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1 연구보고서 51 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안 Earthquake Disaster Mitigation and Management in Korea: Current Status and Suggestions for Future Improvement 2008 연구책임자 연 구 원 : 윤 정 방 (KAIST) : 김 동 수 (KAIST) 변 지 석 (삼성지구환경연구소) 신 수 봉 (인하대학교) 신 진 수 (한국지질자원연구원) 이 철 호 (서울대학교) 현 창 헌 (한국원자력안전기술원) 연 구 조 원 : 김 재 천 (인하대학교) 자 문 위 원 : 김 용 석 (목포대학교) 김 재 관 (서울대학교) 김 준 경 (세명대학교) 이 도 형 (배재대학교) 이 재 훈 (영남대학교)

2 제1장 서론 1 1. 연구목표 1 2. 연구내용 1 3. 연구의 배경 및 필요성 2 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 8 1. 국내 주요 지진재해 오대산 지진재해 울진 해역 지진재해 백령도 해역 지진재해 홍도 해역 지진재해 경주 해역 지진재해 영월 지진재해 울진 해역 지진재해 포항 해역 지진재해 의주 지진재해 홍성 지진재해 속리산 지진재해 한반도 역사지진의 피해 한반도에 발생한 역사지진 (2~1904년) 한반도에 발생한 역사지진 (1905년~현재) 해외 주요 지진재해 중국 쓰촨성 지진재해 일본 니가타 지진재해 일본 노토 지진재해 24

3 3.4 인도네시아 수마트라 지진재해 대만 지진재해 인도네시아 자바 지진재해 일본 후쿠오카 지진재해 인도네시아 수마트라 지진재해 일본 니가타 지진재해 대만 치치 지진재해 일본 고베 지진재해 미국 노스릿지 지진재해 미국 로마 피에르타 지진재해 멕시코 지진재해 미국 엘 센트로 지진재해 35 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 지진 관측 통보 관측망 및 지진조기경보 시스템 지진관측망 현황 각 기관별 지진관측 목적 및 관측망 구성 국내 지진관측망 구축 현황 국가 통합지진관측망(KISS) 운영방안 지진계 설치 위치 개선방안 지진조기경보시스템 구축방안 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영방안 전국 지반 가속도 관측망 현황 구조물 가속도응답 계측기 설치 방안 지진위험도 평가 및 개선 방안 지진위험도 평가 필요성 해외 지진위험도 평가 정책 방향 48

4 3.2.1 미국 일본 지진위험도 평가 개선 방안 지진위험도 평가 방법론 지진위험도 평가 입력 자료 개선 방안 지진위험도 평가 범위 방안 51 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 성능기반내진설계 현행 국내 내진설계법의 문제점 및 개정방향 성능기반내진설계 도입의 필요성 성능기반내진설계 동향 성능기반내진설계 절차 제언 건축물 내진설계기준의 검토 및 개선방안 내진설계기준 검토 지진하중 콘크리트구조 강구조 제언 건축물의 성능기반내진설계 및 제도적 개선사항 건축물의 성능기반내진설계 제도적 개선사항 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 교량 내진설계기준 현황 및 문제점 교량 내진설계기준 현황 국내의 내진설계기준의 문제점 72

5 3.2 교량 내진설계기준의 단기적 개선방안 교량 내진설계기준의 단기적 개선 방향 교량 내진설계기준의 구체적인 단기적 개선 방안 교량 내진설계기준의 장기적 개선방안 교량의 성능기반내진설계의 배경 성능기반설계를 위한 해석절차 및 문제점 국내 성능기반설계 개발 방향 법규와 제도의 문제점 및 개선방안 설계와 시공의 기술감사 제도 문제 설계와 시공의 법적 처벌 문제 설계비와 기술료의 불합리성 문제 법규와 제도의 개선방안 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 국내외 내진설계기준 우리나라의 내진설계기준 미국의 내진설계기준 성능기반 내진설계 현황 및 최근 동향 내진등급 분류 및 내진설계기준 성능기반 내진설계 최근동향 일반시설 성능기반 내진설계 방법의 적용성 지진재해 대비 조치 지진계측설비 및 원전부지 지진 감시 지진발생에 대비한 대책 지진대응훈련 문제점 및 개선방안 원자력 관련 법규와 지진재해대책법의 내진설계 규정간의 상관관계 설계지진 결정방법 개선 지진발생시 운전정지 기준 및 후속조치 개선 운전원 지진비상대응 훈련 강화 100

6 5. 지반 내진설계기준 검토 및 개선 방안 역사지진 기록의 재평가 지반분류 및 응답스펙트럼의 재산정 성능기반 내진설계 기준 정립의 필요성 지진계측 시스템의 개선 110 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 지진재해 저감활동 지진예측 조기경보 시스템 내진설계 지진대응 시스템 해외 지진재해 저감활동 미국 HAZUS 사례 HAZUS 개요 HAZUS의 구성모듈 HAZUS의 지진피해평가 절차 일본 DIS 사례 DIS 개요 DIS의 구성 DIS의 피해 조기평가 시스템 DIS의 응급대책 지원시스템 국내 지진재해 저감활동 지진재해 신속대응시스템 기본 개념 구성요소 127

7 3.1.3 지진피해 예측방법 DB 구축현황 향후 계획 지진재해대책법 지진재해 비상대응계획 지진재해 비상대응계획의 필요성 지진재해 비상대응계획의 구성요소 지진재해의 시기별 대응개념 지진재해의 지역별 대응개념 지진에 관한 관측, 정보 수집 및 전달 지진재해 비상대응조직 지진재해의 구체적 대응 방안 137 제6장 요약 및 제언 연구의 배경 및 필요성 연구의 목표 및 주요 내용 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선 방안 내진설계기준 검토 및 개선 방안 성능기반내진설계 건축물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 지반 및 지중구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 143 참 고 문 헌 144

8 표 목 차 <표 II-1.1> 국내 지진 피해사례 9 <표 II-1.2> 오대산 지진 피해 내용 (기상청) 10 <표 II-1.3> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 11 <표 II-1.4> 백령도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 11 <표 II-1.5> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 12 <표 II-1.6> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 12 <표 II-1.7> 경주 해역 지진 피해 내용 (기상청) 13 <표 II-1.8> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 13 <표 II-1.9> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 14 <표 II-1.10> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 14 <표 II-1.11> 의주 지진 피해 내용 (기상청) 15 <표 II-1.12> 홍성 지진 피해 내용 (기상청) 15 <표 II-1.13> 속리산 지진 피해 내용 (기상청) 16 <표 II-2.1> 한반도 발생 역사지진의 규모 (2~1904년 사이) 18 <표 II-3.1> 해외 지진 피해사례 20 <표 II-3.2> 중국 쓰촨성 지진 피해 내용 22 <표 II-3.3> 일본 니가타 지진 피해 내용 23 <표 II-3.4> 일본 노토 지진 피해 내용 24 <표 II-3.5> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 25 <표 II-3.6> 대만 지진 피해 내용 25 <표 II-3.7> 인도네시아 자바 지진 피해 내용 26 <표 II-3.8> 일본 후쿠오카 지진 피해 내용 27 <표 II-3.9> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 28 <표 II-3.10> 일본 니가타 지진 피해 내용 29 <표 II-3.11> 대만 지지 지진 피해 내용 30 <표 II-3.12> 일본 고베 대지진 피해 내용 31 <표 II-3.13> 미국 노스릿지 지진 피해 내용 32 <표 II-3.14> 미국 로마 피에르타 지진 피해 내용 33

9 <표 II-3.15> 멕시코 지진 피해 내용 34 <표 II-3.16> 미국 엘 센트로 지진 피해 내용 35 <표 III-2.1> 가속도센서와 기록시스템 표준화 사양 (안) 47 <표 IV-2.1> 지진구역계수 (재현기간 476년에 해당) 59 <표 IV-2.2> 지진구역계수 (재현기간 500년에 해당) 60 <표 IV-2.3> 위험도계수 60 <표 IV-2.4> 단주기 설계스펙트럼 가속도 61 <표 IV-2.5> 단주기 설계스펙트럼 가속도 61 <표 IV-2.6> 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 의 내진관련 주요 개정 내용 63 <표 IV-2.7> 건축법시행령 에 나타난 내진설계 대상 64 <표 IV-3.1> 지진구역계수 (재현주기 500년에 해당) 69 <표 IV-3.2> 위험도계수 70 <표 IV-3.3> 도로교의 내진등급과 설계지진 70 <표 IV-3.4> 응답수정계수 R 71 <표 IV-4.1> 국내 원전부지별 설계지진값(최대지반가속도) 결정 85 <표 IV-4.2> 방사선 비상등급별 대응조치 98 <표 IV-5.1> 국내 지반분류 방법 106 <표 IV-5.2> 지반종류별 평균 기반암 깊이, 전단파속도 및 지반의 고유주기 비교 107 <표 V-3.1> DB 구축현황 129

10 그 림 목 차 <그림 I-3.1> 판의 충돌에 의한 지진 발생 양상 2 <그림 I-3.2> 지진발생 회수의 분석 (소방방재청 2005) 3 <그림 I-3.3> 지진방재 종합대책 체계 (소방방재청 2005) 5 <그림 I-3.4> IT기반 지진대응 시스템 개념도 (김재관 2005) 6 <그림 I-3.5> IT 기반 모니터링 시스템 개념도 6 <그림 I-3.6> 지진피해 평가 및 대응 프로그램 (FEMA) 7 <그림 I-3.7> 지진피해 관련 R&D 및 실험인프라 (KOCED) 7 <그림 II-1.1> 한반도 역대 주요 지진 진도표 10 <그림 II-2.1> 한반도에서 발생한 역사지진 (2~1904년 사이) 17 <그림 II-2.2> 한반도에서 발생한 역사지진 (1905~현재) 18 <그림 II-2.3> 삼국사기에 있는 역사지진 기록 19 <그림 III-1.1> 지진관측망 구축 개념도 38 <그림 III-1.2> 국내 속도계 지진관측소 분포도 39 <그림 III-2.1> 국내 지반 가속도 계측을 위한 가속도 관측소 분포 45 <그림 IV-2.1> 표준 설계응답스펙트럼(5% 감쇠비) 60 <그림 IV-2.2> 표준 설계응답스펙트럼 62 <그림 IV-4.1> 표준설계지반응답스펙트럼(최대수평지반가속도 1g에 맞춘 응답스펙트럼) 85 <그림 IV-4.2> 원전의 내진안전성 확보 절차 87 <그림 IV-4.3> 원전의 내진설계 절차 88 <그림 IV-4.4> 지진발생시 원전 대응절차 98 <그림 IV-5.1> 재현주기별 국내 지진위험도 분포도 101 <그림 IV-5.2> 경주지역 전단파속도 주상도 지도 및 단주기 영역 증폭계수 103 <그림 IV-5.3> 지반 증폭 현상 105 <그림 IV-5.4> ROSRINE 현장 지반의 전단파속도 주상도 107 <그림 IV-5.5> 국내 지반과 ROSRINE 현장 지반의 고유주기 비교 107 <그림 IV-5.6> 지진응답해석 결과와 설계응답스펙트럼과의 비교 109

11 <그림 IV-5.7> 국내 대표 기관의 지진 관측소 현황 111 <그림 IV-5.8> 인천 국제공항 Downhole Seismic Array 관측소 111 <그림 V-1.1> 지진조기경보 시스템 개요 116 <그림 V-1.2> 일본의 지진경보계 설치현황 116 <그림 V-2.1> HAZUS의 분석단계별 모듈 123 <그림 V-2.2> DIS의 구성 흐름도 125 <그림 V-3.1> 지진재해 신속대응시스템의 개념 128 <그림 V-3.2> 지능형 지진재해 대응시스템 130 <그림 V-3.3> 피해예측 모델 고도화 130 <그림 V-3.4> 2차 피해 및 핵심시설 피해예측 131

12 요 약 문 이 연구의 목적은 우리나라에서의 지진재해 저감 및 관리 대책의 현황과 문제점을 분석하고, 이에 대한 개선 방안을 제시하는 것이다. 이를 위해 연구는 다음 사항들을 중심으로 진행하였다. 국내외 주요 지진재해의 분석 지진관측 시스템, 지진 위험도평가 및 조기경보 시스템 - 지진 관측망 및 조기경보 시스템 - 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영 - 지진 위험도 평가 내진설계 기술 및 기준 - 성능기반 내진설계 기술 및 기준 - 시설물별의 내진 설계기준 : 건축물, 교량, 원전구조물, 지반 지 중구조물 지진재해 관련 제도적 사항 - 지진재해 관련 법적/제도적 문제점 - 법적/제도적 개선 사항 지진재해 저감 및 관리 - 지진재해 저감 및 관리 기술 - 해외 지진재해 저감 및 관리 활동 - 국내 지진재해 저감 및 관리 활동 - 지진재해 비상대응대책 i

13 Abstract This study is to review the current status of the earthquake disaster mitigation and management methodologies and policy in Korea and to develop suggestions for future improvement. The following items have been studied and reported. Review of recent major earthquake disasters in Korea and abroad. Earthquake observation, hazard assessment, and early warning systems - Network for earthquake observation and early warning system - Construction and management of earthquake accelerometer observation facilities - Assessment methods for seismic hazard Seismic design methodologies and codes - Performance-based seismic design methodologies - Current seismic design codes : buildings, bridges, nuclear power plant, and foundation Institutional issues for earthquake disasters - Earthquake disaster related legal/institutional issues - Improvement of legal/institutional issues Earthquake disaster mitigation and management - Earthquake disaster mitigation and management methodologies - Earthquake disaster mitigation activities in foreign countries - Earthquake disaster mitigation activities in Korea - Emergency action plans against earthquake disaster ii

14 서 론 1장 1. 연구목표 이 연구의 목표는 우리나라에서 발생 가능성이 증가하고 있는 지진으로 인한 재해의 저감 및 관리대책의 현황 및 문제점을 분석하고, 이에 대한 개선 방안 을 제시하고자 하는 것이다. 2. 연구내용 이 보고서에서 다루는 연구의 내용은 지진재해와 관련하여 국내에서 현재 준 비되고 있는 현황을 검토하고 아래 사항들에 대한 개선 및 보완 방안을 제시하 는 것이다. 그리고 개선 및 보완 방안을 정리하여 차후 국가와 학계가 준비하 고 연구하여야 할 기본적인 사항들과 방향에 대해 제언을 하는 것이다. 지진재해 저감 및 대응 대책 방안 검토 - 국내외에서 진행된 지진재해 저감을 위한 연구와 적용방안 등을 검토 - 지진피해 예측 및 위험성 평가 프로그램의 개발 - 지진재해 네트워크에 의한 예측 방안 검토 - 지진재해 구난 및 대응 대처 방안 제시 국내외 주요 지진재해 자료의 검토 지진재해 관리시스템 개선 방안 제1장 서 론 1

15 - 지진 관측 및 통보와 관련된 경보 시스템 현황 - 지진위험도 평가방법의 개선 방안 제시 내진설계기준 검토 및 개선 방안 - 시설물별(교량, 건축물, 원자력구조물, 지반 등)의 내진설계기준 검토 - 성능기반 내진설계기준 정립으로의 필요성 및 타당성 검토 및 제시 지진재해 관련 제도적 보완 방안 - 내진설계기준을 중심으로 지진재해 관련 법적/제도적 문제점 검토 - 법적/제도적 개선 사항 제시 3. 연구의 배경 및 필요성 최근 중국 쓰촨성 지진을 포함하여 세계 곳곳에서 대규모 지진피해가 발생하 고 있다. 이러한 지진의 피해는 태풍, 호우 등 풍수해와는 달리 사전 예측이 불 가능하며, 피해가 광범위한 지역에 걸쳐 발생하고 있다. 그러나 우리나라는 <그 림 I-3.1>과 같이 중국, 러시아, 영국 등을 포함하는 유라시아판의 동쪽 가장자 리 내륙에 속하고 있어 지진 안전지대라는 사회적 통념이 보편적으로 퍼져 있 기 때문에 지진피해의 심각성과 이를 방지하기 위한 지진방재에 대한 인식, 사 회적 시스템, 제도적 보완이 제대로 이루어져 오지 못하였다. 유라시아판 필리핀판 태평양판 인도판 <그림 I-3.1> 판의 충돌에 의한 지진 발생 양상 2 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

16 <그림 I-3.2>에서 보듯이 비록 국내와 인접국가에서 국내에 영향을 미치는 지진의 발생빈도가 최근 증가하고 있기는 하지만, 일반 국민이 느낄 수 있는 유감지진의 횟수는 크게 변하지 않고 있기 때문에 이러한 사회적 통념이 크게 변화하지 않는 요인이 되고 있음을 알 수 있다. 그러나 2005년 3월 20일 일본 후쿠오카 북서쪽 해역에서 규모 7.0의 지진이 발생하였으며, 그 진동이 부산, 울산 등 우리나라 일부 지역에 진도 Ⅲ Ⅴ 정도로 감지되어 다수의 국민들을 불안하게 하였다. 특히 후쿠오카 지역은 일본 내에서도 판의 경계에서 약간 떨 어져 있어 수백년간 중소규모의 지진만 발생하는 등 우리나라와 비슷한 지진발 생 경향을 보이던 곳이었는데도 불구하고 규모 7.0의 지진이 발생하였다. 따라 서 이와 비슷한 여건인 우리나라에서도 대규모 지진발생 가능성이 있음을 예시 한 지진이라는 의견이 크게 대두되고 있다. <그림 I-3.2> 지진발생 회수의 분석 (소방방재청 2005) 또한 최근 한반도 부근에서 발생한 대형인명피해를 수반한 대규모 지진들은 우리의 지진방재체제를 되짚어보게 하고 있으며, 우리나라 동남쪽 인근지역에 서 지진이 발생하여 동해안 및 남해안도 지진해일피해 위험지역이 될 수 있어 내륙지역뿐만 아니라 해안지역도 더 이상 지진안전지대가 아니라는 전문가들의 인식 확산되고 있다. 따라서 일본, 미국, 대만, 중국 등과 같이 큰 규모의 지진 이 자주 발생하는 지역이라기보다는, 중 소규모의 판내부 지진이 발생하는 매 카니즘적 특성을 가지고 있는 지역인 우리나라의 특성에 맞는 차별성 있는 지 진재해 방지대책의 수립이 필요하다. 우리나라에서는 미국의 내진설계 기준에 따라 설계된 원자력발전소가 1972년 제1장 서 론 3

17 에 건설되기 시작한 이래 건축물의 내진설계 규정이 마련된 1988년에 이르러 본격적으로 시설물에 대한 내진설계가 실시되고 있다. 그러나 우리나라 지진재 해 방재를 위한 대책은 재난관련 법률에서 지진방재대책 업무와 제도의 개선을 중심으로 부분적으로 다루어 왔다. 대표적인 법률은 재난 및 안전관리기본 법 ( )과 자연재해대책법 이다. 그리고 이들 법률에 제한적으로 규 정되었던 지진방재 관련 내용을 보완하여 별도의 대책법으로 지진재해대책 법 ( 제정 법률 제9001호)이 공포되었다. 재난 및 안전관리기본법 ( )은 고베지진 이후 개정 및 법제화된 것으 로, 그 내용은 자연재해, 인적재난, 사회적재난으로부터 국민의 생명과 재산을 보호 하기 위한 재난관련 기본법이다. 안전관리기구 및 기능, 안전관리계획, 재난의 예방, 응급대책, 긴급구조, 특별재난지역 선포 및 복구, 재정 및 보상 등의 관련사항을 규 정하고 있다. 그러나 지진관련사항은 지진재해경감대책, 내진설계기준 설정, 지진관 측의 통지 등 3개 조항에 제한되었다. 이에 비해 자연재해대책법 은 자연재해 (태풍, 홍수, 호우, 폭풍, 해일, 폭설, 가뭄, 지진, 적조) 등 자연현상으로 인한 재난 으로부터 국민의 생명 신체 및 재산과 주요 기간시설 보호를 위한 자연재해관련 대 책법률로 자연재해 예방을 위한 사전재해영향성 검토하며, 자연재해 위험지구지정 정비, 비상대처계획 수립 등 재해원인별 예방관련 사항과 재해발생 후 복구 및 그 밖의 대책관련 사항을 규정하고 있다. 그리고 이들 법규들을 바탕으로 2005년 5월 지진방재종합개선기획단을 발족하여 지진재해대책법 으로 최근 정비가 되었다. 지진재해대책법 ( )은 자연재해대책법 의 한 분야로 제정되었 으며, 기존 자연재해대책법 3장의 지진관련 조항을 삭제하고 이를 지진 재해대책법 으로 대체한 것이다. 주요 내용으로 다음 사항들을 포함하고 있다. 지진재해경감을 위한 국가와 재난관리책임기관의 책무 지진 및 지진해일 관측망 종합계획과 관측시설 표준화 주요시설물 지진거동 특성 계측 지진관측기관협의회 구성 지진해일위험지도 제작 활용 지진위험지도 제작 활용 지질 지반조사 자료 축적 및 관리 기존시설물 내진보강기본계획 수립 및 내진보강 추진 자연재난 안전대책본부와 종합상황실 내진대책 4 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

