한 것을
확인할 수 있었다.


목조건축 구조요소의 특징

일반적인 현대식 경골 목조건축은 콘크리트 기초로 시공되며, 기초 위에 장선과 덮개를 사용하여 플랫폼이 형성되면서
1층의 바닥구조가 완성된다. 이 플랫폼은 기초에 앵커볼트로 고정되며, 이 위에 설치하는 벽체는 토대와 스터드, 덮개로
시공하여 일체화시킨다. 지붕구조는 벽체의 위깔도리 위에 접합되며, 서까래나 지붕트러스 위에 덮개를 시공한다. 다층
목조 공동주택도 기본적으로 동일한 패턴을 따르며, 내진설계 규정과 상세에 적합하게 시공하여 내진성능을 충분히 확보할
수 있다.
기둥-보 방식의 목조건축물은 기본적으로 주춧돌이나 기초 위에 기둥을 세우고 기둥과 기둥 사이를 수평부재인 보로 접합한
구조로서 적절한 구조형식을 통하여 내진성능을 확보할 수 있다. 국내의 기둥-보 방식 전통 목조건축물은 외국과 비교할 때
매우 독특한 구조형식을 보유하고 있기 때문에, 이들 건축물에 대한 내진성능 평가와 함께 체계적인 내진설계 기준 연구가
필수적이다. 국립산림과학원에서는 목조건축물의 내진성능에 대한 연구를 지속적으로 수행하면서 설계기준 개발을 위한
데이터베이스를 구축해 나갈 계획이다.


목조건축물의 지진 피해 조사 결과

진도 M8.4의 알래스카 지진(1964년)은 20세기 북미에서 발생한 가장 큰 지진의 하나로, 앵커리지의 인구밀집지역에서 대규모
지반 진동을 발생시켰다. 지반 침하와 대규모 수평 및 수직의 지반 변위가 동시에 발생하여, 기초와 기초 상부의 구조물에
극심한 피해를 입혔으며, 수많은 건축물이 붕괴되고 많은 주민이 사망하였다. 목조건축물은 붕괴된 경사지에서 미끄러져
내려가거나 대규모 지반 운동에 노출된 경우에도 구조완전성을 유지하는 특징을 보여 주었다.
캘리포니아 주 샌페르난도 지진(1971년)은 진도 M6.7로서 LA 북쪽의 부도심에서 발생하여 많은 단독주택과 아울러 병원,
상업용 건축물에 피해가 발생하였고, 64명의 사망자를 냈다. 보강되지 않은 조적식 4~5층의 군인병원이 붕괴되어 46명의
사망자가 발생했다. 기록된 최대 지표면가속도를 기준으로 그린 등고선에 따르면 최대 지표면가속도 0.6g 이상이었던
샌페르난도의 주거지역에서 많은 피해가 발생하였다.
그러나 현대식 목조주택은 성능이 그대로 유지되었으며, 특히 생명 안전 기준이 적용될 때 더욱 그러하였다. 목조주택은
지붕무게가 가볍고 내진구조가 대체로 반영된 구조로 시공되고 있어 지진에 가장 안전한 것으로 판단되었다.
일본 한신 고베 지진(1995년)은 근래에 가장 큰 피해를 본 지진 중 하나로서, 피해액 1조 US$와 6,000여 명의 사망자가
발생하는 기록을 수립하였다. 리히터 지진계로 규모 M6.8이었다. 최대 지표면가속도는 인구 밀집지역에서 0.8g로 기록되었으며,
남부 고베 등의 지역에서 0.6g의 최대 지표면가속도를 기록하였다. 이 지역은 이 정도 규모의 지진을 예상치 못하였기 때문에,
지진에 대한 준비가 미흡한 채로 건축물이 설계 시공되었다.
광범위한 피해가 발생한 가운데서도, 많은 신축 건축물은 지진 피해 없이 그대로 보전되어 육안으로 피해상황을 확인할 수
없는 경우가 많았다. 이들 건축물에는 대부분 철골 구조로 지은 고층 건축물과 아울러 2, 3층의 현대식 목조건축물도 포함되어
있었다. 이 지역 목조건축물 중 피해가 가장 컸던 것은 제2차 세계대전을 전후하여 시공된 건축물이었다. 최대 지표면가속도