18 지진재해대응체계 구축 지진재해 원인조사 및 피해조사단 구성 운영 피해시설물 위험도 평가 지진재해경감 연구 및 기술 개발 활성단층 조사 연구 및 활성단층 지도 작성 지진재해대응시스템 구축 운영 <그림 I-3.3> 지진방재 종합대책 체계 (소방방재청 2005) <그림 I-3.3>은 이러한 지진방재대책의 개념적 체계를 나타낸 것으로 크게 제도 정비 예방 및 대비 대응 및 복구 로 구분하여 종합적으로 지진이 발생할 경우를 대비한 방재체계를 구축하고자 한 것이다. 그러나 2008년 3월에 공포된 지진재해대책법 도 법에 의해 지진과 지진해 일로 인한 재해를 방지하기 위한 관측, 예방, 대비 및 대응, 연구 및 기술개발 등의 필요한 사항들을 나열하고 있지만, 지진 및 지진해일로 인해 발생할 수 있는 재난을 방지하기 위한 구체적인 세부사항들은 아직 제대로 정비되지 못한 실태이다. 그리고 빠르게 변하고 있는 기술의 발전과 미래 지향적인 방재체계 의 구축에 대한 비전을 제시하는 데에는 아직 부족함이 있는 것으로 보인다. 지진재해 방재대책은 개별적인 연구 보다는 국가적 차원에서의 관리가 필요 한 분야로서, 지진으로 초래될 수 있는 물리적 피해 및 사회경제적 피해 등을 총체적으로 고려하여 피해를 최소화할 수 있도록 되어야 한다. 이를 위하여서 는 다음과 같은 정부차원의 다각도 관리 및 노력이 필요하다. 제1장 서 론 5

19 <그림 I-3.4>과 <그림 I-3.5>에 제시된 것과 같은 IT기술과의 융합을 통한 지진대응 시스템을 개발 <그림 I-3.6>과 같은 주요 국가시설망과 인구밀집 지역등과 같이 피해의 영향 혹은 피해액이 클 것으로 예상되는 지역에 대해 우선적으로 시나리 오에 따른 지진피해 평가법 및 대응 방안을 개발 <그림 I-3.7>과 같은 관련되는 R&D의 개발과 실험인프라를 구축 IT Intelligent 지진 대응 시스템 IT 관측망 (가속도계) 계 ) 지진피해평가시스템 IT Intelligent 대응 조치 결정/조정 시스템 (AI) 지진규모 발생위치 지진세기분포 명령 전달 IT 실시간 IT 감시망 2차피해발생 구조진행상황 피해복구상황 경보 대피 구조 복구 IT <그림 I-3.4> IT기반 지진대응 시스템 개념도 (김재관 2005) Elasto-magnetic Sensor Sensors on Tower (e.g., anemometer, accelerometer, thermometers, etc.) Wireless Sensors on Cable (e.g., accelerom eter s, cable stress sensor, AE sensor, etc.) Smart Damper GPS Sensor Imaging Sensors (e.g., video camera) Advanced Sensors (e.g., laser vibrometer, vidoegrammetry sensor) Active Structural Control Devi ce Damper for Cable Vibration Control Fiber Optic Sensor Weight-In-Motion (WIM) Sensor Sensor Networks on Bridge Deck Semi-active Damper Advanced Materials for Bridge Deck (e.g., FRP composites, self-repair/healing materials) Base Isolation Bearings Vibration Isolation Remote Structural Health Monitoring System <그림 I-3.5> IT 기반 모니터링 시스템 개념도 6 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

20 <그림 I-3.6> 지진피해 평가 및 대응 프로그램 (FEMA) <그림 I-3.7> 지진피해 관련 R&D 및 실험인프라 (KOCED) 제1장 서 론 7

21 국내외 주요 지진재해 발생 현황 2장 최근 쓰촨성지진(중국 2008), 후쿠오카지진(일본 2005), 치치지진(대만 1999), 고베지진(일본 1995) 등의 큰 피해를 입힌 지진들이 한반도를 중심으로 주변 국 가들에서 발생하였다. 이러한 지진들은 대도시를 일시에 파괴시키고 국가의 경 제를 마비시켰으며 주위의 많은 사람들에게 지진에 대한 공포심을 불러일으키 기에 충분하였다. 한반도는 유라시아판 내부에 위치하고 있어 비교적 지진에 대 해 안전하다고 여겨져 왔으나 이러한 일련의 지진피해들을 접하면서 지진에 대 한 국민적 관심과 우려가 증대되었다. 그리고 한반도도 역사지진 기록에 의하면 총 1,800여회의 지진이 발생하였으며, 그중 상당한 피해를 가져온 지진들만도 평균 50년 빈도로 발생하여 왔음을 알 수 있다. 따라서 비록 현대에는 한반도에 큰 지진이 없었으나 세계 어느 지역도 지진에서 절대적으로 안전할 수 었으며, 확률은 작지만 그러한 지진이 한반도에 발생하였을 때 예상되는 피해는 상상을 초월하는 것이기 때문에 이에 대한 적절한 대비가 절실히 필요하다. 따라서 과 학적이고 합리적인 방법에 의해 우리나라의 지진위험도를 가능한 한 정확하게 평가하고, 예상되는 지진하중의 수준에 대하여 우리나라의 각종 시설물과 구조 물이 적절한 내진 안전성을 유지할 수 있으며, 지진시나 경과후 신속하게 본래 의 기능을 회복할 수 있도록 지진후대응시스템을 구축하여야 할 것이다. 1. 국내 주요 지진재해 국내에서 1978년 이후 최근에 발생한 지진들의 지진피해 사례를 중심으로 기 상청 자료를 사용하여 <표 II-1.1>에 정리하였다. 최근 기록을 정리한 <표 II-1.1>에서 우리나라에 발생하는 지진들은 지진재해가 큰 해외 국가들에 비해 규모가 작은 5.0 전후의 중 약진 지역임을 확인할 수 있다. 그리고 지진의 발생 8 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

22 은 한반도 전체에 골고루 분포하고 있으며 지진동이 심하지 않았기 때문에 경 미한 손상 정도만 발생하였다. 그러나 1978년 홍성지진은 지진에 대한 사회적 인 경각심을 불러일으켰으며, 1996년 영월지진, 1997년 경주지진을 겪으면서 주 요 시설물들에 대한 내진설계의 중요성이 크게 인식되어 국내 주요 구조물들에 대한 내진설계기준이 크게 강화되는 계기가 되었다. 그리고 이러한 배경 하에 현재에도 각 구조물별 내진설계기준이 지속적으로 개선되고 있다. 지 진 명 발생일 진앙위치 규모 피 해 규 모 오대산 지진 울진 해역 지진 백령도 해역 지진 홍도 해역 지진 경주 해역 지진 영월 지진 홍도 해역 지진 울진 해역 지진 포항 해역 지진 의주 지진 강원 평창군 도암면-진부면 경계지역 경북 울진 동쪽 약 80km 해역 인천 백령도 서남서쪽 약 80km 해역 전남 홍도 북서쪽 약 50km 해역 경남 경주 남동쪽 약 9km 지역 강원 영월 동쪽 약 20km 지역 전남 홍도 서북서쪽 100km 해역 경북 울진 북동쪽 약 45km 해역 경북 포항 동쪽 약 65km 해역 평북 서부 의주-삭주-귀성 지역 건물이 심하게 흔들림 일부 가구 및 유리창 파손 건물이 심하게 흔들림 모든 사람이 진동을 느끼고 대피한 곳 이 있음 5.0 건물 및 창문이 심하게 흔들림 4.9 건물 및 창문이 심하게 흔들림 4.2 건물 및 창문이 심하게 흔들림 홍성 지진 충남 홍성읍 5.0 속리산 지진 <표 II-1.1> 국내 지진 피해사례 충북 속리산 부근 지역 진앙이 내륙이고 진원의 깊이가 낮아 지진의 감지번위가 넓음 건물이 심하게 흔들림 2층 건물, 지하보일러실 내벽 등 10여 곳에 균열 발생 건물 및 창문이 심하게 흔들림 신축한지 3년 된 4층 건물 외벽이 갈라 짐 건물 및 창문이 심하게 흔들림 기왓장이 떨어짐 건물 및 창문이 심하게 흔들림 선반의 물건이 떨어짐 5.3 서울 : 일부 민감한 사람이 진동을 느낌 부상자 : 2명 기타 : 건물파손 118동, 건물균열 1000여 개소, 성곽붕괴 90m, 일시정전 전화불통 5.2 건물 및 창문이 심하게 흔들림 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 9

23 <그림 II-1.1> 한반도 역대 주요 지진 진도표 1.1 오대산 지진재해 가장 최근에 국내에서 발생한 규모가 상대적으로 큰 오대산 지진에 대한 피 해사례를 <표 II-1.2>에 정리하였다. 발생일 2007년 1월 20일. <표 II-1.2> 오대산 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 강원 평창군 도암면-진부면 경계지역 지진규모 4.8 피해내용 강릉, 평창: 거의 모든 사람이 느낌. 건물이 심하게 흔들리고, 액자가 떨어 짐. 장식장 물건 파손, 일부 가구 및 유리창 파손, 식탁의 그릇이 떨어짐. 속초: 창문이 많이 흔들림. 춘천: 2초 정도의 진동을 느낌, 건물 이 흔들림. 원주, 태백, 삼척: 건물 전체가 흔들리 고 모니터가 흔들림. 영월: 영월 기상대에서 5초 정도 진동 을 감지, 건물이 흔들림. 10 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

24 1.2 울진 해역 지진재해 2004년 경북 울진 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.3>에 정리하였다. 발생일 2004년 5월 29일. <표 II-1.3> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 울진 동쪽 약 80km 해역. 지진규모 5.2 피해내용 울진: 건물이 심하게 흔들림, 거의 모 든 사람이 진동을 느끼고 대피한 곳이 있음. 삼척, 태백, 포항: 건물이 흔들림(5층 아파트, 낮은 주택), 사람이 진동을 느 껴 울렁거림. 안동: 건물과 바닥이 심하게 흔들림 대구, 의성: 건물과 창문, 집기가 흔들 림, 액자가 떨어짐, 서 있는 사람이 진 동을 느낌. 1.3 백령도 해역 지진재해 2003년 백령도 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.4>에 정리하였다. 발생일 2003년 3월 30일. <표 II-1.4> 백령도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 인천광역시 백령도 서남서쪽 약 80km 해역. 지진규모 5.0 피해내용 백령도: 창문이 심하게 흔들림. 영종도: 건물이 흔들림. 인천 영종도 공 항의 책상 및 컴퓨터 모니터가 흔들림. 서울, 대전: 창문과 침대가 흔들림. 광주, 전주: 창문과 집이 약간 흔들림. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 11

25 1.4 홍도 해역 지진재해 2003년과 1994년 홍도 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.5>와 <표 II-1.6>에 각각 정리하였다. 발생일 2003년 3월 23일. <표 II-1.5> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 전남 홍도 북서쪽 약 50km 해역. 지진규모 4.9 피해내용 흑산도: 창문과 바닥이 흔들리는 정도 의 진동을 느낌. 목포: 시내 일원에서 창문과 건물이 흔 들리고 방바닥이 쿵쿵거림. 광주: 광주 및 화순 지역에서 땅이 흔 들리고 창문이 심하게 흔들림. 여수: 여수기상대 사무실내의 장비가 약간 흔들림. 서울, 인천: 창문이 흔들리고 건물 안의 물건이 약간 흔들리는 진동을 느낌. 발생일 1994년 7월 26일. <표 II-1.6> 홍도 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 전남 홍도 서북서쪽 100km 해역. 지진규모 4.9 피해내용 광주: 창문이 흔들림. 고층아파트의 약 한 진동으로 일부 시민들이 잠을 깸. 완도: 건물이 2회 흔들림. 읍내 여관 5 층에서 화병이 넘어졌음. 목포, 여수: 창문이 많이 흔들림. 아파트 가 심하게 흔들려 잠이 깬 주민들이 밖 으로 나왔으며, 의자가 흔들림. 군산: 창문이 흔들릴 정도의 진동으로 일부 시민들이 잠에서 깸. 위도 주민의 지진확인 전화가 빈발함. 산에서 갑자기 꿩들이 놀라는 소리를 들은 후 진동현 상을 느낌. 신축한지 3년 된 4층 건물 외벽(붉은 벽돌)이 갈라졌음. 전주: 기상대안의 의자가 약하게 흔들림. 고층아파트에서는 침대가 흔들림. 12 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

26 1.5 경주 해역 지진재해 1997년 경남 경주 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.7>에 정리하였다. 발생일 1997년 6월 26일. <표 II-1.7> 경주 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경남 경주 남동쪽 약 9km 지역. 지진규모 4.2 피해내용 경주: 호텔 건물이 흔들려 투숙객 대피 밀양: 집 전체가 흔들림. 잠을 자다 방 바닥이 흔들림을 느낌. 구미: 건물이 흔들림. 경산: 아파트가 심하게 흔들림. 대전: 창문, 방바닥, 집이 흔들림. 잠자다 깸. 청주: 침대가 흔들림을 느낌. 추풍령: 잠자다 깸. 1.6 영월 지진재해 1996년 강원 영월 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.8>에 정리하였다. 발생일 1996년 12월 13일. <표 II-1.8> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 강원 영월 동쪽 약 20km 지역. 지진규모 4.5 피해내용 진앙이 내륙이고 진원의 깊이가 낮아 제 주를 포함한 한반도 전역에서 진동을 느 꼈음. 영월: 창문과 장롱이 심하게 흔들리고 선반에 놓인 그릇이 떨어짐. 정선: 2층 건물, 지하보일러실 내벽 등 10여 곳에 균열이 생기고 건물 외벽 타 일 일부가 떨어져 나가는 피해와 예미 리 일부 가옥에서는 담장이 무너지는 피해가 있었음. 춘천, 강릉, 홍천, 인제, 울진, 울산: 건 물이 크게 흔들림. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 13

27 1.7 울진 해역 지진재해 1982년 경북 울진 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.9>에 정리하였다. 발생일 1982년 3월 1일. <표 II-1.9> 울진 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 울진 북동쪽 약 45km 해역. 지진규모 4.7 피해내용 울진, 삼천: 유리창이 소리를 내며 떨 리고 집이 파도에 요동치듯 흔들렸음. 그릇의 물이 출렁임. 기왓장이 떨어짐. 대구, 포항: 잠에서 깰 정도의 진동을 느 꼈음. 서울: 일부 고층아파트에서는 흔들려서 잠자리에서 깬 사람이 있었음. 1.8 포항 해역 지진재해 1981년 경북 포항 해역 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.10>에 정리하였다. 발생일 1981년 4월 15일. <표 II-1.10> 포항 해역 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 경북 포항 동쪽 약 65km 해역. 지진규모 4.8 피해내용 포항: 건물이 마치 기우는 듯하고 형광 등이 흔들려 사람이 놀라 집밖으로 대 피하였으며, 아파트 및 백화점 선반의 물건이 떨어짐. 포항 북쪽 약 20km 지 역에서 블록벽에 금이 갔다는 보고도 있었음. 부산: 대형건물이 심하게 흔들려 건물 속 의 사람이 일시 대피하는 소동이 있었음. 김해: 건물이 흔들려 기상청 직원이 현 기증을 느꼈음. 서울: 여의도, 마포의 고층건물에서 일 부 느꼈음. 14 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

28 1.9 의주 지진재해 1980년 평북 서부 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.11>에 정리하였다. 발생일 1980년 1월 8일. <표 II-1.11> 의주 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 평북 서부 의주-삭주-귀성지역. 지진규모 5.3 피해내용 서울: 일부 민감한 사람이 진동을 느꼈음 홍성 지진재해 1978년 충남 홍성 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.12>에 정리하였다. 발생일 1978년 10월 7일. <표 II-1.12> 홍성 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 충남 홍성읍. 지진규모 5.0 피해내용 부상자: 2명. 기 타: 건물파손 118동, 건물균열 1000 여 개소, 성곽붕괴 90m, 일시정전 및 전화불통, 지면에 폭 1cm, 길이 5-10cm 정도의 균열, 총 피해액은 199,955천원 이며 복구 소요액은 약 4억원. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 15

29 1.11 속리산 지진재해 1978년 충북 속리산 부근 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-1.13>에 정리하 였다. 발생일 1978년 9월 16일. <표 II-1.13> 속리산 지진 피해 내용 (기상청) 발생지역 충북 속리산 부근. 지진규모 5.2 피해내용 서울: 일부 아파트와 대부분의 창문이 흔들려 잠에서 깬 사람이 많았음. 대구: 문짝과 집기가 흔들림. 잠에서 깬 사람이 많았음(우르릉 꽝하는 굉음). 대전: 집이 흔들리고 잠자던 주민이 깸. 제천: 그릇의 물이 출렁거림. 여수: 유리창이 흔들림. 2. 한반도 역사지진의 피해 과거 우리나라에 지진이 있었던 사실은 여러 가지 역사 기록과 금세기 초반 부터 이루어진 지진 관측 자료로부터 확인되고 있다. 지금까지 밝혀진 역사 기 록상의 유감 지진은 약 1,800회에 달한다. 특히 이들 지진 중에서도 인명 및 재 산 피해를 수반한 MMI 진도 7이상의 피해 지진은 과거 2,000년 동안 약 40회 이상 있었던 것으로 나타나고 있다. 우리나라의 설계지반 운동의 세기 수준인 0.10g에서 0.15g는 MMI 진도 7에 속한다고 판단된다. MMI 진도 7은 다음과 같이 기술되고 있다. 모든 사람들이 집밖으로 달려 나간다. 잘 설계되고 시공 된 건물에는 경미한 피해가 발생하고 비교적 좋게 시공된 일반 구조물의 경우 에는 약간의 피해가 발생하고, 불량하게 시공되었거나 좋지 않게 설계된 구조 물의 경우에는 심각한 피해가 초래되며 굴뚝이 파괴될 것이다. 차량을 운전하 는 사람도 지진을 감지할 정도이다. 삼국사기를 비롯한 역사문헌에서는 MMI 진도 5 이상 지진이 약 400회 이상 16 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

30 기록되어 있다. 그중 인명과 재산피해를 일으킨 지진은 약 45회 이상으로 횟수 로 따지면 평균 50년마다 한번씩 피해지진이 발생한 샘이다. 조선왕조실록에도 지진발생 및 피해사례가 많이 수록되어 있다. 조선왕조실록은 그 기록의 정확 성과 철저함에 있어서 세계적으로 유례를 찾아보기 어렵다고 한다. 이러한 역 사기록을 분석한 연구결과로부터 우리나라에서는 지진이 자주 발생하지는 않지 만, 드물게 큰 지진이 발생하여 인명 손실과 구조물 피해를 초래할 수 있는 것 으로 지진학계는 결론을 내리고 있다. 금세기에 들어서 시작한 계기지진관측으 로부터 얻은 결과와 금세기에 발생한 일련의 중규모의 지진 (1936년 쌍계사지 진, 1978년 홍성지진) 은 우리나라에 강진 발생가능성이 상존하고 있음을 뒷받 침하고 있다. 2.1 한반도에 발생한 역사지진 (2~1904년) 한반도에서 2~1904년 사이에 발생한 역사지진의 통계는 <그림 II-2.1>과 <표 II-2.1>에 정리한 바와 같다. <그림 II-2.1>을 보면 15~17세기 사이에 MMI 5~ 6 이상의 지진들이 가장 많이 발생하였으며, 신라시대에는 MMI 9에 해당하는 강진도 다수 발생한 것으로 기록이 남아 있음을 확인할 수 있다. 그러나 역사 지진의 경우 기록에 의존하기 때문에 <그림 II-2.1>에 표시된 발생지역은 주로 인구가 밀집되어 거주하던 곳 위주로 되어 있음을 알 수 있다. <그림 II-2.1> 한반도에서 발생한 역사지진 (2~1904년 사이) 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 17

31 <표 II-2.1> 한반도 발생 역사지진의 규모 (2~1904년 사이) 구 분 횟 수 MMI 5이상 389 MMI 6이상 168 지진피해 보고 한반도에 발생한 역사지진 (1905년~현재) <그림 II-2.2>는 1905년 이후 지진관측이 시작된 이후 발생한 지진의 통계를 보여준다. 1978년~1982년 사이에 총 310회의 지진 활동이 관측되었으며, 규모 3.0 이상의 중급지진이 160회 (연평균 10회), 1978년 홍성지진과 같은 규모 5.0 이상의 지진이 수차례 발생하였다. <그림 II-2.2> 한반도에서 발생한 역사지진 (1905~현재) <그림 II-2.3>은 삼국사기에 기록된 역사지진 피해사례로서, 89년 7월에는 땅 이 흔들려 갈라지고 민옥이 함몰되어 죽은 사람이 많았다 고 기록되었으며, 304년 10월에는 경주의 땅이 흔들려 민옥이 넘어지고 죽은 자가 있었다 고 기 록되어 있다. 18 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

32 <그림 II-2.3> 삼국사기에 있는 역사지진 기록 3. 해외 주요 지진재해 최근 해외에서 발생한 주요 지진들의 지진피해 사례를 삼성환경연구소의 자 료를 사용하여 <표 II-3.1>에 정리하였다. 해외의 지진들은 그 규모가 국내에서 발생하였던 지진들에 비해 월등하게 크 며 따라서 그 지진에 의한 피해 역시 엄청나다. 최근에 발생한 주요 지진으로 는 중국 쓰촨성에서 발생한 지진으로 규모도 컸지만 인구 밀집지역을 강타하여 엄청난 인적 물적 재산의 피해를 가져왔다. 최근에 발생한 해외 지진들 중에서 1994년 미국 노스릿지 지진과 1995년 일 본 효고현 남부 고베지진은 그동안 고려되어 왔던 내진설계의 기준을 크게 변 화시키는 계기가 되었으며, 2005년 일본 후쿠오카 지진은 일본에서도 그동안 지진이 크게 발생하지 않던 지역이면서 한반도에 근접한 후쿠오카에 큰 지진이 발생함으로 인하여 우리나라 국민들에게 지진 발생의 위험성을 경고한 예가 되 었다. 그리고 다소 오래되었지만 1940년 엘센트로 지진, 멕시코 지진, 그리고 1989 년 로마 피에르타 지진의 지진동 기록은 서로 다른 특성으로 지진해석 및 내진 설계에서 주요 지진기록으로 고려되고 있다. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 19

33 <표 II-3.1> 해외 지진 피해사례 지 진 명 발생일 진앙위치 규모 피 해 규 모 중국 쓰촨성 지진 원 촨 8.0 사망자: 8만9000명 이상 실종자: 3만2000여명 부상자: 37만명 이상 기 타: 5백36만 채 붕괴, 2천백만 채 파손 일본 주에쓰 오키 지진 니가타현 주에쓰, 나가노현 북부 6.8 사망자: 11명 부상자: 2000명 이상 기 타: 870여 채 주택 파손, 3만5000여 세대 가스공급 중단, 원자력 발전소 7기 모두 가동 정지, 3호기 옥외 변압기 화재 발생, 극히 미 량의 방사능 물질 방출 일본 노토 지진 노토반도 앞바다 6.9 사망자: 1명 부상자: 700여명 기 타: 350여 채 가옥 파손, 9300여 세대 단 수 및 수백가구 정전, 원자력 발전소 가동 정 지, 노토공항 폐쇄, 이시카와현과 토야마현 철 도노선 운행 일시 중단 인도네시아 수마트라 지진 파당 북쪽 50km 6.3 사망자: 70여명 부상자: 200여명 기 타: 수백 채 건물 붕괴 대만 지진 헝춘 인근 해안 7.1 사망자: 2명 부상자: 47명 기 타: 6개 해저 광케이블 손상 족자카르타 인도네시아 자바 지진 남서쪽 25km 6.3 사망자: 2700여명 부상자: 8100여명 기 타: 9000여 채 건물 파손 및 붕괴, 족자카 르타 공항 폐쇄, 교통 통신 두절 일본 후쿠오카 지진 후쿠오카 북서쪽 45km 해역 7.0 사망자: 1명 부상자: 675명 기 타: 20여 채 가옥 붕괴 및 2000여 채 파 손, 신칸센 운행 일시 중단 인도네시아 수마트라 지진해일 인도네시아 수마트라섬 부근 9.1 사망자: 15만 여명 부상자: 2000명 이상 기 타: 물과 음식 부족 및 질병 발생 일본 니가타 지진 주에쓰 인근 지하 20km 6.8 사망자: 35여명 부상자: 2200여명 기 타: 300여 채 가옥 붕괴 및 6400여 채 파 손, 12만 세대 단수 및 9만5000 세대 정전, 자 동차전용도로 파손 및 이격, 신칸센 열차탈선 20 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

34 대만 치치 지진 대만 중부 7.7 사망자: 2400여명 부상자: 1만여명 실종자: 40여명 기 타: 건물 9900여 채 파손, 교량 댐 등 파손 일본 고베 대지진 효고현 남부의 고베시 지역 7.2 사망자: 6300여명 부상자: 2만6804명 기 타: 이재민 약 20만 명, 피해규모 14조 1000억엔 추정, 사회기간시설 파괴, 산업활동 마비 미국 노스릿지 지진 LA 서북부 20mile 부근 6.8 사망자: 58명 부상자: 1500여명 기 타: 약 80000~125000채의 건물 붕괴 미국 로마 피에르타 지진 캘리 포니아주 산타크루즈 산 7.1 사망자: 66명 부상자: 3700 여명 기 타: 1만4000여명 이재민 발생, 11만6882채 의 건물 손상, 상 하수도관, 송전선, 가스관 등에 큰손상 발생 멕시코 지진 멕시코 서쪽 태평양안 8.1 사망자: 5000명 부상자: 1만명 기 타: 6000여 채 가옥 파손, 이재민 2만5000 명 이상, 철근콘크리트 빌딩 붕괴 샌디에고 미국 엘 센트로 지진 동쪽 145km 6.9 사망자: 8명 부상자: 60명 기 타: 철도 및 교량의 손상 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 21

35 3.1 중국 쓰촨성 지진재해 2008년 5월 중국 쓰촨성에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.2> 에 정리하였다. <표 II-3.2> 중국 쓰촨성 지진 피해 내용 발생일 2008년 5월 12일. 발생지역 쓰촨성의 성도 청두에서 북서쪽으로 92km 떨어진 원촨지역. 지진규모 7.8로 발표되었으나 중국지진국이 8.0 으로 올림. 피해내용 사망자 : 8만9000명 이상. 실종자 : 3만2000여명. 부상자 : 37만명 이상. 기 타 : 5백36만 채 붕괴, 2천백만 채 파손 등. 현장사진 22 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

36 3.2 일본 니가타 지진재해 2007년 7월 일본 니가타에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.3> 에 정리하였다. 발생일 2007년 7월 16일. <표 II-3.3> 일본 니가타 지진 피해 내용 발생지역 일본 니가타현 주에쓰 지방과 나가노현 북부 지방. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 11명. 부상자 : 2000명 이상. 기 타 : 870여 채의 주택 파손, 3 만5000여 세대의 가스공급 중단, 원 자력 발전소 7기 모두 지진 직후 가동 정지, 3호기의 옥외 변압기에 서 화재 발생, 극히 미량의 방사능 물질 방출. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 23

37 3.3 일본 노토 지진재해 2007년 3월 일본 노토에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.4>에 정리하였다. 발생일 2007년 3월 25일. <표 II-3.4> 일본 노토 지진 피해 내용 발생지역 일본 호쿠리쿠 이시카와현 노토반도 앞바다. 지진규모 6.9 피해내용 사망자 : 1명. 부상자 : 700여명. 기 타 : 350여 채의 가옥 파손, 9300여 세대 단수 및 수백가구 정전, 원자력 발전소 가동 정지, 노토공항 균열로 공항 폐쇄, 이시카와현과 토 야마현의 모든 철도노선 운행 일시 중단. 현장사진 24 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

38 3.4 인도네시아 수마트라 지진재해 2007년 인도네시아 수마트라 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.5>에 정리 하였다. <표 II-3.5> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 발생일 2007년 3월 6일. 발생지역 인도네시아 수마트라 파당 북쪽 50km 지역. 지진규모 6.3 피해내용 사망자 : 70여명. 부상자 : 200여명. 기 타 : 수백 채의 건물 붕괴. 현장사진 3.5 대만 지진재해 2006년 대만 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.6>에 정리하였다. <표 II-3.6> 대만 지진 피해 내용 발생일 2006년 12월 26일. 발생지역 대만 남단 헝춘 인근 해안. 지진규모 7.1 피해내용 사망자 : 2명. 부상자 : 47명. 기 타 : 6개의 해저 광케이블 크게 손상. 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 25

39 3.6 인도네시아 자바 지진재해 2006년 5월 인도네시아 자바에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.7>에 정리하였다. <표 II-3.7> 인도네시아 자바 지진 피해 내용 발생일 2006년 5월 29일. 발생지역 족자카르타 남서쪽 25km 지역. 지진규모 6.3 피해내용 사망자 : 2700여명. 부상자 : 8100여명. 기 타 : 9000여 채의 건물 파손 및 붕괴, 족자카르타 공항 폐쇄, 교통 통신 두절. 현장사진 26 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

40 3.7 일본 후쿠오카 지진재해 2005년 3월 일본 후쿠오카 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.8>에 정리하 였다. <표 II-3.8> 일본 후쿠오카 지진 피해 내용 발생일 2005년 3월 20일. 발생지역 후쿠오카 북서쪽 45km 해역. 지진규모 7.0 피해내용 사망자 : 1명. 부상자 : 675명. 기 타 : 20여 채의 가옥 붕괴 및 2000여 채 파손, 신칸센 운행 일시 중단. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 27

41 3.8 인도네시아 수마트라 지진재해 2004년 12월 인도네시아 수마트라섬 부근 인도양에서 발생한 지진해일로 인 한 피해 내용을 <표 II-3.9>에 정리하였다. <표 II-3.9> 인도네시아 수마트라 지진 피해 내용 발생일 2004년 12월 26일. 발생지역 수마트라섬 부근 인도양. 지진규모 9.1 피해내용 사망자 : 15만 여명. 부상자 : 2000명 이상. 기 타 : 물과 음식 부족 및 질병 발 생. 현장사진 28 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

42 3.9 일본 니가타 지진재해 2004년 10월 일본 니가타에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.10>에 정리하였다. <표 II-3.10> 일본 니가타 지진 피해 내용 발생일 2004년 10월 23일. 발생지역 니가타현 오지야시 인근 주에쓰 지방 지하 20km 지점. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 35여명. 부상자 : 2200여명. 기 타 : 300여 채의 가옥 붕괴 및 6400여 채 파손, 12만 세대 단수 및 9만5000 세대 정전, 자동차전용도로 파손 및 이격, 신칸센 열차탈선. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 29

43 3.10 대만 치치 지진재해 1999년 9월 대만 중부에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.11>에 정리하였다. 발생일 1999년 9월 21일. <표 II-3.11> 대만 지지 지진 피해 내용 발생지역 대만 중부. 지진규모 7.7 피해내용 사망자 : 2400여명. 부상자 : 1만 여명. 실종자 : 40여명. 기 타 : 건물 9900여 채 파손, 교 량 댐 등 파손. 현장사진 30 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

44 3.11 일본 고베 지진재해 1995년 1월 일본 고베시 지역에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.12>에 정리하였다. 발생일 1995년 1월 16일. <표 II-3.12> 일본 고베 대지진 피해 내용 발생지역 간사이 지방 효고현 남부의 고베시. 지진규모 7.2 피해내용 사망자 : 6300여명. 부상자 : 2만 여명. 기 타 : 이재민 약 20만 명, 피해규 모 14조 1000억엔 추정, 사회기간시 설 파괴, 산업활동 마비. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 31

45 3.12 미국 노스릿지 지진재해 1994년 1월 미국 로스엔젤레스 서북부 20마일 부근에서 발생한 지진으로 인 한 피해 내용을 <표 II-3.13>에 정리하였다. <표 II-3.13> 미국 노스릿지 지진 피해 내용 발생일 1994년 1월 17일. 발생지역 LA 서북부 20마일 부근. 지진규모 6.8 피해내용 사망자 : 58명. 부상자 : 1500여명. 기 타 : 약 80000~125000채 건물 붕괴. 현장사진 32 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

46 3.13 미국 로마 피에르타 지진재해 1989년 10월 미국 캘리포니아주 산타크루즈산에서 발생한 지진으로 인한 피 해 내용을 <표 II-3.14>에 정리하였다. 발생일 1989년 10월 17일. <표 II-3.14> 미국 로마 피에르타 지진 피해 내용 발생지역 캘리포니아주 산타크루즈산. 지진규모 7.1 피해내용 사망자 : 66명. 부상자 : 3700명. 기 타 : 1만4000여명 이재민 발생, 11만6882채의 건물 손상, 상 하수도 과, 송전선, 가스관 등에 큰손상이 발생. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 33

47 3.14 멕시코 지진재해 1985년 9월 멕시코 서쪽 태평양 연안에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용을 <표 II-3.15>에 정리하였다. <표 II-3.15> 멕시코 지진 피해 내용 발생일 1985년 9월 19일. 발생지역 멕시코 서쪽 태평양안. 지진규모 8.1 피해내용 사망자 : 5000명. 부상자 : 1만 명. 기 타 : 6000여 채 가옥 파손, 이 재민 2만5000명 이상, 철근콘크리트 빌딩 붕괴. 현장사진 34 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

48 3.15 미국 엘 센트로 지진재해 1940년 5월 미국 샌디에고 동쪽 145km에서 발생한 지진으로 인한 피해 내용 을 <표 II-3.16>에 정리하였다. <표 II-3.16> 미국 엘 센트로 지진 피해 내용 발생일 1940년 5월 18일. 발생지역 샌디에고 동쪽 145km. 지진규모 6.9 피해내용 사망자 : 8명. 부상자 : 60명. 기 타 : 철도 및 교량의 손상. 현장사진 제2장 국내외 주요 지진재해 발생 현황 35

49 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 3장 1. 지진 관측 통보 관측망 및 지진조기경보 시스템 지진위험을 최소화할 수 있는 방법은 지진의 발생 위치, 시간 및 규모를 예 측하여 대처하는 것이다. 그러나 지진발생을 단기적으로 예측하는 것은 현재 기술로는 매우 어렵기 때문에 지진 발생 이전에 내진설계를 충실히 하고, 지진 발생 후 그 피해를 최소화 할 수 있는 방안을 강구하는 것이 실용적 접근 방법 일 것이다. 지진발생 후 신속한 지진관측과 조기경보 발령을 통하여 지진피해를 저감하 고자 세계 각 나라에서는 많은 투자와 기술개발을 수행 중에 있다. 지진재해를 많이 경험한 선진국의 경우, 전자통신 기술의 눈부신 발전과 더불어 지진관측 소와 중앙자료센터는 잘 갖추어진 통신망으로 구축될 수 있게 되었다. 이를 바 탕으로 지진 발생 시 큰 지진 피해를 야기 시킬 수 있는 S파가 도착하기 전 에, 먼저 도착하는 작은 에너지의 P파를 감지하여, S파의 도착예상시간과 지진 동 크기를 추정함으로써 조기에 경보를 발령하고자 하는 것이 지진조기경보시 스템(EEWS: Earthquake Early Warning System)의 핵심 원리이다. 이에 대한 연구가 일본, 미국, 대만 등의 나라에서 활발히 진행되고 있으며, 일본 기상청 에서는 이미 2007년 10월 1일부터 일반 대중을 상대로 긴급지진속보 서비스를 실시하기에 이르렀다. 초기 지진파(P파)를 감지하여 신뢰할 수 있는 지진조기경보시스템 구축을 위 해서는 조밀한 지진관측망 구축, 한반도에 적합한 규모 관계식 개발, 지반 종류 에 따른 지진파 증폭 효과 연구 등이 선행 되어야 하며 이를 위하여 국내의 지 진관측망 현황 및 국가 통합지진관측망, 그리고 국내환경에 적합한 지진조기경 36 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

50 보 시스템 구축 방안에 대하여 차례로 기술하였다. 1.1 지진관측망 현황 국내에서 지진관측망을 운영하는 주요기관으로는 기상청, 한국지질자원연구 원, 한전전력연구원, 한국원자력안전기술원 등이 있다. 이 기관들은 1999년 지 진관측망운영기관 협의회를 구성하여 지진관측시스템 표준화, 지진관측소 신설, 실시간지진관측망 통합 및 자료 공동이용에 대하여 협력하여 왔다. 한국지질자원연구원에서 개발한 실시간 통합지진관측망(KISS: Korea Integrated Seismic System)을 통해 상기 4개 기관은 2002년부터 타 기관의 지진관측 자료를 실시간 공유할 수 있게 됨으로써 지진통보를 담당하는 기상청뿐 아니라 다른 기 관에서도 각자의 관측 목적에 맞게 자료를 활용할 수 있게 되었다 각 기관별 지진관측 목적 및 관측망 구성 기상청은 지진발생 후 신속하게 지진정보(진앙지, 규모)를 국민에게 통보하는 목적으로 지진관측망을 구축하여 운영하고 있다. 그러므로 기상청의 목적에 적 합한 관측망은 관측소 간격이 일정한 격자망 모습으로 균질한 간격을 유지하는 지진관측망을 구축하는 것이 효과적이다. 한편, 한국지질자원연구원은 국제조약기구(UN)산하 핵실험금지조약기구 (CTBTO)에서 대한민국의 국가지진자료센터(NDC)로 공인되어 핵실험 감시 업 무를 담당하고 있다. 이러한 특수 목적을 위하여 한 지역에 지진계를 여러 대 배열식으로 설치한 원주KSRS 배열식관측소(26개의 시추공관측소로 구성)와 인 프라사운드 배열식관측소 등을 운영하고 있다. 또한, 지진 발생 특성 및 지각 구조 규명 그리고 활성단층 조사 등 지진연구 업무를 수행하기 위하여 지진연 구망을 운영하고 있다. 따라서, 한국지질자원연구원(과거 자원연구소)의 지진관 측소는 지진연구를 위하여 <그림 III-1.1>과 같이 주요 단층지역에 중점적으로 관측소를 설치하여 지진연구를 위한 관측망을 구성하고 있다. 한전전력연구원과 한국원자력안전기술원에서는 원자력발전소의 지진 안전성 을 감시하기위하여 국내 4개 원자력발전소(울진, 월성, 고리, 영광) 내부와 주변 지역 지진관측소를 설치하여 각각 운영 및 지진감시를 하고 있다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 37

51 <그림 III-1.1> 지진관측망 구축 개념도 (출처: 과학기술부 지진재해 대응기술 기획사업, 1997) 국내 지진관측망 구축 현황 국내 주요 지진관측망 운영기관의 지진관측소(속도계) 분포는 <그림 III-1.2> 와 같다. 기상청에서는 전국적인 지진관측을 위하여 속도계(초광대역, 광대역, 단주기)관측소 45개소와 가속도계 관측소 106개소(44개소는 속도계와 연동)를 지방 기상대 부지 내부 또는 인접 지역에 설치하여 운영하고 있으며 기상청의 국가네트워크를 이용하여 모든 관측소의 자료를 실시간 수집하여 분석하고 있 다. 38 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

52 <그림 III-1.2> 국내 속도계 지진관측소 분포도 한국지질자원연구원 자체 운영 또는 지진연구 대학과 공동 운영되고 있는 지 진연구망 관측소는 2008년 9월 현재 총 37개소로서 속도계(광대역, 단주기) 관 측소는 31개소(가속도계 20개소 연동)이며 공중음파(Infra Sound)와 지진파 배 열식 관측소는 6개소이다. 또한 한전전력연구원은 원자력발전소 부지 내부와 외부에 단주기 속도센서와 가속도센서를 연동한 13개의 관측소를 운영하고 있 으며 한국원자력안전기술원에서는 원자력발전소 지진 안전성 검증을 위하여 4 개 원전 부지 내부에 설치된 광대역속도센서와 가속도센서를 연동한 4개소의 관측소를 운영하고 있다. 실시간 자료전송이 가능한 지진관측소의 자료는 국가 통합지진관측망(KISS) 를 통하여 자료를 공유하고 있으므로 지진관측소의 중복설치를 배재하고 국가 지진관측 인프라를 효율적으로 활용할 수 있도록 구축하였다. 1.2 국가 통합지진관측망(KISS) 운영방안 1999년 기상청, 지질자원(연), 한전전력연구원, 한국원자력안전기술원등 지진 관측망을 운영하는 4개 기관이 지진관측업무 공조를 위하여 지진관측망 운영기 관협의를 결성하였다. 이후 협의회에서는 각 기관을 관측자료를 공동관리하고 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 39

53 공유하여 자료이용을 효용성을 높이고 관측소 중복설치등을 방지하기 위하여 통합지진관측망을 구축하기로 결정하고 2002년 본격적으로 지진 속도관측소를 중심으로 통함지진관측망을 운영하기 시작하였다. 이 시스템에서는 각 기관의 자료 수집 및 분석를 담담하는 지진분석 전산시스템을 실시간 전용선으로 연결 하여 타기관에서도 자료를 공유하도록 하여 기관 고유 목적에 맞게 활용하도록 하고 있다. 현재 통합지진관측망은 필요성이 증대되어 기상청 지진관측소를 중심으로 총 140여개소의 지진관측소 자료가 하나의 DB로 연계되어 운영되고 있다. 그런데 지질자원(연)의 연구개발 사업의 일환으로 개발된 지진통합네트워크 및 자료 관리 HW/SW가 현재 일부 운영상의 문제점을 보이고 있다. 최초에 개발 적용 한 이후 대폭 증가된 지진관측소 수와 이에 따른 자료전송양의 기하급수적인 증가로 인하여 통신망 및 자료관리 시스템의 대폭적인 확장이 필요하다. 하지 만 이를 위한 국가적인 지원이 이루어지고 있지 않아 현재 상황에서는 제한적 인 자료전송 및 공동 활용이 이루어지고 있다. 2009년도에 실행될 예정인 지진재해대책법 제 18조 2항은 지진 및 지진해일 관측기관협의회는 지진관측 자료를 실시간으로 공유하기 위한 체계를 구축하여 중앙본부장과 지역본부장에게 지진피해지역과 피해정도를 신속히 예측할 수 있 는 입력 자료를 제공하도록 되어 있다. 지진재해 경감을 위하여 소방방재청에 서는 통합지진관측망으로부터 전국 가속도 관측소 자료를 전송 받아 실시간진 동영상((RTICOM)을 운영할 것이다. 이와 같이 통합지진관측망은 지진연구, 기상청의 신속 지진 통보, 그리고 소 방방재청의 신속지진대응체계 구축 등 활용도가 높기 때문에 안정적인 운영이 절대적으로 필요하다. 따라서 국가정책적으로 이에 대한 지원이 필요하다. 여기 에는 현재 지질자원(연)에서 운영중인 통합지진관측망 주 시스템을 기상청, 소 방방재청등에 동일한 체계로 다중화하여 내외부적인 요인에 의하여 시스템 장 애나 통신 네트워크 단절에도 정상적인 기능이 수행될 수 있도록 발전시켜야 할 것이다. 1.3 지진계 설치 위치 개선방안 지진 발생 위치 및 크기 평가 등에 활용되는 전국적인 지진관측망은 지역적 인 부지효과를 제거하여 위하여 기반암의 암반 노두에 설치 되어야 한다. 기반 암에서 관측된 자료는 정확한 지진원 평가, 광역적인 지진파 전파 특성 평가등 40 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

54 지진 관련연구에 양질의 정보를 제공한다. 이러한 이유로 과거 경제적인 이유 로 일부 토양층에 설치되었던 지진계들도 암반 노두로 이전하는 작업이 진행되 고 있다. 물론 국가의 신속한 지진발생 통보 또는 광역적인 지진학 연구에 필요한 지 진관측소가 아닌 기관의 고유 목적에 따라 설치되는 지진계들은 자료 활용도를 극대화하기 위하여 각 기관에서 위치를 자체적으로 결정해야할 것이다. 예로써 철도공사의 경우에는 철도 선로변을 중심으로 한 위치에서 철도의 지진운동을 정확히 관측할수 있는 지점으로, 가스시설인 경우에는 지진으로 인한 시설물 안전에 가장 취약한 지점등에 지진계를 설치하여야 할 것이다. 최근 들어, 지진활동이 활발한 미국, 멕시코, 일본 및 대만 등지에서 깊이별 지진파를 계측하기 위해, Downhole Seismic Array의 설치가 증가하고 있다. 이 는 현장 및 실내시험에 의하여 쉽게 표현할 수 없는 넓은 범위의 하중조건에 대하여 토층에 의한 감쇠 효과를 분석함으로써 내진 설계에 필요한 지반 동적 물성치를 간접적으로 획득할 수 있으며, 깊이에 따라 지수적으로 감쇠하는 표 면파의 특성에 따라, 인간의 활동에 의한 잡음 등 각종 고주파 잡음의 영향을 적게 받으므로 지표면 관측소에 비해 신뢰성 있는 지진 계측이 가능하다. 국내 에서도 지질자원(연)에서 경북 경주지 효동리 등 7개소가 설치 운영 중이며 인 천 국제공항에서도 이와 같은 시추공형 관측소가 운영중이다. 기상청에서도 울릉도, 강화도등 3~4개 지점에 시추공형 관측소를 설치하였거나 설치 중이며 향후에 더 확대할 예정이다. 현재까지는 일본등에 비하여 Downhole 관측소 설 치가 미미하고 관측 자료의 활용도가 미미한 실정이지만 햫후에는 이러한 방향 으로 관측환경이 개선되어야 할 것이다.. 또한 때에 따라서는 부지효과에 의한 지반 증폭 현상을 평가하고, 실제 지진에 의해 지표면에서 발생하는 피해를 예측하는 지진재해 저감의 공학적인 목적을 위해서는 기반암 및 암반노두에서의 계측자료 뿐 아니라 토사층 및 지표면에도 지진계를 매설하여 지진동을 계측하고 이를 내진설계에 활용할 필요가 있다. 1.4 지진조기경보시스템 구축방안 지진조기경보시스템(EEWS, Earthquake Early Warning System)이란 지진발 생 후 전파되는 초동 P파를 관측하여, S파가 도착하기 전에 대부분의 지진피해 를 주는 S파의 도달시간과 그 크기를 예측하여 조기에 지진경보를 발령함으로 써, 지진피해를 최대한 저감하고자하는 시스템을 말한다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 41

55 이러한 생각은 1989년 일본의 고속철도 신칸센 지진감지시스템인 UrEDA에 최초로 적용되어 실용화 되었으나 이 시스템에서는 일본 주변의 태평양판 섭입 대에서 주로 발생하는 대규모지진의 특성을 이용함으로써 그 기법이 일반화 되 는 데에는 한계가 있었다. 그 후 미국에서 서부 캘리포니아 지역을 대상으로 일반적인 개념으로 확장된 지진조기경보 시스템 적용을 제안 하였다. 일본에 서는 그 후 2000년에 UrEDA 시스템의 기술을 발전시켜서 현대적인 지진조기 경보 기술을 개발하게 되었고 2004년 시범지역 운영 후 2006년에는 전국을 대 상으로 지진조기경보를 적용하는 수준까지 발전하였다. 대만의 경우는 1992년에 지진관측망이 구축되어 지진관측을 시작하였고 1998 년에는 전국적인 지진관측망이 구축되어 실시간 지진분석을 통한 신속지진정보 전파시스템을 개발하기 시작하였으며 2004년부터는 지진조기경보시스템에 관한 연구를 활발히 진행해 오고 있다. 미국의 지진조기경보 기술 개발은 서부 캘리포니아 관측망(CISN)에 대한 시 험 개발을 2006년부터 시작하였으며 3년 계획으로 2009년에는 실시간 지진조기 경보 방법론에 대한 개발과 평가를 목표로 활발한 연구를 수행하고 있다. 지진조기경보(EEW)와 관련하여 미국, 일본, 대만에서 수행되고 있는 최근의 기술현황을 조사해 본 결과 지진조기경보(EEW)의 핵심 항목을 크게 나누면 다 음과 같다. P파에 의한 최초 지진발생 감지 초기 진앙위치 추정. : 단일관측소 또는 다중 관측소 자료 활용 규모 추정 : 초기 P파의 가속도, 속도, 변위에서 규모 추정 진도 추정 : 감쇠식, 지반증폭 고려 경보 기준 : On Site, 규모, 진도에 따른 기준 우리나라에서 국내 환경에 적합한 지진조기경보시스템의 성능 목표와 구축 방안으로서 내륙지진 규모 3.5이상에 대하여 지진 발생 10초 이내에 진앙오차 10km 수준의 조기경보가 가능하려면, 1차적으로 지진관측소(속도, 가속도 포함) 의 평균 간격이 20km 이내로서 국내에서 최소 약 350개에서 400개의 관측소가 필요한 것으로 분석되었다. 또한 지진계측기에서는 자체 지연시간이 없는 실 시간 전송이 필수적으로 구비되어야 할 것이다. 국내 지진 환경에 적합한 지진조기경보시스템 개발을 위해서는, P파를 이용 42 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

56 한 진앙위치 및 규모 결정에 관한 한반도 관계식 개발이 필수적이며, 보다 신 뢰도 있는 진도 추정을 위한 지반 정보 구축 및 증폭효과 연구가 뒷받침 되어 야 한다. 국내에서는 이미 실시간 지진동표출시스템이 개발되어 운영 중에 있다. 이는 전통적인 진앙위치 결정방법에 의존하지 않고 실시간 지진동 관측을 통하여 지 진계측 진도를 관측 즉시 직관적인 진도도로 표시함으로써, 특히 내륙지진의 경우 진앙지 주변의 최대 진도를 신속하게 파악할 수 있다. 따라서 국내 지진 조기경보시스템은 기존에 구축된 실시간 통합지진관측망(KISS) 그리고 지진동 표출시스템과 접목되면 더욱 효율적으로 개발될 수 있을 것이다. 지진조기경보시스템의 성공적 운영을 위해서는 진앙 위치와 가장 가까운 관 측소가 조밀하게 있을수록 정확하고 빠른 경보를 전파할 수 있다. 일본은 지진 조기경보를 위하여 일본전역에 약 1,000개(일본 기상청 관측소 : 200여 개소, 방 재연구소: 800여 개)개의 지진계를 실시간 사용하고 있으며, 대만도 역시 마찬 가지로 실시간 관측소를 1,000여 개 이상 보유하고 있다. 미국 켈리포니아 지역 은 인구 밀집 지대인 샌프란시스코 등에서는 관측소 간격이 10km 이내 까지 조밀하지만, 사막 지역은 상대적으로 관측소가 적게 분포하여 진앙위치 결정시 속도와 정확도가 낮아지는 약점이 있다. 미국의 캘리포니아관측망은 이런 점을 보완하기 위하여 중장기적 계획을 수립하고 관측망 확충을 하고 있다. 조기경보시스템의 성능목표를 달성하기 위한 국내 관측망 확충이 필수적이며 관측소 환경은 암반의 양호한 조건이며 관측소 간격은 속도와 가속도 관측소를 모두 포함하여 최대 20 km 이내로서 국내 약 350개에서 400개의 관측소가 필 요하다. 또한 지진계는 자체지연시간이 없는 실시간 전송을 할 수 있는 성능이 필요하다. 따라서 현재 국내 지진관측소의 설치 환경과 지진기록계의 성능 분 석이 추가적으로 필요하다. 해외 사례와 비교하여 우리나라에서 지진조기경보시스템을 즉각 선진 기술을 도입하여 운영하는 것은 이에 필요한 예산비용뿐만 아니라 지진발생환경 차이 등의 이유를 고려하면 현 단계에서는 효율적이지는 못하다. 하지만 국가의 지 진방재 대책에서 신속한 지진발생 통보가 지진방재활동에 중요한 역할을 수행 하기 때문에 이를 우리나라 상황에 맞는 기술개발을 하여 적용하는 것을 고려 할 필요가 있다. 우선 지진관측소 성능개선 및 신속 분석시스템 개발 등을 수 행하여 지진통보에 소요되는 시간을 점차적으로 단축한 후 최종적으로 조기경 보시스템을 구축하는 방향으로 진행하는 것이 바람직할 것이다. 지진조기경보시스템의 하드웨어적인 구축과는 별도로 운영에 필요한 기술개 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 43

57 발은 지속적으로 수행할 필요가 있다. 우리나라의 지진활동 특성과 예상되는 지진재해 유형을 고려한 최적의 지진관측 시스템 설계, 실시간 지진 자동분석 프로그램 개발등과 같은 조기경보시스템 운영에 필요한 필수 선행 기술들은 지 진관측 자료의 분석정확도 향상 및 지진방재대책 등에도 활용도가 높기 때문에 이에 대한 정책적 지원이 있어야 할 것이다. 2. 지진 가속도 관측시설 구축 및 운영방안 국내에 설치된 대부분의 속도센서는 매우 작은 규모의 지진에 대해서도 민감 한 반응을 통하여 지진동을 측정할 수 있으나 천부에서 발생하는 중규모 지진 (규모 4.0이상)의 진앙지에서는 진동의 세기가 속도지진계의 측정범위를 초과할 것으로 예상되므로 이에 대비하여 강진동 측정을 위한 가속도지진계의 설치가 필요하다. 정밀한 파형을 이용한 지진관측 및 연구에서는 주로 속도센서의 지진기록을 이용하지만, 대규모 지진의 경우 속도센서의 측정 범위를 초과하기 때문에 일 본, 대만 등에서는 가속도 지진계를 속도센서와 병행하여 운용하고 있는 것이 보통이며, 속도센서에 비하여 가격이 저렴한 편이므로 지진방재를 위한 계기진 도 평가를 위해서 가속도지진계측기가 속도지진계 보다 많이 설치되는 것이 보 편적이다. 국내에 설치된 가속도계측기의 용도는 지진파에 의한 지반의 가속도응답을 관측하기 위한 자유장(지반) 가속도계측과 구조물의 지진가속도응답을 관측하 기위한 구조물 가속도응답 계측으로 크게 나눌 수 있다. 2.1 전국 지반 가속도 관측망 현황 지진 발생시 신속한 계기진도도 작성 및 진앙지 주변의 진도도를 바탕으로 신속피해 평가활용 등을 위하여 기상청에서는 전국을 대상으로 현재 106개소의 가속도 관측소를 운영하고 있으며, 한국지질자원연구원에서는 20개소, 원자력발 전소 부지 내/외부를 중심으로 한전전력연구원은 13개소, 한국원자력안전기술 원에서는 4개소의 가속도 관측소를 운영하고 있다. 실시간 자료 수신이 가능 한 가속도 관측소는 통합지진관측망(KISS)에 연결되어 타기관과 자료를 실시간 공유할 수 있도록 구축되었다. 44 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

58 <그림 III-2.1>은 지반가속도 응답을 관측하기 위한 가속도 관측소 분포를 나 타내고 있으며 전국에 약 140여개소가 있다. 그러나 이 관측소들은 주로 인구 밀집지역 보다는 관측환경이 용이한 한적한 곳, 암반 지역에 설치되어 있기 때 문에 실질적인 지진피해가 대규모로 발생하는 도심지역에 가속도 계측기가 추 가적으로 설치되는 것이 바람직하다. 현재, 인구밀집 지역에 위치한 광역시청, 도/군청의 지하에 가속도지진계를 설치하여 지진방재에 활용할 수 있도록 한국 지질자원연구원에서는 부산, 대구, 인천 등 광역시청에 가속도지진계를 이용한 지반진동 감시시스템을 개발하여 시범 운용을 하고 있다. <그림 III-2.1> 국내 지반 가속도 계측을 위한 가속도 관측소 분포 2.2 구조물 가속도응답 계측기 설치 방안 지진발생시 구조물의 지진피해를 판단하고 내진성능을 평가하기위해서 구조 물의 지진가속도 응답을 관측하여야 한다. 구조물 가속도계측기는 대규모지진 발생시 각 구조물의 구조와 종류에 따라 응답특성을 기록함으로써 국내 특성에 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 45

59 적합한 내진설계 기준을 수립하는데 매우 중요한 자료를 제공하여야 한다. 또 한 큰 규모의 지진이 아니라도, 건물이 중규모 지진에 흔들린 후 건물의 안전 성을 평가하고 내진설계 기준 초과 여부를 판단하는 근거로서 가속도계측 자료 는 반드시 필요한 것이다. 이러한 인식을 바탕으로 인천국제공항, 고속철도(KTX), 댐, 수화력발전소, 가 스정압기지 등에 지반 가속도 계측시스템과 병행하여 구조물 가속도 계측을 위 한 가속도 지진계측기를 설치하여 운용하고 있다. 일부 장대교량과 가스 또는 유류저장용 탱크 구조물에도 가속도지진계측기가 설치되어 있으나 설치요건만 만족하는 낮은 성능의 지진계를 설치하고 관리를 하지 않음으로 인하여 대부분의 가속도계측기들은 작동하지 않고 있는 실정이 다. 따라서 지진계측기의 사양에 대한 표준화, 시스템 관리 및 자료 전송 등에 대한 세부 규정이 마련되어야 한다. 지진관측망 운영기관 협의회에서는 2008년 6월 협의회 회의를 통하여 <표 III-2.1>과 같은 가속도센서와 지진자료획득 장비(기록계)의 표준화 사양(안)을 준비 중에 있다. 전자통신 기술의 발달로 인하여 지진자료획득 장비는 대부분 24bit 아날로그/디지털 변환기를 채택하고 있으며, 내구성을 확보하기 위하여 PC 보드 기반의 제품은 이동용 관측으로만 허용하고 영구 고정식 관측용으로 는 제한하는 것이 바람직하다. 가속도센서와 기록계의 동적범위는 120 db 이상 으로 제안하고 있으나 이는 기존에 설치된 구형 지진계를 고려한 것이며 가능 하면 더 높은 동적범위의 지진계측기를 사용하는 것이 권장된다. 지진계측기의 관리를 위해서는 지진계측기 검/교정에 대한 규정이 마련되어 야 하며 제시된 규정을 만족하는 기관에 대하여 검/교정 권한을 부여함으로써 새로 제작된 지진계측기의 경우 반드시 검/교정을 통과하도록 관리되어야 할 것이다. 지진방재차원의 가속도관측자료 활용을 위하여 지진재해대책법에서는 가속도 계측 자료를 중앙재해대책본부장에게 제출하도록 하고 있다. 각 기관의 가속도 계측 자료를 실시간 통합지진관측망으로 연계할 수 있도록 함으로써 중앙재해 대책 본부에서는 지진재해대응시스템을 통한 지진피해 예측에 적절히 활용할 수 있을 것이다. 46 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

60 장 비 항 목 내 용 가속 도센 서 지 진 자 료 획 득 장 비 (기 록 계) <표 III-2.1> 가속도센서와 기록시스템 표준화 사양 (안) 형태 이동코일 형태 성분 3축 성분(동서, 남북 및 연직 방향) 3축성분이 모두 케이스 내장형으로 전기적 차폐기능, 케이스 방수기능, 산화 피막 처리 및 수평 조절 기능 DC~50 Hz 이상 주파수 영역 0.1~50 Hz까지 5 % 이내 오차로 평활한 주파수 응답반응 유지 0.1미만, 50 Hz 이상에서 지반운동을 3 db 이내 정확히 감지 동적범위 120 db 이상 ±2 g, ±1.5 g, ±1.0 g, ±0.5 g 측정범위 ±2 g를 기준으로 하며 암반에 설치될 경우 ±0.5 g로 설정할 수 있다. (Full Scale) 사용자 요청에 의해 측정범위를 변경할 수 있고, 변경시 검증한 후에 사 용하여야 함. 전체범위(Full Scale)의 0.1 % 이내 출력전압 선형비 지반운동크기의 왜곡현상 방지 1 % 이내 성분간 감도오차 정확한 벡터(VECTOR) 성분 유추 가능 지진감지 Data 획득 및 처리장치 최대입력전압 이내 출력전압 지진응답계측의 포화 방지 출력방식 Single-ended 또는 Differential 출력 방수 기능이 있어야 하고 단단하고 견고한 재질로 제작된 케이스에 내장 지진자료 획득 장비로서의 내구성과 안정성을 위해 개발되어 검증된 제 품이어야 함. 범용의 PC 기반은 이동식으로 사용 가능하나 영구용 지 진관측소에는 부적합함. 기능 및 형태 지진감지 센서 조정 및 검증 기능 디지털 자료 처리 (Digital Signal Processing) 기능 동시 다중 작업 (멀티태스킹) 기능 매 초당 지진파형의 최대, 최소 및 평균 관측 값을 관측 후 3초 이내에 사용자가 지정하는 기관에 전송할 수 있어야 함. 채널수 3채널이상 아날로그-디지털 변환 24-bit 이상 (AD Converter) 동적범위 120 db 이상 트리거모드 (Trigger Mode) 자료획득 횟수 자료 기록시간 시각오차 자료전송 방식 STA/LTA 또는 Threshold 등. 단 자료를 연속적으로 저장하고 전송할 경우 트리거모드를 200 회/초 이상의 파형 및 샘플링횟수 재설정 가능 연속 자료 기록을 기본으로 하며, 트리거모드일 경우 Trigger 작동시점 을 기준으로 30초 전부터 50초 후까지 기록 5 msec 이내(GPS 보정 가능) Serial 및 IP 통신 방식 모두 지원 가능 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 47

61 3. 지진위험도 평가 및 개선 방안 3.1 지진위험도 평가 필요성 최근 중국 일본 등에서 대규모 지진이 발생하여 큰 피해를 주고 있으며, 우 리나라에서도 2004년 울진 앞바다 지진, 2007년 강원 오대산 지진 등이 발생하 여 지진재해에 대한 우려가 끊임없이 제기되고 있다. 1985년 멕시코지진 직후 대한건축학회에서는 우리나라를 세계의 지진구역으로 나누고 각 구역에서 지진 재해가능성을 평가하여 내진설계기준을 제시한바 있다. 그후 1995년 일본 효고 현 남부지진이 발생하여 국가 사회적으로 지진재해에 대한 관심이 고조되어 1996년 당시 건설교통부 의뢰로 한국지진공학회에서는 내진설계기준 연구의 일 환으로 우리나라의 전반적인 지진위험도를 계산하고 이를 근거로 지진위험지도 를 제시하였다. 지진위험도는 지진에 의한 인명 및 사회기반 시설의 피해를 최소화할 목적으 로 수행되는 내진설계는 국가 지진방재대책의 기본자료로 제공되는 것이다. 따 라서 향상된 수준의 지진위험도 평가 및 국가 지진위험지도 작성은 충실한 기 반자료와 기술적 토대를 바탕으로 이루어져야 한다. 지진위험도 평가에 있어서 입력자료와 계산과정을 통하여 전파되는 불확실성을 최소화하고, 평가 결과에 포함된 불확실성이 명확하게 파악되기 위하여 다양한 견해와 사용되는 방법론 에 대한 합의 도출 방안을 마련되어야 한다. 현재 우리나라에서도 지속적인 지진관측망의 확충과 지진계 성능의 향상으로 많은 양질의 지진관측 자료가 확보되고 있는 단계이며 관련 연구가 활성화되어 정밀한 지진위험도 평가와 관련된 기초자료의 질적, 양적 토대가 확보되고 있다 고 할 수 있다. 이에 따라, 그동안 이루어진 조사 및 연구결과를 종합하고 보완 하여 새로운 형태의 정밀한 국가 지진위험도를 작성하여야 할 필요성이 있다. 3.2 해외 지진위험도 평가 정책 방향 미국 1976년 이후 미국지질조사소(USGS)에서 확률론적 방법에 의한 국가 광역지 진위험도 지도를 발표하고 있으며, 약 5년마다 새로운 자료와 개선된 연구방법 을 적용하여 결과를 갱신하고 있다. 여기에 주요 대도시 지역에서 독자적으로 48 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

62 지역적인 상세한 조사와 지질구조 및 표토층의 효과를 고려하여 지진위험도를 평가하고 이를 종합하여 지역지진위험지도를 작성하고 있다. 이는 지역적으로 특징적인 지질구조나 지진활동특성을 면밀히 적용하여 국가광약 지진위험도를 보완하는 것이다. 지진위험도 평가는 전반적인 계산에는 확률론적 방법을, 세부적인 위험도 평 가에는 지진원을 가정한 결정론적 방법을 병행하고 병행하여 수행되고 있다. 가장 최신의 국가지진위험도 평가는 2002년에 발표된 바가 있다 일본 효고현 남부지진 이후 일본에서는 지진방재대책특별조치법에 따라 설치된 지 진조사연구추진본부에서 1999년부터 지진조사, 관측 및 연구 증진을 위한 기본 시책 을 마련하였다. 여기에서는 면과제의 하나로써 전국을 총괄하는 지진동예 측지도 작성을 목표로 약 10년의 장기 계획을 수립 시행하였고 있다. 이 과제는 확률론적 방법에 의한 지진위험도 작성과 특정 단충지진원을 가정 한 결정론적 지진동 예상지도 작성의 두 가지 형태 연구가 병행 추진되어, 2004년 말 부터에 국가지진위험도에 대한 정보제공 서비스를 시작하였다. 현재 도 기술적 평가방법 보완과 함께 확률론적 방법과 결정론적 방법의 연계방안 연구가 계속 추진되고 있다. 3.3 지진위험도 평가 개선 방안 지진위험도 평가 방법론 지진위험도 평가는 일정한 기간 동안 임의의 장소에서 지진에 의한 지반운동 의 최고치가 정해진 확률에 의하여 초과할 값을 계산하는 확률론적인 방법과 특정 지진원내 지진에 의하여 지진파 감쇠특성이 고려된 지진지반운동이 부지 에 영향을 미치는 정도로써 계산하는 결정론적인 방법으로 수행된다. 1) 확률론적 지진위험도 분석 방법 전통적 확률론적 지진위험도 분석은 광역 범위에서 활성단층을 포함하는 여 러 개의 지진원을 설정하여, 이들 지진원으로부터 발생하는 지진의 진동이 감 쇠를 통해 부지에 전달되는 지반운동을 확률적으로 계산함으로 이루어진다. 한 편 최근에는 지진활동과 관련된 활성단층과 같은 지진원 양상이 뚜렷하지 않은 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 49

63 지역에서 지진활동의 정도를 공간적으로 평활화하여 확률론적 지진위험도를 계 산함으로써 지진원 설정 및 역사지진자료에 있어서 불확실성을 줄이기 위한 방 법이 도입되고 있기도 하다. 최근의 단층조사 및 지진연구 결과를 반영한 지진원 설정 검토, 확률론적 지 진위험도 계산 프로그램의 계산 정확도 향상과 다양한 형태의 지진원 특성을 고려하기 위한 성능개선 필요성이 제기되고 있는 추세이다. 확률론적 지진위험 도 평가는 입력자료와 방법론에 있어서 다양한 견해를 반영하기 위하여 논리수 목의 활용을 극대화하고, 계산과정에서 이에 따른 불확실성이 명확하게 파악될 수 있도록 기술이 개발되어야 한다. 2) 결정론적 지진위험도 분석 방법 결정론적 지진위험도 평가 방법은 일반적으로 특정 기간 동안 특성지진의 발 생 확률이 충분히 높은 것으로 기대되는 지진원이 상세하게 정의될 때 사용된 다. 지진원은 지질학적 조사나 특성지진의 발생 이력을 통하여 평가가 가능하 다. 우리나라에서는 과거 지진활동에 대한 뚜렷한 지표증거가 없고 계기 지진 관측기록도 미비하여 주로 확률론적 방법이 사용되었으나 최근의 단층조사 및 지진연구 결과를 반영한 지진원 설정을 통하여 다양한 결정론적 지진 발생 시 나리오의 필요성이 제기되고 있다. 내진설계에 필요한 지진 시간이력과 응답스펙트럼 작성을 위하여 실제적인 단층파열 과정과 3차원 지진파 전파 특성 및 부지효과가 반영된 지진지반운동 의 평가가 이루어져야 하며, 그에 다른 결정론적 지진위험도 분석의 개념이 변 화되어야 한다. 3) 확률론적 방법과 결정론적 방법의 연계 확률론적 지진위험도 분석을 통하여 일정 기간 동안 임의 부지에서 지진지반 운동 수준의 초과확률을 계산하고, 지반운동의 최대치와 주파수 특성에 따른 위험도 곡선을 도출할 수 있다. 여기로부터 임의의 부지에서의 지진위험도 분 석 결과에 대하여, 지진 규모와 거리에 따른 격자를 구성하고 각 격자점에 해 당하는 지진요소가 부지의 지진위험도에 기여하는 정도를 평가하기 위한 지진 위험도 분해를 수행하고 최대의 기여도를 보이는 지진규모와 거리를 도출하며, 이 값은 해당 부지에 가장 빈번한 위해를 가할 수 있는 지진이 되면 결정론적 방법으로 개선된 지진위험도를 재평가 할 수 있다. 이는 지진위험도 분석 입력 자료를 검토하여 대표지진의 특성을 구체화하고 이에 따른 시나리오 지진원을 50 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

64 설정하여 결정론적인 방법에 의한 지진 위험도 분석을 수행하는 것이다 지진위험도 평가 입력 자료 개선 방안 지진위험도 평가를 위한 입력자료는 지진발생 기록, 활성단층을 포함한 지진 원 자료, 부지특성을 고려하기 위한 지반조사 자료 등으로 구성된다. 이들 입력 자료는 지진위험평가 결과에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 신뢰도 있는 자료 확보 방안이 준비되어야만 모든 활용주체가 인정할 수 있는 지진위험 평가 결 과를 제시할 수 있다. 각 입력자료들은 객관적인 방법에 의하여 설정되어야하고 관련 연구자 집단 에서 합의되어 공식화된 자료로 인증하는 절차가 필요하다. 이를 위하여서 입 력자료 선정 방법론 토의, 자료 특성 표준화 및 분류기준 등이 정립되어야 할 것이다. 국가의 지진방재 정책 수립 및 내진설계 기준 자료로 활용되는 지진위험도 평가는 다음과 같은 입력자료 관리 및 평가방법 개선이 필요하다. 이는 신뢰 있는 결과를 확보함으로써 평가 과정에서 불가피하게 제기되는 불확실성 문제 를 최소화하여 활용성을 높이기 위함이다. 역사 및 계기지진자료 상세검토 및 공개적으로 합의된 지진목록 확보 지진원 특성 설정을 위한 고지진학 및 제4기 단층 연구 결과의 정량화 통일된 지진 지체구조구 및 지진원 구역 설정 지진지반운동 감쇠관계식 정립 및 신규 연구결과 계속적 반영 권역별 천부지반 특성 자료 데이터베이스 구축 지진위험도 평가 범위 방안 지진위험도 평가는 국토 전체를 대상으로 하는 광역위험도 평가와 대상 지역 을 세부화하여 부지고유 효과를 고려한 지역위험도 평가로 수행될 수 있다. 광역 또는 국가지진위험도 평가는 광역적으로 전반적인 지진위험도 경향성을 파악하고 이를 기반으로 지진구역을 분할할 목적으로 수행되는 것이다. 이것은 일반적인 지질학 자료에서 얻어지는 기반암 부지를 가정하여 위험도 평가가 계 산되며 전반적인 지진지반운동 수준을 제공한다. 광역 지진위험도 평가자료는 부지고유 지진지반운동 평가 및 구조적 설계에 직접적으로 사용될 수는 없을 것이다. 제3장 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선방안 51

65 지역지진위험은 광역 지진위험도 평가에 사용된 입력자료를 그대로 활용하면 서 상세지역으로 세분화 및 각 단위구역내 상세 지질 및 지반 토양층 특성을 반영한 위험도 평가를 수행함으로써 가능하다. 광역평가와는 달리 부지효과를 고려할 수 있으며, 구역내 실질적인 부지교유 해석 및 구조적 설계에 기여할 수 있다. 지진위험도 평가와 이를 종합하여 작성되는 국가 지진위험지도는 적절한 지 진방재 대책수립에 활용된다. 이는 단지 지역별로 지진 위험정도 차이만을 제 시하는 것이 아니라 방재 정책의 단계를 설정할 수 있는 발생 가능한 지진위험 정도를 정량적으로 제시하기 때문에 가능하다. 또한 효율적 국토이용계획 수립 및 시설물 내진설계의 근간자료를 제공한다. 정확한 지진위험도 평가는 적정 내진설계를 유도하여 오히려 경제성 확보에 기여한다. 지방자치단체별 지역지 진위험도 작성 및 홍보는 지역 주민의 지진방재 의식 고취하여 실제 지진 발생 시 안전한 대응체계를 준비할 수 있다. 52 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

66 내진설계기준 검토 및 개선 방안 4장 1. 성능기반내진설계 1.1 현행 국내 내진설계법의 문제점 및 개정방향 현재 토목/건축분야와 관련된 대부분의 설계는 강제규정에 바탕을 둔 소위 " 사양설계법(prescriptive design methodology)에 바탕을 두고 있다. 사양설계법 에서는 구조물을 어떻게 구축할 것인가를 구체적으로 명시한 코드나 시방서를 따라야 한다. 결과적으로 실제 문제에서 발생할 수 있는 다양한 설계조건에 직 면하여 설계자의 합리적 판단을 행사할 수 있는 기회가 차단되므로 종종 매우 불합리한 설계로 귀결될 수가 있다. 이런 사양설계법의 불합리성 사례는 내화 설계분야에서 많이 제기되었고 이 분야가 성능기반설계 도입의 선두주자 역할 을 하고 있다. 반면 성능기반설계에서는 실제로 발생할 수 있는 다양한 설계조 건하에서 구조물이 만족되어야 하는 성능수준만 규정한다. 따라서 규정한 요구 성능이 만족됨을 입증할 수 있으면 원칙적으로 엔지니어는 어떤 설계방안이든 선택할 수 있다. 사양설계법이 과정지향(process-oriented) 접근법이라면, 성능기 반설계는 합리적이고 측정가능한 지표에 바탕을 두고 요구성능의 확보를 도모 하는 결과지향(product-oriented) 접근법이라 할 수 있다. 설계적 측면에서 사양설계법은 이미 익숙한 방법이고 실행에도 용이한 것이 사실이다. 일반적 조건의 구조물은 전통적 사양설계법을 적용해도 경제적 설계 가 대부분 가능하다. 하지만 사양설계법은 종종 필요 이상으로 보수적이고, 새 로운 재료나 혁신적 시스템 또는 프로세스에 적용할 경우 매우 불합리한 경우 가 생기기도 한다. 1994년 노스리지 지진과 1995년 효고현 남부 지진 당시 현 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 53

67 행의 응력기반 내진설계법(R factor method) 의 불합리성이 분명하게 지적된 이후 내진설계분야에서도 성능기반설계법이 상당한 설득력을 얻고 있는 상황이 다. 현행의 국내외 건축물 내진기준에서는 건물중요도 및 부지의 지진위험도에 따라 구조시스템, 해석법, 건물고 등에 강제조항을 부여하는 방식에 의해 간접 적으로 성능을 확보하려는 접근법을 택하고 있으나 설계기준이 불투명해지고 객관적 근거를 추적하기 어려운 부작용을 낳고 있다. 장기적인 관점에서 토목/건축공학분야의 많은 설계법이 현행의 사양설계법에 서 성능기반설계로 발전해 갈 것으로 예상된다. 이 성능기반설계법은 구조, 내 화, 환경 등의 각 세부 응용분야의 특성에 따라 다양한 절차와 형식으로 구현 될 것으로 예상된다. 성능기반설계법과 관련하여 아직 많은 기술적 해결과제가 남아 있고 법적/제도적 장애도 분명 존재하지만 매우 유용한 차세대 설계개념 임은 분명하다. 현재에 이루어지고 있는 많은 도전적이고 복잡한 대형 토목/건 축 프로젝트의 설계, 시공, 평가, 유지관리에 정성적이고 불분명한 성능기준에 토대를 둔 사양설계법을 적용하는 것은 많은 부분에서 부적절하다는 것이 중론 이다. 반면, 성능기반설계법은 양질의 구조물을 신속하고 비용효과적으로 구축 할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 적어도 성능기반설계법은, 사회와 발주자에 게 다양한 옵션의 목표성능을 합리적으로 선택할 수 있는 기회를 제공하고, 설 계자로 하여금 선택한 목표성능을 만족시키도록 설계를 수행할 것을 강제한다. 물론 이것은 설계자에게 휠씬 큰 부담과 창의성을 요구하지만, 새로운 대안이 나 혁신적 기술을 설계과정에서 적극 활용할 수 있는 기회가 될 것이다. 당연 히 엔지니어링 노력의 증대 및 고급화에 부합하는 설계용역비의 상승도 수반되 어야 할 것이다. 1.2 성능기반내진설계 도입의 필요성 최근 들어 사회기반 토목/건축 시설물의 내진설계 기준은 기존의 인명안전에 대한 목표 뿐만 아니라, 구조시설물의 기능에 따른 다양한 성능 목표 및 성능 한계상태를 만족시키는 한계상태 계층화에 따른 경제성을 동시에 만족시키는 성능기반내진설계법으로 변화해 가고 있는 추세이다. 특히, 미국, 유럽 및 일본 등의 선진국들은 성능기반내진설계법에 대한 다양한 연구 및 개발을 통해 설계 기준 및 절차를 확립해 나가고 있는 실정이다. 근래 건설시장의 자유화 등 국 제 무역관계와 관련하여, 현재 사회기반 구조물의 내진설계에 대한 기준들은 자국의 고유한 특성만을 반영하는 기준보다는 국제적으로 광범위하게 사용될 수 있는 기준들을 요구하고 실정인 반면에, 국내에서는 아직까지도 국제기준에 54 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

68 적합한 내진설계기준이 미흡한 것이 현실이다. 따라서 종래의 내진설계 방법의 단점들을 상당부분 극복할 수 있는 성능기반내진설계방법의 개발필요성이 대두 되고 있고 시급한 실정이다. 하지만, 현재 국내의 실정으로는 성능기반내진설계 방법 및 절차를 정량화하고 규정화하기에는 연구결과가 부족한 실정이므로, 국 내현실에 적합한 지역적, 환경적 특성을 고려한 폭넓고도 세밀한 실험 및 검증 해석연구가, 방법 및 절차의 단위 및 단계별로 필요한 실정으로 판단되고, 이와 관련된 다양한 연구과제 도출이 필요할 것으로 판단된다. 1.3 성능기반내진설계 동향 내진설계 분야에 있어서, 다양한 목표성능들을 만족시키는 성능기반설계에 대 한 중요성이 커짐에 따라, 성능기반설계의 개념과 수행절차들은 주요 연구주제 가 되어 왔고, 이러한 개념들을 내진설계에 바로 적용하기에 앞서 과도기적인 단계로써 지침서의 발간이 이루어져 왔다. 이에 따라, 1990년대 중반부터 미국 의 SEAOC (Structural Engineers Association of California, 이하 SEAOC) 에서 는 Vision2000 위원회를 결성하여 성능기반공학(Performance-based engineering) 의 개발에 착수하여 1995년에 지침서를 발간하였고, 이러한 성능기반공학 개념 에 기초한 구조물, 특히 건물구조물의 보수 및 보강 기법 연구결과들은 미국 연 방비상관리국(Federal Emergency Management Agency, 이하 FEMA)의 지원을 받아 FEMA 273 및 FEMA 274의 보고서 형태로 ATC(Applied Technology Council, 이하 ATC)에 의해 발간되었다. 또한, FEMA는 연방 기관이 성능에 기 초한 내진공학 기준을 개발할 수 있도록 시행 계획을 작성하였고 이를 FEMA 349 보고서 'Action plan for performance-based seismic design' 으로 발간하였 다. 뿐만 아니라, 성능기반내진설계에서 중요한 성능평가를 위한 해석절차의 정 립을 위해 FEMA의 지원 아래, ATC-55(Evaluation and Improvement of Inelastic Seismic Analysis Procedures)는 내진설계 및 구조물의 성능평가와 보 강을 위한 성능기반설계에 사용되는 비탄성해석의 적용성을 개선하기 위해 보 고서를 발간하였고, 이 결과를 바탕으로 하여 FEMA 440(Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures) 보고서가 발간되었다. 2004년 ATC는 FEMA의 지원을 받아 ATC-62(Advanced Seismic Analysis Methods-Resolution of Issues) 보고서를 착수하였고, 여기에서는 주로 비선형 강성저하 거동에 초점을 맞춰, 과거의 기법들을 검토하고 단위 구성요소 및 구 조시스템의 강성저하 거동에 관한 현재의 기법들을 포함하고 있다. 이런 연구결 과들을 바탕으로 하여 성능평가 및 내진보수 및 보강과 관련된 기준들은 미국 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 55

69 의 ASCE 31과 ASCE 41에 각각 명시되어 왔고, 성능평가를 위해 중요한 비선 형 해석 및 동적해석 등의 구조신뢰성 해석방법에 대한 기본절차들이 ATC3-06, ATC-33 그리고 ATC-58 등의 보고서를 중심으로 이루어지고 있다. 한편 Eurocode8 의 경우에는 엄밀한 의미의 성능기반설계는 아니라 하더라 도, 다양한 부분계수 및 한계상태를 이용한 성능기반 설계를 개념적으로 도입 하였고, 일본의 경우 2001년 일본강구조학회 등을 통해 토목강구조물 성능설계 가이드라인을 제시하였고, 2007년에는 일본토목학회의 강합성구조표준시방서의 총칙편에서 사용성을 구조물의 주요 요구성능으로 구분하였고, 이를 설계편의 사용성에 대한 요구성능 및 조사에서 자세히 설명하고 있는 등, 구조물 설계표 준을 성능중심형으로 하는 개정작업을 진행 중에 있다. 1.4 성능기반내진설계 절차 성능기반 설계에 대한 여러 가지 의견이 있을 수 있지만, 성능기반 설계의 가장 적절한 정의는, 구조물의 설계, 특히 내진설계에 대한 기준들이 기 정립된 일련의 다양한 목표성능 (혹은, 중복 목표성능) 혹은 요구성능 값들을 합리적으 로 만족시키는 방법 및 절차를 제공하는 것이라고 할 수 있다. 따라서 설계된 구조물이 기 정립된 다양한 목표성능을 만족한다면 어떠한 구조형식이나 구조 재료 및 기존의 설계기준에서 지원되지 않는 설계방법이라도 허용되어 질 수 있는 유연성을 내포하고 있다는 것이다. 구체적으로, 구조물의 목적과 목적에 부합되는 기능을 명시하고, 그 기능을 갖기 위해 요구되는 성능을 규정하고, 규 정된 성능을 구조물의 공용기간내 확보하여 구조물의 역할을 만족시키는 설계 방법이라고 할 수 있다. 성능기반설계에서는, 설계단계에서 가장 명백하게 고려해야 할 사항으로서 손 상 수준을 설계자 의도대로 제어할 수 있어야 한다. 이와 같은 손상 수준에 대 한 계획된 제어는 여러 가지 비선형 해석방법을 도입함으로써 얻어질 수 있다. 성능기반설계의 일반적인 절차는 다양한 설계방법들과 결부시켜 사용되어 질 수 있다. 그 중 하나는 현재까지 많이 사용되고 있는 하중기반설계(force-based design)와 결부시키는 방법이다. 즉, 기 정립된 목표성능에 부합되는 목표성능 을 구한 후, 목표성능에 따른 강도설계해석을 실시하여 변위와 손상도를 한계 목표성능과 비교하는 설계방법이 있을 수 있다. 또 다른 방법으로는, 구조물의 중요도 및 사용성에 따른 특정하중에 대한 목표 변위를 먼저 설정한 후, 성능 기반설계와 관련된 응답해석을 실시하는 설계방법이 있을 수 있다. 이와 같은 56 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

70 설계방법 및 절차의 선택은 설계자의 공학적인 판단에 상당부분 의존한다. 예를 들어, 지진하중에 대한 손상 평가시 변위는 중요한 성능변수가 될 수 있고, 따 라서 목표성능에 관한 변위응답을 변수로 선택하여 한계상태를 정의할 수 있다. 하지만 일례로, 단주기 구조물의 경우에 대해, 항복전의 한계상태 응답을 검 토할 때, 힘이나 응력과 관련된 기준들이 변위와 관련된 기준들보다 더 적절하 기 때문에, 단일 설계변수 선택은 구조물의 목표성능 검토에 적합하지 않을 수 도 있다. 따라서 구조물의 목표성능 검토를 위한 응답변수의 선택은 설계자의 공학적인 판단을 필요로 한다. 이와 같은 이유들로 인하여, 아주 최근에는 성능 기반설계, 목표성능 평가 및 현장시공까지를 총 망라한 성능기반지진공학 (performance-based earthquake engineering)의 개념도 대두되고 있다. 성능기반설계의 주요 절차를 간략하게 정리하면 아래와 같은 순서로 정리될 수 있다. 목표성능 및 설계하중에 대한 설정 요구성능(demand)과 능력성능(capacity)의 비교변수들에 대한 선택 및 정 의 (예: 변위, 소성힌지부의 회전, 단면의 곡률, 전단강도 등) 힘(force)과 변형(deformation) 성능의 계산 - 강도: 각국의 공인된 설계기준에 의한 계산 - 변형: 각국의 공인된 설계기준에 의한 계산 혹은 실험결과 인용 힘과 변형에 대한 요구성능(demand)의 산출: 다양한 구조해석을 수행 요구성능/능력성능(demand/capacity, D/C)에 대한 비교 - D/C 비율이 1보다 작을 경우에는 설계 타당 - D/C 비율이 1보다 클 경우에는 요구성능(demand) 혹은 능력성능 (capacity)을 변화시켜 설계 변경 즉, 구조물의 기능적 요구에 따른 설계하중과 공용기간내의 요구성능 혹은 목표성능을 설정한 후, 구조부재 및 구조시스템의 기능과 목적에 부합되고, 성 능에 지배적이고 필요로 되는 응답변수들의 선택 및 성능기준 등을 정의한다. 이렇게 설정되고 정의된 목표성능 및 그에 따른 응답변수들을 기본가정으로 출 발하여 기존의 정립된 설계절차에 따라 능력성능을 산출한다. 이 단계에서는 설계기준에 제시되어 있지 않은 구조시스템, 구조재료 및 형식이라 할지라도, 구조물이 설정된 목표성능을 발휘할 수 있는 양질의 타당성이 검증된다면 사용 할 수 있도록 하는 설계의 유연성을 내포하고 있다. 그 후, 다양한 구조해석(성 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 57

71 능기반설계에서는 비선형해석이 허용함)을 수행하여 요구성능을 구한 후, 요구 성능과 능력성능에 대한 비교를 통해 설계의 적합성을 판단하게 된다. 이와 같 은 절차에서 중요한 단계중의 하나는 요구성능의 산출에 필요로 되는 비선형구 조해석 기법이다. 현재 여러 가지 다양한 비선형구조해석 기법들이 개발되어 사용되고 있지만, 설계실무에서의 사용은 여러 이유로 인해 아직까지는 제한적 이다. 따라서 설계실무에서 간편하고 유용하게 사용할 수 있는 신뢰성있는 비 선형 구조해석 기법 및 프로그램에 대한 인식의 변화가 시급히 필요로 된다. 1.5 제언 합리적인 성능기반내진설계가 체계화되기 위해서는 우선, 사회와 발주자에게 다양한 옵션의 목표성능을 합리적으로 선택할 수 있는 기회를 제공하고, 설계 자로 하여금 선택한 목표성능을 만족시키는 설계가 되도록 해야한다. 이를 위 해서는 국내현실에 적합한 체계적이고 효율적인 구조부재 및 구조물의 성능기 반내진설계 절차의 확립과 함께, 상위기준으로 구조부재 및 구조시스템별 요구 성능 및 목표성능의 정의 및 명시, 그리고 성능평가를 위한 비선형 구조해석기 술 기법, 절차 및 허용범위의 확립이 필요로 된다. 2. 건축물 내진설계기준의 검토 및 개선방안 2.1 내진설계기준 검토 지진하중 1985년 멕시코 지진 이전까지만 하여도 우리나라에서는 일반적으로 지진에 대한 위험도가 낮다고 생각하여 구조물 설계시 지진의 영향을 고려하지 않았 다. 그러나 1978년의 규모 5정도의 홍성지진의 여파, 비록 외국이지만 1985년 멕시코 지진에서 보여준 막대한 인명과 재산피해에 자극을 받아 관계 법령에 내진설계조항이 1988년 처음으로 추가되었다. 이후 1997년 건설교통부가 한국 지진공학회에 의뢰하여 내진설계기준연구가 수행되어 일부 관련기준에 개정이 있었다. 이후 2005년 건축학회 주관으로 하중기준 및 각 재료별 설계기준을 집 성하여 단행본 형태로 건축구조설계기준(KBC 2005)을 제정하면서 지진하중을 58 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

72 대폭 수정하게 되었다. 다음은 국내 지진하중 및 내진설계와 관련된 주요 변동 사항에 대한 개괄적인 설명이다. 1) 1988년 내진설계기준안 우리나라 최초의 내진설계기준으로 대한건축학회 에서 86년 6월부터 기준 작 성을 시작하여 87년 1월에 건축물의 내진구조 및 방재기준에 관한 연구 의 결 과보고서를, 동년 12월에 내진설계지침서 작성에 관한 연구 보고서를 건설부 에 제출하였다. 이 보고서는 근간은 당시론 가장 진보된 내진기준안인 미국의 ATC 3-06(1978)에 바탕을 둔 것으로서 이후 국내 내진설계의 뼈대를 이루었으 며 2005년 건축구조설계기준(Korea Building Code)이 적용되기까지 큰 틀의 변 동은 없었다. 이 기준의 내진설계 주요내용은 다음과 같다: 1 밑면전단력 V (R : 반응수정계수, W : 구조물의 자중) 2 지진위험도 : 50년 동안 초과확률이 10%인(재현기간 476년) 최대지반가속도 를 기준 <표 IV-2.1> 지진구역계수 (재현기간 476년에 해당) 지역계수 지진구역 지진구역 1 지진구역 2 A 중요도 등급 : 중요도 1,2,3 등급에 대하여 I =1.5, 1.2, 1.0의 값을 사용 4 반응스펙트럼 : 동적계수 C로 표현되며, 지반계수를 곱한 값이 1.75를 초과 하지 못함. (T : 구조물의 주기) 5 지반종류 : 지반 1,2,3으로 각 등급별 지반계수 S =1.0, 1.2, 하중조합 및 기타: 하중조합은 재료설계기준의 조합을 따랐고(콘크리트는 강 도설계법, 강구조는 허용응력도설계법) 내진상세에 인식이 충분치 않은 상태 로 내진설계가 수행되는 경우가 있었던 것이 사실이다. 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 59

73 2) 1997년 내진설계기준연구(II) 내지설계기준연구(II)는 1997년에 한국지진공학회에서 연구를 수행하였으며 부제목은 내진설계 성능기준과 경제성 평가 이다. 부제목에서 보는 바와 같이 연구의 주요내용은 각 시설물 <도로교, 고속철도, 공항, 항만, 지중구조물, 댐, 터널, 도로, 철도, 건축물>에 대한 내진설계 성능기준을 연구하였으나 건축관계 법령에 성능기준의 내용은 반영되지 않았지만, 토목 분야의 내진설계기준의 기 반이 되었다. 지진하중에 대한 주요 변경사항은 다음과 같다. 1 지진위험도 : 성능기반 내진설계를 염두에 두고 설계지반운동을 평균재현주 기 100년, 200년, 500년, 1000년, 2400년 수준으로 아래 표와 같이 상세하게 구분하였다. 아래 표에서 위험도계수는 500년 재현주기 지진에 대한 재현주 기별 최대지진가속도의 상대크기를 정의하는 계수이다. <표 IV-2.2> 지진구역계수 (재현기간 500년에 해당) 지역계수 지진구역 I II Z(g의 값) <표 IV-2.3> 위험도계수 재현주기(년) 위험도계수 I 지진계수와 지반의 종류 : 지반의 종류를 6개의 등급으로 조정하였으며 그 에 따른 지진계수 Ca와 Cv를 정하여 설계응답스펙트럼을 작성함. <그림 IV-2.1> 표준 설계응답스펙트럼(5% 감쇠비) 60 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

74 3) 2005 건축구조설계기준 건축구조설계기준은 편재되어 있던 하중기준과 철골 및 철근콘크리트 등의 각 재료별 설계기준을 종합화하여 체계적이고 일관성이 확보된 구조설계가 가 능하도록 하였다. 지진하중의 경우에 다음과 같이 설계 기준하중을 포함한 많 은 변화가 있었다. 1 지진하중 산정식: C s = S D 1 [ R I E ] T 단, SD1은 주기 1초에서 설계스펙트럼의 가속도의 값이고 IE 는 중요도 계수. 또한 특별지진하중의 설정 등 비정형의 건물에 대한 내진설계가 강화되었다. 2 설계스펙트럼과 지반의 종류 : 설계지진은 최대발생가능지진(Maximum Considered Earthquake, MCE)인 2400년 재현주기 지진의 2/3값으로 정의 하였으며, 이를 위하여 5개의 지반종별에 대하여 1997년에 산정된 지진구 역계수 A에 M=1.33과 해당하는 지반별 증폭계수를 곱하도록 조정되었다. <표 IV-2.4> 단주기 설계스펙트럼 가속도 S DS <표 IV-2.5> 단주기 설계스펙트럼 가속도 S D 1 지반종류 지진지역 1 2 지반종류 지진지역 1 2 S A 1) 2.0 M A 1.8 MA S B 2.5 MA 2.5 MA S C 3.0 MA 3.0 MA S D 3.6 MA 4.0 MA S E 5.0 MA 6.0 MA S A 0.8 MA 0.7 MA S B 1.0 MA 1.0 MA S C 1.6 MA 1.6 MA S D 2.3 MA 2.3 MA S E 3.4 MA 3.4 MA 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 61

75 S a SDS 0.6 T + 0.4S T O DS S DS S D1 S / a = SD1 T S DS TO TS 1.0 period T (주기) <그림 IV-2.2> 표준 설계응답스펙트럼 3 중요도 등급 : 중요도 특, I, II등급에 대하여 IE =1.5, 1.2, 1.0의 값을 사용 4 하중조합 : 강도설계와 허용응력설계 수행시에 지진하중의 계수를 1.0과 0.7 로 제시하여 지진하중 산정의 합리화를 기하였다. 4) 건축관련법에 나타난 내진설계 대상의 변천 국내 구조설계의 근거가 되는 건축물의구조기준등에관한규칙 에 1988년부터 내진설계의 조항이 포함되었으며 <표 IV-2.6>과 같이 여러 차례의 개정에 의하 여 내진설계 대상이 확대되고 강화되었다. <표 IV-2.7>은 건축법 시행령에 나타 난 내진설계 대상의 변동상황을 요약한 것이다. 초기 1988년에 내진설계가 시 행될 때에는 급작스런 내진설계 도입에 따른 경험부족과 구조비용의 부담을 감 안하여 6층 이상으로 내진설계 대상을 제한하였는데, 이러한 내용은 큰 변동없 이 유지되다가 2005년에 내진설계 대상이 3층 이상으로 확대되었다. 62 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

76 <표 IV-2.6> 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 의 내진관련 주요 개정 내용 연 도 개 정 사 유 주요 내용 지진에 대한 건축물의 안전대책을 강구하기 위하여 내진설계기준에 관한 규정을 신설 건축물의 구조안전 확 인시 지진에 대한 안전 여부를 확인하여야 하 는 대상건축물을 정함 내진설계기준이 적용되 는 대상건축물의 범위 를 확대 조정 최근의 연구결과 및 기 상통계자료에 따라 내 진설계기준이 적용되는 지역 및 대상건축물의 범위를 확대 조정 건축물의 구조계산에 적용되는 설계하중의 종류에 지진하 중을 추가하고, 동지진하중의 산정방법을 정함(영 제9조제1 항 및 영 제14조). 지진에 대한 안전여부의 확인을 받아야 하는 건축물의 범 위에 연면적이 1천 제곱미터이상인 위험물저장 및 처리시 설, 노유자시설, 연면적이 5천제곱미터이상인 운동시설 운 수시설 및 전시시설등을 추가함(제7조의2) 지진에 대비하여 안전확인을 받아야 하는 건축물의 범위를 판매시설은 연면적 1만 제곱미터 이상에서 5천 제곱미터 이상으로, 아파트는 6층 이상에서 5층 이상으로 확대함(제7 조 및 제14조제2항). 가. 종전에는 광주광역시 강원도 전라남도 제주도 등의 경 우에는 다른 지역에 비하여 강화된 내진설계기준을 적 용하던 것을, 최근의 연구결과와 기상통계자료에 따라 수도권 광역시 경상남북도 등을 강화된 내진설계기준이 적용되는 지역에서 제외함(제6조제1항 및 별표2). 나. 종전에는 15층 이상인 아파트의 경우 5층 이상 14층 이 하인 아파트와 동일한 내진설계기준을 적용하던 것을, 15층 이상인 아파트에 대하여는 5층 이상 14층 이하인 아파트보다 강화된 내진설계기준을 적용하도록 하고, 내진설계기준이 강화되는 숙박시설 오피스텔 및 기숙사 의 범위를 6층 이상에서 5층 이상으로 확대함(제6조제1 항 및 별표3). 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 63

77 <표 IV-2.7> 건축법시행령 에 나타난 내진설계 대상 관련법령 내진설계대상 비 고 건축법시행령 건축법시행령 가. 6층이상의 건축물과 제7조제1호 <21층 이상이거나 연 면적 10만 제곱미터이상인 건축물. 다만,공동주택 및 공장을 제외> 제2호 <건설부장관이 국가안보상 필요 하다고 인정하여 지정하는 건축물> 및 제4호의1에 해 당하는 건축물<국가적 문화유산으로서의 보존가치가 있는 박물관 기념관 기타 이와 유사한 것으로서 연면 적의 합계가 5천 제곱미터이상인 건축물> 나. 지진구역에 관하여 건설부령이 정하는 지진구역2의 지역내에 건축하는 건축물로서 당해 용도에 사용되는 바닥면적의 합계가 1천 제곱미터이상인 종합병원 병 원 발전소 공공업무시설 통신촬영시설중 방송국 전신 전화국, 바닥면적의 합계가 5천 제곱미터이상인 관람 집회시설 및 바닥면적의 합계가 1만 제곱미터이상인 판매시설 내진설계 의무화 대상을 6층 이상 또는 연면적 1만 제곱 미터 이상인 건축물에서 3층 이상 또는 연면적 1천 제곱 미터 이상으로 확대함. 6층 미만의 대다수의 건물이 내진설계 되지 않음 콘크리트구조 우리나라의 RC기준의 변천의 주요 경계점으로는 1972년 허용응력도설계법의 철근콘크리트구조 계산규준 과 1988년 극한강도설계법의 극한강도설계법에 의한 철근콘크리트 구조 설계기준 을 들 수 있다. 1988년 기준은 미국의 강도설계법을 근간으로 하고, 국내의 상황을 고려하여 부분적으로 채택하였다. 이 기준의 부록A에 내진설계를 삽입하였으며 보와 기 둥과 내력벽에 대한 개략적이 내진설계의 내용을 포함하였다. 이러한 강도설계 법의 법적 근거는 1992년 6월에 건축물의구조기준등에관한규칙 에 처음으로 고 시되었다. 국내 건축분야에서 철근콘크리트구조계산기준 과 토목에서 콘크리트표준시 방서 설계편 이 각각 사용되었으나, 1999년 통합된 콘크리트구조설계기준 이 제 정되었다. 이 기준에서 내진설계시의 고려사항은 21장에 기술되어있으며 일반 규정과 골조에 대한 요구사항으로 구성되었다. 2007년의 콘크리트구조설계기준 에서는 내진설계시 특별고려사항 에 특수전 단벽과 특수모멘트골조 및 접합부와 중간모멘트에 대한 골조 설계에 대한 상세 한 내용을 보완하여 변형에 근거한 설계가 가능하도록 하였다. 국내 공동주택에 많이 사용되는 내력벽시스템과 관련된 벽체설계의 부분은 64 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

78 콘크리트 구조 설계에 강도설계법이 1988년에 도입되면서 많은 변화가 있었다. 특히 대한건축학회 주관으로 1992년에 철근콘크리트 내력벽식 건축물구조 설 계지침 을 제정하게 되면서 벽식 구조물에 대한 철근의 상세에 대한 기준이 제 안되었다 강구조 국내에서 내진설계가 시행된 지 거의 20년이 경과하였으나 강구조내진기준이 불비한 상태에 있었기 때문에 기준화 작업의 필요성은 오래 전부터 학계 및 실 무계 모두로부터 제기되어 왔다. 즉 1988년 이래 지진하중은 존재하지만 강구 조물의 내진성능을 실질적으로 담보해주는 설계법 및 상세가 실무차원에서 부 재하는 상황이 오래 동안 지속되어온 것이 사실이다. 특히 1994년 Northridge 지진 및 1995년 Kobe 지진에서 발생한 예기치 않은 용접 모멘트접합부의 취성 파괴는 강구조물의 내진성능에 대한 기존의 낙관적 통념에 일대 경고를 가하는 계기가 되었고 이를 해결하기 위한 방대한 연구가 국제적으로 진행된 바가 있 다. 선진국에서는 양 지진 이후의 연구성과를 반영하여 강구조건물의 내진성능 을 실효적으로 확보할 수 있는 방향으로 내진기준을 대폭 개정하였다. 한편 건축구조설계기준(KBC 2005)의 도입 이후 강구조물의 내진설계에 활용 될 수 있는 구조시스템 및 내진상세의 미비로 인해 실무설계에서 많은 어려움 과 혼선을 겪어왔다. 다행히 최근 한국강구조학회에서는 강구조건물의 내진기 준을 제정하는 작업을 수행하여 국토해양부의 KBC 2008 고시안으로 제출한 상 태이다. 건축구조설계기준과 강구조설계기준과의 연계성을 감안하여 AISC-LRFD 2005 내진기준을 근간으로 작업을 수행하되 국내 여건에 최대한 부 합되도록 많은 노력을 경주하였다. 강구조내진기준에서는 최근 국내에서 개발된 우수한 성능의 내진용 강재를 적극 도입하고, 가능한 한 국내의 데이터 및 실험 자료에 근거하여 내진설계를 위한 물성치나 실증적 접합상세 및 설계근거를 제 시하고자 노력한 점이 주목된다. 본 강구조내진기준의 도입으로 실무설계에서 활용가능한 지진력저항시스템의 종류가 30여 가지 대폭 확대되고 설계근거가 명확하게 제시되어 강구조물의 내진성능향상에 크게 기여할 것으로 기대된다 제언 이상에서 간략히 살펴본 바와 같이 1988년 내진설계기준이 국내에 도입된 이 래 많은 변천과 발전이 있었다. 하중기준과 각 재료별 내진설계기준은 주로 미 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 65

79 국의 최근 기준을 근간으로 국내 상황에 부합되게 변용하는 방식으로 제안되었 고, 적어도 지진하중과 재료별 설계기준이 일관성 있는 체계를 이루고 있다. 또 한 그간 상당한 연구인력의 확충과 연구경험의 축적이 이루어지고 실무차원의 내진설계에 대한 이해가 높아진 것도 사실이다. 그러나 다음과 같은 부분에 대 한 지속적 관심이 요구된다: 내진설계의 기본원리와 설계기준의 배경에 대한 오해 또는 이해부족은 종 종 구조비용의 낭비를 가져오거나 내진성능이 결여된 구조물을 초래하곤 한다. 특히 새로이 도입된 설계기준의 배경을 올바로 이해하고 실제 설계 에 합리적이고 비용효과적으로 설계기준을 적용할 수 있는 실무자 양성을 위한 종합적이고 체계적인 내진설계교육 프로그램이 필요한 실정이다. 국내의 설계 및 시공관행에 의해 축조되는 지진력저항시스템의 내진성능평 가를 위한 실험자료의 축적이 매우 희소한 실정이다. 적어도 대표적으로 널리 사용되는 시스템의 접합상세에 대한 신뢰도 높은 내진성능 평가실험 을 수행하여 자료를 축적한 후 향후 내진기준의 개선이나 개정에 실증적 근거로 활용할 필요가 있다. 새로이 도입된 내진설계기준을 실제 설계에 적용할 때 국내의 실정에 부적 절하거나 공학적으로 불합리한 결과를 초래되는 사례가 발생할 수 있다. 구조기술사회 등의 실무전문가 집단을 통해 피트백 받아서 검토 및 심의하 고 향후 내진기준의 개선에 활용하는 합리적 체계를 구축할 필요가 있다. 구조물의 내진성능은 구조설계자가 의도한 기술적 내용이 현장에서 실제로 구현될 때 실효적으로 확보되는 것이므로 이 구현과정이 제대로 이행되는 데 제도적 문제점은 없는지 다시 한번 점검할 필요가 있다. 2.2 건축물의 성능기반내진설계 및 제도적 개선사항 건축물의 성능기반내진설계 과거 수십 년 동안 건축분야에서는 전통적 한계를 넘어서는 재료, 구조시스 템 및 구법을 지속적으로 발전시켜 왔다. 1980년대를 기점으로 미국과 일본의 많은 시설물들에 혁신적인 능동, 혼합, 수동 제어기가 설치되고 있다. 현재 일 본과 미국 등의 설계기준은 성능기반설계를 수용하도록(특히 스마트 구조의 응 용과 관련하여) 개정되었다. 국내에서도 제진장치에 관한 연구와 설치사례가 점 66 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

80 차 증가하고 있는 추세이다. 그러나 국내의 경우 제진장치를 이용하여 내진설 계나 내진보강을 할 경우 관련 규정이나 법규가 마련되어 있지 않기 때문에 실 제 적용에 있어 많은 어려움과 혼선을 겪고 있다. 비교적 강풍대에 속하지만 중약지진대에 속하는 국내의 횡하중 환경은 바람 직하지 않은 초고층건물의 설계관행을 조장하곤 한다. 즉 지진하중과 풍하중의 겉보기 크기 비교를 근거로(초고층의 경우 겉보기 설계풍하중이 월등히 큰 경 우가 대부분임) 풍하중에 대한 설계에만 치중하고 내진성능에 대한 합리적 검 증을 간과하는 경향이 있다. 그러나 외견상 풍하중이 지배적인 경우에도, 설계 용지진(DBE, 가령 재래기 500년) 또는 최대고려지진(MCE, 가령 재래기 2500년) 이 내풍설계된 구조시스템에 미칠 수 있는 여러 임팩트를 합리적으로 평가하여 건물주 및 입주자 등의 이해당사자(stakeholders) 또는 일반대중에게 제시할 수 있어야 한다. 최근의 초고층건물의 구조시스템은 현행 내진기준에 서 취급할 수 없는 소위 "비정의 시스템(undefined system)"이므로 현행의 R-factor 내진설 계법의 적용에 많은 무리가 따른다. 실무엔지니어가 R factor 를 정의하고 설계 과정에서 이의 타당함을 입증해야 하는데 이는 현실적으로 매우 어려운 문제이 다. 이 경우 성능기반내진설계법이 가장 합리적인 대안이 될 수 있고 이와 관 련한 기술축적도 어느 정도 이루어진 상태이다. 국가에 따라 약간의 차이가 있 지만 일본, 중국, 미국 서부의 경우 초고층건물에 대한 성능기반설계절차의 수 행을 요구하고 있는 실정이다. 금년 초에 발간된 CTBUH(세계 고층건물 및 도 시주거 위원회)의 내진설계 문건 역시 초고층건물의 성능기반설계 필요성을 강 력히 주장하고 있다. 당분간 성능기반설계개념을 100% 반영한 설계기준의 출현은 현실적으로 어 려울 것으로 예상된다. 그러나 성능기반설계의 적용을 위한 기술적 축적이 어 느 정도 이루어진 분야, 초고층구조 또는 기존 설계기준에서 포괄할 수 없는 특수구조와 같이 사양설계법에 의한 접근법이 매우 불합리한 결과로 이어질 수 있는 구조에 대해서는 성능기반설계법의 적용에 장애가 되는 법적/제도적 제한 조건을 과감하게 완화할 필요가 있다 제도적 개선사항 1) 내진설계 안전확인의 주체 건축법 시행령 제91조의3(관계전문기술자와의 협력)의 1항에서 다음의 건축 물에 대한 제32조의 규정에 의한 구조계산은 국가기술자격법에 의한 건축구조 기술사 또는 이와 동등이상의 기술능력이나 자격을 갖추었다고 건설교통부령이 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 67

81 정하는 자(이하 구조기술사등 이라 한다)가 하여야 한다. 1. 층수가 16층이상 인 건축물 2. 기둥과 기둥 사이의 거리가 30미터이상인 건축물 등 으로 규정 하고 있다. 따라서 대다수의 건물인 <16층 미만이고 기둥과 기둥사이 거리가 30미터 미만의 건물>에 대하여 내진설계의 안전확인을 구조기술자가 하지 않아 도 된다. 즉, 구조기술자가 아닌 다른 분야의 종사자에 의하여 국내 대부분의 건물을 내진설계하는 현실은 고도의 기술과 전문성을 요구하는 내진설계내용의 부실화를 초래하고 국가 및 국민의 공공 안전성을 크게 위협하므로 이에 관련 된 법령의 조속한 개정이 필요하다. 2) 내진설계의 대상 헌법과 건축법의 취지와는 달리 시행령에서는 건축주나 건축물사용자(국민) 위주가 아닌 설계자 위주로 규정되어 있다. 예컨대 건축법에서는 건축법의 대 상이 되는 모든 건축물이 지진에 대하여 안전한 구조를 가져야 한다. 고 규정 하고 있으나, 시행령에서는 3층 이상이거나 1,000m2 이상인 건축물 등에 대해서 만 지진에 대하여 안전여부를 확인하라 고 규정하고 있다. 이러한 규정은 설 계자가 수행해야 할 업무량을 줄여주려는 편의만을 배려하고 있다는 비난을 피하기 어렵다. 국민들은 층수와 면적에 관계없이 모두 안전한 건축물에 살고 싶어 한다. 높고 큰 건물을 사용하는 사람이나 낮고 작은 건물에 기거하는 사람 이나 모두 국가가 보호해야할 국민인 것이다. 세계 어느 나라에서도 건축물 규 모별로 구분하여 국민의 생명과 재산권을 차별하는 법령은 찾아볼 수 없다. 지 진하중은 단주기의 건물에 더 크게 작용하므로 건물이 낮다고 해서 지진위험도 가 반드시 낮은 것은 아니다. 3층 미만의 건축물에 대해서도 최소한 내진성능 은 확보될 수 있도록 할 수 있는 방안에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 3) 리모델링에 대한 기준 현재 국내 건축시장은 친환경적인 사항을 고려하여 재건축보다는 리모델링을 수행하여야 하는 상황이고 향후 리모델링에 대한 수요는 계속 증가할 것으로 예상된다. 리모델링을 하는 경우에도 신축과 동일한 내진기준을 적용하도록 되 어 있어 종종 리모델링이 불가능하거나 내진기준의 조항이 사문화될 수도 있 다. 경직된 리모델링 내진설계는 건물의 생애비용을 고려하여볼 때 과도한 비 용을 초래하게 되므로 외국의 선진사례와 같이 리모델링에 합당한 수준의 내진 보강기준을 제정할 필요가 있다. 68 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

82 3. 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 3.1 교량 내진설계기준 현황 및 문제점 교량 내진설계기준 현황 지난 1978년 이후 최근까지 국내에서 발생한 진도 4.0 이상의 지진이 대략적 으로 20번 이상이 될 정도로, 우리나라도 더 이상 지진에 대해 안전지대는 아 닌 것으로 판단된다. 최근, 2007년 1월 20일에 발생한 오대산 지진의 경우, 기 상청에서 운영중인 대관령관측소 (진앙지 거리 약 8km)에서 기록된 지진의 최 대지반가속도가 0.15g (N-S 성분)로 관측되었고, 이 최대지반가속도는 국내 도 로교 설계기준에서 제시하고 있는 설계 최대지반가속도 0.154g에 근접한 값을 나타내었다. 하지만 국내의 내진설계기준의 경우, 지진에 대한 직접적인 피해사례의 부족 및 그에 따른 연구의 미비로 인하여 전반적으로 중 약진 지역인 우리나라에 미국의 캘리포니아와 같은 강진지역의 설계규정을 도입하여 상당히 안전측으로 내진설계가 이루어지는 경향을 나타내고 있다. 국내 도로교 내진설계기준은 (2005) 건설교통부 연구과제 내진설계기준연구 (II) (1997년 12월)에서 제시된 내진설계성능기준 (건축물 내진설계기준의 검토 및 개선방안의 나 항 참 조) 및 기타 연구결과 중 현재 수준에서 인정할 수 있는 일부 규정을 기존 설 계기준의 체계에 맞도록 채택하여 제정되었다. 내진설계 개념의 특징은 지진의 발생빈도와 지반운동의 세기, 교량의 중요도 등에 따라 요구되는 내진성능을 기능수행수준과 붕괴방지수준으로 구분하여 만족시키도록 규정하고 있다. 국내 도로교 내진설계와 관련된 주요 사항에 대한 개괄적인 설명은 다음과 같다. 지진구역계수 : 각 지진구역에서의 평균재현주기 500년 지진지반운동에 해 당하는 지진구역계수는 <표 IV-3.1>과 같다. <표 IV-3.1> 지진구역계수 (재현주기 500년에 해당) 지진구역 I II 구역계수 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 69

83 위험도계수 : 평균재현주기별 최대유효지반가속도의 비를 의미하는 위험도 계수는 <표 IV-3.2>와 같다. <표 IV-3.2> 위험도계수 재현주기 (년) 위험도계수 교량이 위치할 부지에 대한 지진지반운동의 가속도계수는 <표 IV-3.3>에서 규정된 내진등급별 설계지진의 재현주기에 해당되는 위험도계수를 지진구 역에 따른 지진구역계수를 곱하여 계산한다. 내진등급과 설계지진수준 : 교량의 내진등급은 <표 IV-3.3>과 같이 교량의 중요도에 따라 내진 I 등급과 내진 II 등급으로 분류하고, 내진등급별로 규 정된 평균재현주기를 갖는 설계지진에 대하여 설계되어야 한다. <표 IV-3.3> 도로교의 내진등급과 설계지진 내진등급 교량 설계지진의 평균재현주기 내진 I 등급교 - 고속도로, 자동차전용도로, 특별시도, 광역시도 또는 일반국도상의 교량 - 지방도, 시도 및 군도 중 지역의 방재계획상 필요한 도로에 건설된 교량, 해당도로의 일일 계획교통량을 기준으로 판단했을 때 중요한 교량 - 내진 I 등급교가 건설되는 도로위를 넘어가는 고가교량 1000년 내진 II 등급교 내진 I 등급교에 속하지 않는 교량 500년 응답수정계수: 교량의 각 부재와 연결부분에 대한 설계지진력은, 탄성지진 력을 <표 IV-3.4> 의 응답수정계수로 나눈 값으로 한다. 다만, 하부구조의 경우, 축 방향력과 전단력은 응답수정계수로 나누지 않는다. 70 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

84 하부구조 R 연결부분 R 벽식교각 2 상부구조와 교대 0.8 철근콘크리트 말뚝 가구 (bent) 1. 수직말뚝만 사용한 경우 2. 한 개 이상의 경사말뚝 단일기둥 3 <표 IV-3.4> 응답수정계수 R 3 2 상부구조의 한 지간내의 신축이음 기둥, 교각 또는 말뚝 가구와 캡빔 또는 상부구조 강재 또는 합성강재와 콘크리트 말뚝가구 1. 수직말뚝만 사용한 경우 2. 한 개 이상의 경사말뚝 다주 가구 기둥 또는 교각과 기초 1.0 탄성지진응답계수 : 설계하중을 결정 1 설계하중의 결정에 쓰이는 탄성지진응답계수 Cs C s = 1.2 AS T 2/3 2 m번째 진동모드에 대한 탄성지진응답계수 Csm C sm = 1.2 AS T 2/3 m 3 Tm 값이 4.0초를 넘는 구조물에 대해서 m번째 진동모드에 대한 Csm C sm = 3AS T 4/3 m 콘크리트교설계의 최소 횡방향 철근 : 기둥의 상부와 하부에서, 소성힌지에 서의 심부구속을 위한 횡방향 철근규정 1 원형기둥의 나선철근비 ρ s 는 다음 값들 중 큰 값 ρ s = 0.45 [ A g A c -1 ] f ck f y 또는 ρ s = 0.12 f ck f y 2 사각형기둥에서 횡방향 철근의 총 단면적 Ash는 다음 값들 중 큰 값 A sh = 0.30 ah c f ck f y [ A g A c -1 ] 또는 A sh = 0.12 ah c f ck f y 위에서 언급된 국내 도로교 내진설계와 관련된 주요 사항에 대한 개괄적인 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 71

85 설명중 주로 문제가 제기된 부분은 (5) 항과 관련되어 있다. 철근콘크리트교량 교각에 과도하게 배근되는 심부구속철근의 경우, 내진설계에서 필요로 되는 최 소 심부구속 철근에 대한 우리나라의 도로교 설계기준은 미국의 AASHTO 설 계기준을 기본으로 하고 있다. AASHTO 내진설계기준은 높은 심부구속 철근비 를 소성힌지구간에 적용한 충분한 연성거동을 확보하는 설계개념을 채택하고 있다. 물론, 높은 심부구속 철근비는 교각의 전단강도를 증가시키고 (미국 콘크리트 학회 ACI 318에서 규정하고 있는 capacity design 개념을 만족시키는데 있어서 중요한 역할), 지진하중을 받는 교각의 취성적인 전단파괴를 방지하고 연성을 확보하기 위해 반드시 필요 하지만, 중 약진 지역인 우리나라와 같은 경우에 는 과도한 심부구속 철근의 사용에 따른 경제적인 손실과 현장시공에 어려움을 겪고 있기 때문에 개선이 요구되고 있는 실정이다. 즉, 지진하중의 크기와 관계 없이 일정한 연성도를 갖도록 심부구속 철근을 배근하는 방법보다는 교각의 연 성도를 단계적으로 구분하고, 연성도에 따른 심부구속 철근을 비례적으로 배근 하는 연성설계법이 우리나라와 같은 중 약진 지역에서 보다 합리적이고 경제 적인 설계법인 것으로 판단된다 국내의 내진설계기준의 문제점 국내 교량의 내진설계기준의 경우, 1992년 도로교설계기준에 내진설계편이 신설되어 현재 2008년까지 약 16년간에 걸쳐 설계와 시공을 수행한 경험과 외 국의 교량 내진설계기준을 참고하여 비교 검토한 결과, 여러 가지 문제점들이 발생하였다. 그 중 특히, 철근콘크리트 교각의 내진설계기준에 있어서 현 도로 교설계기준 (2005) 내진설계기준에 미비점이 있는 것으로 지적되어 왔고, 다음 과 같이 정리할 수 있다. 콘크리트 교각의 경우, 철근상세만을 규정하고 있고, 그 외의 강성 및 강도 등에 대한 규정이 없으므로, 실무에서 콘크리트 교각에 대한 내진설계시 혼 란을 야기할 수 있다. 예를 들어, 강성과 같은 경우 교각의 주기에 많은 영 향을 끼치고, 교각의 주기와 지진하중의 주파수 성분과의 관계는 교각의 내 진거동에 중요한 영향을 미치기 때문에 강성 및 강도에 대한 불분명한 규 정은 교각의 내진거동을 제대로 반영할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 기 언급된 것처럼, 국내의 도로교 내진설계기준은 강진 지진지역에 적합한 완전연성 개념을 근간으로 제정되었기 때문에, 중 약진 지역에 해당하는 72 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

86 우리나라의 교량에 적용할 때 시공이 어려울 정도로 과도한 양의 횡 방향 심부구속 철근이 배근되는 문제점이 있다. 도로교설계기준에 명시되어 있는 내진설계의 기본개념은, 인명피해를 최소 화하고, 지진시 교량 부재의 부분적인 피해는 허용하나 전체적은 붕괴는 방지하며, 지진시에도 교량의 기본적인 기능은 발휘하고자 하는 것이다. 즉, 설계지진하중보다 작은 크기의 지진하중 하에서는 교량 구조부재들이 탄성영역 내에서 저항하여 손상을 받지 않아야 하지만, 설계지진하중보다 큰 지진하중에 대해서는 구조물이 붕괴되지 않아야 한다는 것을 의미하는 것으로 연성거동의 확보가 중요시 된다. 따라서 응답수정계수를 1.0으로 적 용하는 탄성설계의 경우에는 연성파괴메커니즘을 유도하는 다른 규정들의 미비로 인하여 교량 구조물의 내진 안전성에 문제를 야기할 수 있다. 기초에 대한 내진설계의 경우, 교각에 적용한 응답수정계수의 1/2을 적용 하여 기초의 설계지진력을 결정하는 방법 이외에는 기초의 설계전단력 (횡 방향 설계하중)을 결정하는 규정이 없으므로, 과도한 설계 횡 하중으로 인 하여 기초의 내진설계가 어려워지고, 비경제적인 설계가 유도되는 경향이 있다. 3.2 교량 내진설계기준의 단기적 개선방안 교량 내진설계기준의 단기적 개선 방향 3.1.2절에서 기술된 국내 현행 도로교설계기준 내진설계기준의 문제점에 대한 개선방안을 위하여, 국내 지진관련 단체의 연구자들 간 논의과정을 통해 정리 된 교량 내진설계법 및 내진설계기준의 기본적인 개선 방향을 정리하면 다음과 같다. 실무 설계기술자들에 의해 다양하게 제기되어온 여러 문제점들과 제안사항 들을 최대한 반영하여, 실무 설계기술자들이 설계기준을 명확하게 적용할 수 있는 기준 내용에 대한 보강이 이루어져야 한다. 중, 약진 지진지역 내진설계법에 적합한 소요연성도를 정의하고, 소요연성 도에 따라 심부구속철근을 배근하고 연성도에 따른 전단강도를 검증하는 연성도 내진설계법에 대한 내용을 추가해야 한다. 연성파괴 메커니즘을 유도하는 방안으로, 교각의 휨 초과강도를 고려한 소 성힌지력에 대해, 교각의 전단설계, 기초설계, 교량받침 설계를 수행할 수 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 73

87 있도록 해야 한다. 교각에 적용한 응답수정계수의 1/2을 적용하는 현 기준 이외에, 교각의 휨 초과강도를 고려한 소성힌지력으로 기초를 설계할 수 있도록 하여 경제적 인 설계를 유도한다 교량 내진설계기준의 구체적인 단기적 개선 방안 이러한 기본적인 개선 방향에 입각하여, 국내 현실에 적합한 내진설계법 등 여러 항목들에 대한 검토 및 다양한 연구결과들을 토대로 하여 현행 도로교설 계기준 내진설계기준에서 개선되어야 할 항목별 사항들을 구체적으로 정리하면 다음과 같다. 교각의 강성 지진하중에 대한 탄성구조해석을 수행하는 경우에는 항복강성을 적용하여 변위를 구하고, 단면력을 구할 때에는 교각 축 방향 철근의 항복여부에 따 라 항복강성이나 전체 단면강성을 적용하는 것이 필요로 된다. 교각의 추가모멘트 (P-Δ) 효과 장주 영향에 대한 근사해석법으로 사용하고 있는 모멘트 확대계수법은 횡 방향이 주된 하중작용 방향인 내진설계에서는 적절하지 않으므로, 내진설계 에서는 P-Δ 해석법을 사용하는 것이 필요로 된다. 교각의 강도감소계수 휨-압축에 및 전단에 대해 내진설계 때의 강도감소계수에 대한 정의가 필 요로 된다. 교각의 휨 강도 해석 축력의 영향을 고려한 축력-휨 강도 해석은 콘크리트의 등가직사각형 응력 분포를 이용한 휨 강도 해석이나 콘크리트와 축 방향 철근의 응력-변형률 곡선을 이용한 모멘트-곡률 해석을 적용함이 필요로 된다. 교각의 전단강도 대부분의 국외 내진설계기준에서 채택하고 있는 것과 같이, 원형단면 전단 철근에 의한 전단강도는 균열에 대한 원형전단철근의 저항방향을 고려한 식을 적용하는 것이 필요로 된다. 교각의 연성도 내진설계방법 1.0을 초과하는 상수의 응답수정계수를 적용하고, 많은 양의 심부구속철근 74 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

88 을 배근하는 소성설계법과, 1.0의 응답수정계수를 적용하고 심부구속철근을 배근하지 않는 탄성설계 이외에, 요구되는 연성도에 따라 필요한 양의 심부 구속철근을 배근하는 연성도 내진설계방법이 필요로 된다. 교각의 단부구역과 소성힌지구역의 구분 캔틸레버로 거동하는 기둥의 하단, 골조로 거동하는 기둥의 한단과 상단, 말뚝가구의 상단과 한단 단부구역을 정의하고 단부구역 중 설계지진하중에 서 축 방향 철근이 항복하는 구역을 소성힌지구역으로 명확히 구분하는 기 준이 필요로 된다. 교각의 철근상세규정 보강 및 세분화 교각의 소성힌지구역에서 축 방향 철근 및 횡 방향 철근에 대한 일반적인 기준 및 상세에 대한 규정 보완이 필요로 된다. 교각 단부구역의 최소 횡방향 철근 규정 설계지진하중보다 큰 지진이 발생하더라도 탄성설계된 교각의 취성파괴 방 지를 위한 횡 방향 철근량에 대한 규정이 필요로 된다. 벽식 교각의 전단설계강도 및 철근 상세 규정 벽체의 강축방향으로 지진하중이 작용할 때에 대한 설계기준이 필요로 된다. 연성도 설계에서의 구조부재 및 연결부의 설계지진력 소성설계를 수행하지 않는 경우, 특히 현 도로교설계기준에 따라 탄성설계 를 수행하는 경우, 교각에 적용하는 응답수정계수와 교량받침 등 연결부에 적용하는 응답수정계수의 비율이 소성설계 때와는 큰 차이를 보이므로, 탄 성설계된 교각에 설계지진하중보다 큰 지진이 발생하면 받침이 먼저 파괴될 가능성이 있다. 따라서 설계지진하중보다 큰 지진이 발생하는 경우에도 교 각의 소성힌지발생 전에 받침부가 파괴되지 않도록 하기 위하여 연결부가 교각의 최대소성힌지력 이상의 설계강도를 갖도록 하는 것이 필요로 된다. 기초의 설계지진력 교각에 적용한 응답수정계수의 1/2을 적용하여 기초의 설계지진력을 결정 하는 경우, 과도한 설계지진력으로 비효율적인 기초설계가 되는 경우가 있 다. 또 교각을 탄성설계하는 경우에도 과다한 하중으로 기초를 설계하게 되 는 경우가 있다. 따라서 철근콘크리트 교각의 초과강도를 고려한 최대 소성 힌지력을 추가 규정하는 것이 필요로 된다. 위에서 언급된 현행 도로교설계기준 내진설계기준에 대한 항목별 개선사항들 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 75

89 은, 건설산업의 개방에 따라 예상되는 치열한 경쟁과 선진국의 수준 높은 설계 기술에 적절하게 대처할 수 있는 내용들로, 국내 현실에 적합할 뿐만 아니라, 최근 들어 세계 자유무역 협정에 의해 국가간 자유무역을 위한 기술적 장애 제 거와 국가간 기술규격 및 설계기준의 통일을 목적으로 각 나라의 설계기준에 통일된 형식과 내용이 요구되는 국제적인 흐름에 어느 정도는 병행할 수 있을 것으로 사료되는 바, 기 언급했던 것처럼 합리적인 국내 도로교 내진설계기준 제정을 위한 목적의 연구과제가 꾸준히 진행되어야 할 것으로 사료된다. 3.3 교량 내진설계기준의 장기적 개선방안 교량의 성능기반내진설계의 배경 최근 발생했던 1994년 미국의 노스리지 지진 (M6.7)과 1995년 일본 고베의 한신-아와지 지진 (M7.2)들은 구조물의 지진위험성에 대한 심각한 경각심을 다 시 한번 일깨워준 지진이었다. 이들 지진하중들에 의해서 발생한 구조물들의 손상 및 그에 따른 경제적인 손실, 그리고 보수에 따른 막대한 비용 문제들이 사회문제화 되었고, 이는 곧 세계 여러 나라의 내진설계 규정 및 지침들에 기 본적인 변화를 가져오는 계기가 되었다. 기존의 내진설계는, 구조물의 강도와 연성 및 사용한계상태 즉, 손상의 정도 를 제어하는 것이 주된 목표였다. 다시 말해, 예측되어지는 하중에 의해서 발생 되는 응력과 부재력에 관한 한계상태 설계기준들이 적용되었다. 하지만 이와 같은 설계기준들은 지진하중에 의한 요구성능과 구조물의 지진하중 수행능력과 관련하여 많은 불확실성을 포함하고 있다. 즉, 구조물이 구조물로서의 역할을 적절히 수행하기 위해서는 높은 강도와 강성이 필요한 반면에, 구조물의 파괴 를 방지하기 위해서는 충분한 연성이 필요하기 때문이다. 따라서 기존 구조물 의 파괴를 방지하기 위해서는 충분한 연성의 확보가 필요로 된다. 따라서 기존 구조물의 지진하중에 대한 취약성 평가, 그리고 새로운 구조물들에 대한 내진 설계 규정 및 지침들에 대해, 보다 신뢰성 있는 설계방법의 연구가 진행되어져 왔고, 보다 합리적인 성능기반 설계방법 및 절차에 대한 설계개념의 도입이 이 루어져 왔다. 성능기반설계(performance-based design) 절차는 기존의 내진설계방법들 (force-based design과 displacement-based design)을 포함하여, 위에서 언급된 문제점들을 해결해 줄 수 있는 중요한 성능평가에 근거를 둔 내진설계를 가능 76 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

90 하게 해 주는 매우 체계화된 설계절차라고 말 할 수 있다. 하중기반설계 (foce-based design)의 경우, 인명보호 (life safety)라는 단일 성능목표를 얻기 위해서, 탄성구조해석을 근거로 설계력을 단순하게 감소시킴으로서, 비탄성 거 동이 간접적으로 고려되는 설계방법이다. 하지만, 변위기반설계 (displacement-based design)의 경우, 구조물의 손상정도를 변위와 관련시킨 성 능목표에 근거한 설계개념으로서, 이는 구조물의 손상정도가 다양한 변수들, 예를 들면 구조적인 손상의 축적 및 분포, 구조부재나 다른 구조요소들의 파 괴양상, 지진하중의 지속시간, 반복주기 형태 및 최대지반가속도의 크기들에 의해서 많은 영향을 받기 때문에, 단일변위에 의한 성능목표 설정은 너무 단 순화된 것으로 생각되어 질 수 있다. 따라서 성능기반설계(performance-based design)는 지진하중에 의해 심각한 손상을 입은 구조물의 보수에 따른 막대한 비용문제와 소실된 주요 인프라 구 조물의 복구에 따른 비용 등을 감소시키기 위하여, 구조물의 중요도 및 역할에 따라 여러 수준으로 나누어진 다양한 성능목표들을 정립한 후, 구조물의 형식 및 중요도에 따라 원하는 성능목표들을 만족하도록 설계를 하는 절차라고 말 할 수 있다. 따라서 하중기반설계 및 변위기반설계법들은 어떤 의미로는 성능 기반설계의 종속된 설계절차라고 생각되어 질 수 있다 성능기반설계를 위한 해석절차 및 문제점 위에서 언급된 성능기반설계의 목표성능 평가를 위한 성능점 산정 및 구조물 의 설계 검증에 있어서, 설계 실무에서 현재 가장 많이 사용하고 있는 해석절 차는 비선형정적 push-over 해석절차이다. 물론 지진하중에 의한 요구성능 평 가에 있어서 비선형 시간이력해석이 가장 신뢰성 있는 성능점 산정을 가능하게 해주는 반면에, 비선형 모델의 구성 등과 관련된 복잡성 및 지진하중의 적절한 선택에 대한 문제점 등으로 인하여 설계 실무에서 일반적으로 사용하기가 용이 하지 않다. 그에 따라, ATC 40(1996)과 FEMA 356(2000) 등에서 제안된 단순화 된 비선형정적해석 절차를 설계 실무에서 많이 이용해 왔고, Eurocode 8(2001) 과 Japanese Design Code(2001) 등과 같은 내진설계 기준에서는 구조물의 성능 점 산정에 비선형 정적해석절차를 포함시켰다. 비선형정적해석(push-over) 절차를 간단히 서술하면, 미리 정의된 하중의 형 태를 적용하여 목표변위가 얻어질 때까지 하중을 단조증가 시키는 방법이다. 목표변위는, 설계지진하중이 작용될 때, 선택된 성능수준에 대응되는 구조물의 변위를 산정해 줄 뿐만 아니라, 구조물의 성능점이 목표변위에서 산정된다. 이 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 77

91 처럼 미리 정의된 일정한 하중의 형태를 적용한 비선형정적해석은 구조물, 특 히 고차모드의 효과가 반영되고 비탄성 효과가 구조물의 높이에 따른 관성력의 분포를 변화시킬 경우에는 비탄성 요구성능을 산정하는데 적합하지 않다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 많은 연구가 진행되어져 왔고 고차모드의 효 과를 고려하는 진보된 해석절차들이 제안되어 왔다. Chopra와 Goel(2002)에 의해서 제안된 modal push-over 해석과 Chopra et al.(10)에 의해서 제안된 수정된 modal push-over 해석절차 등에서는, 고차모드 의 효과를 반영하였고, 작용하중의 형태를 변화시키지 않고 탄성적인 modal 조 합법을 사용하였다. 또 다른 해석방법으로는, 비탄성 영역에서 모드에 대한 질 량참여율의 변화를 고려하기 위해서 작용하중 형태를 점진적으로 변화시키는 방법이다. Gupta와 Kunnath (2000)는 탄성 요구응답 스펙트럼을 사용하여 adaptive 알고리즘을 제안하였다. 제안된 해석절차는, 각 push-over 해석단계에 서의 모드형태를 사용하여 등가 지진하중을 계산하고, 대응되는 탄성응답 스펙 트럴 가속도를 사용하여 구조물에 작용될 등가 지진하중의 크기를 계산하는 방 법이다. 비슷한 방법으로, Antoniou와 Pinho(2004)는 adaptive 하중형태를 적용 한 변위기반 push-over 해석방법을 제안하였고, 이외에도 많은 방법들이 고차 모드의 효과를 비선형정적해석절차에 반영하기 위해 연구되었다. 위와 같은 많은 연구와 노력에도 불구하고, 비선형정적해석절차는 지진하중 이 가지고 있는 동적성질이 직접적으로 반영되어 질 수 없기 때문에, 보다 신 뢰성 있는 결과를 산정하기 위해서는 여전히 극복해야 될 문제점들이 존재한 다. 즉, 구조물의 비선형 해석모델이 실제 구조물의 물리적인 거동을 사실적으 로 반영하고 있는지, 구조부재별 주기적인 하중-변위 해석모델이 각 구조부재의 거동을 근접하게 표현하여 강성의 감소와 에너지 소산을 직접으로 고려할 수 있는지, 해석절차가 믿을만하게 수행되었는지, 구조부재의 모드판별에 문제가 없는지 등이 여전히 극복해야 될 숙제로 남아있다 국내 성능기반설계 개발 방향 국외의 여러 나라들, 특히 지진이 빈번하게 발생하는 지역인 미국, 일본 유럽 연합 등은 성능기반설계를 위한 기초 연구가 잘 정립되어 왔을 뿐만 아니라 핵 심적인 연구들이 진행되고 있고, 그 결과들이 설계기준에 반영되고 있는 추세 이다. 하지만 국내의 경우, 성능기반설계라는 개념에 대한 인식도 부족하고 널 리 알려져 있지 않을 뿐만 아니라, 지진하중을 경험한 후의 구조물의 성능(손상 되거나 손상되지 않은)에 대한 자료의 부족으로 인해 설계체제를 정립하기가 78 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

92 쉽지 않은 실정이다. 따라서 국외의 정립된 성능기반설계 체제를 직접적으로 받아들이기 보다는 국내 현실에 적합한 성능기반설계 체제를 위한 체계적인 연 구가 선행되어야 할 것으로 판단된다. 이 과정에서는 구조요소 수준이 아닌, 구 조부재별 및 구조시스템별 연구가 중점적으로 진행되어야 할 것이다. 근본적인 이유로는 구조요소에서 어떤 특정 성능이 만족된다 할지라도, 통합된 구조부재 및 구조시스템에서의 성능을 반드시 보장해 주지는 않기 때문이다. 국내의 성 능기반설계법 개발을 위해 필요로 되는 사항들을 제안하면 다음과 같다. 성능기반설계 개념에 대한 명확한 정의 및 교육 기존의 지진하중을 경험한 구조물의 구조부재 및 구조시스템별에 따른 자 료의 정리 구조부재 및 구조시스템의 형식별 모듈화 상위기준에서 구조부재 및 구조시스템별 목표성능에 대한 정의 목표성능에 대한 계층화 목표성능에 대한 계층화에 따른 구조부재 및 구조시스템별 지배변수 인자 의 항목별 한계상태 정의 및 성능기준에 대한 수치적인 정량화 해석기법 특히, 비선형해석기법 및 절차에 대한 체계적인 정립 및 허용범 위에 대한 기준 정립 위에서 제안된 사항들은 성능기반설계법에 필수적인 기본요소들로, 이 사항 들에 대한 광범위하면서도 기술적으로 섬세한 연구결과를 바탕으로 현행 설계 기준들과의 적절한 융합이 필요할 것으로 생각된다. 따라서 합리적이고 국내 실정에 적합한 성능기반내진설계기준 및 절차 도출을 위해, 포괄적인 대형연구 과제 중심보다는 각각의 개선 항목별 연구과제를 통한 결과도출이 보다 효과적 일 것으로 판단된다. 3.4 법규와 제도의 문제점 및 개선방안 설계와 시공의 기술감사 제도 문제 설계실무, 특히 내진설계분야에서는 다양한 해석 및 설계기술의 발전과 실험 을 통한 전문적인 지식수준의 발전으로, 박사급 이상의 많은 전문가들이 주요 업무를 수행하고 있다. 하지만 실무 현장에 대한 감사원 등의 기술감사가 실시 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 79

93 되는 경우, 기술감사를 수행하는 담당자들도 물론 해당전공학과를 졸업한 기술 자라고 할 수 있지만, 계획, 설계, 시공, 유지관리 등의 실질적인 현장기술 적용 의 경험이 많지 않다. 이 때문에 전문적이고 공학적인 판단 능력이 부족하여 설계기준이나 공사시방서의 문구에 얽매여 고난도 설계 및 시공에서 필요로 되 는 기술자의 공학적인 판단을 평가하게 되므로, 기술감사가 진취적인 기술의 접근이나 새로운 시도 및 설계문제점에 대한 창의적인 생각을 억제하고 있다. 물론, 건설업에 대하여 설계, 시공 및 유지관리 등의 전 부분에 걸쳐 비 기술적 인 부분의 비리에 대한 감사는 당연히 실시되어야 할 것이지만, 기술적인 부분 은 기술수준 향상 및 신기술의 원활한 적용을 위해 설계자의 공학적 판단을 존 중하여야 한다 설계와 시공의 법적 처벌 문제 국내의 경우 1994년도 성수대교 붕괴사고 이후, 사고가 발생하는 경우, 해당 기술자를 최고 사형에 처하도록 법제화 되어 있는 반면에, 외국의 경우 기술적 문제로 교량구조물이 붕괴되어 인명피해가 발생한다 할지라도 법적으로 처벌하 고 있지 않다. 일례로, 2007년 8월 1일 미국 미네소타주 미네아폴리스에서 발생 한 고속도로 교량의 붕괴사고로 많은 사상자가 발생하였지만, 관련된 기술자의 법적 처벌은 없었다. 즉, 미국의 경우에는 기술자가 인명을 살상하려는 의도로 고의로 사고를 내거나, 경제적 손실을 주려는 의도로 기술자가 고의로 사고를 낸 경우에만 법적처벌을 한다. 기술자가 자신의 지식과 경험으로 업무를 수행 하는 일반적인 경우는 사고가 발생하더라도 법적처벌을 하지 않고 있다. 특히 내진설계분야와 같이, 지진하중 자체의 불확실성으로 인하여 사회 경제적 파급 효과를 고려하여 내진설계기준에서 설정된 지진하중보다 더 큰 지진이 발생할 가능성을 배제할 수 없는 상황이므로, 위에서 언급된 설계기술자에 대한 법적 처벌문제에 대해 합리적인 해결책이 제시되어야만 내진설계기술과 시공기술이 발전할 수 있을 것이다 설계비와 기술료의 불합리성 문제 현재 국내에서는 건설공사를 수행함에 있어 설계에 지불하는 설계비가 공사 비에 대한 비율로 책정되어 매우 불합리하며 많은 문제점을 유발하고 있다. 건 설분야에는 공사구간이 길어서 공사비는 많지만 설계가 비교적 간단하여 중급 의 기술자가 단기간에 설계를 마치는 분야가 있고, 공사구간이 짧아서 공사비 는 적지만 설계에 요구되는 기술수준이 매우 높아서 고급의 기술자가 장기간을 80 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

94 들여서 설계할여야 하는 분야가 있다. 교량 내진설계는 후자의 경우인데, 이와 같은 설계비 산정방식에 따라 매우 높은 기술 수준이 요구되는 교량 내진설계 가 매우 저렴한 설계비로 수행되고 있다. 외국의 경우에는 설계비가 공사비에 대한 비율로 책정되어 있지 않고, 설계 에 투입되어야 할 기술수준과 설계기간을 고려한 기술수준 등급 별 투입인력과 시간에 비례하여 설계비를 책정한다. 그러나 우리나라에서는 공사비의 비율로 설계비를 산정함에 따라, 매우 높은 수준의 기술이 요구되는 교량 내진설계에 낮은 금액의 설계비가 책정되고 있 다. 또 설계비뿐만 아니라, 내진공학에 관련된 설계 및 시공에 관련된 기술적 문제를 해결하는데 지불되는 기술료를 정당하게 지불하지 않고, 종사 기관 간 의 우월적 지위를 이용하여 기술료 없이 업무를 수행하는 경우도 있다. 이에 따라 설계 및 용역 업체의 경영 적자가 초래되어 고급 내진설계기술자의 보수 가 매우 낮아서, 많은 설계기술자가 시공분야 등 타 분야로 이직하는 것이 현 실이다. 이와 같은 현실을 방치하면 조만간 교량 내진설계분야에 큰 문제를 초 래할 것이다 법규와 제도의 개선방안 전술한 바와 같은 법규와 제도의 문제점을 개선하기 위하여 다음과 같은 개 선방안이 시급하다. 1) 기술감사의 폐지 건설업에 대하여 설계, 시공 및 유지관리 등의 전 부분에 걸쳐 비 기술적인 부분의 비리에 대한 감사는 당연히 실시되어야 하지만, 기술자의 공학적 판단 을 존중하여야 하는 기술적 사안에 대해서는 감사원 등의 기술감사를 폐지하여 야 한다. 2) 기술자 처벌법률의 폐지 선진 외국과 같이, 기술자가 인명을 살상하려는 의도로 고의로 사고를 내거나, 경제적 손실을 주려는 의도로 기술자가 고의로 사고를 낸 경우에는 당연히 법 적처벌을 하여야 하지만, 기술자가 자신의 지식과 경험으로 업무를 수행하는 일 반적인 경우는 사고가 발생하더라도 법적처벌을 하지 않도록 기술자 처벌법률 을 폐지하여야 기술발전을 이룰 수 있으며 국민의 세금도 낭비하지 않게 된다. 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 81

95 3) 설계비 산정 방법의 개선 및 기술료 지불 제도화 공사비에 대한 비율로 설계비가 책정되는 방식을 버리고, 선진 외국과 같이 설계에 투입되어야 할 기술수준과 설계기간을 고려한 설계비 책정방식으로서 기술수준 등급 별 투입인력 및 시간에 비례하여 설계비를 책정하도록 제도를 개선하여야 하며, 종사 기관 간의 우월적 지위를 이용하여 기술료 없이 업무를 수행하는 경우가 없도록 기술료 지불을 제도화 하여야 한다. 4. 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 4.1 국내외 내진설계기준 우리나라의 내진설계기준 우리나라 원자력발전소(이하 원전 이라 함)의 내진설계와 관련된 규정은 1971년에 제정된 원자로시설의기술기준및보안조치등에관한규정 ( 제 정, 대통령령 제5493호)에서 최초로 법규화되었다. 이 법령은 1982년에 폐기되 었으나 이와 동시에 이를 대신하여 제정된 원자력법 시행령( 제정, 대 통령령 10927호)에 내진설계 규정이 포함되었다. 1999년에는, 기술진보에 따른 최신기준의 반영을 쉽도록 하기 위하여 종전에 대통령령으로 규정하던 원자력 이용시설의 기술기준에 관한 사항을 부령( 部 令 )으로 규정하도록 함에 따라, 내 진설계와 관련된 규정도 원자력법 시행령에서 삭제되고( ) 2000년에 제 정된 원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙 ( 제정, 과학기술부령 제 16호)에 내진설계 규정이 포함되었다. 현재 이 규칙은 정부의 조직개편에 따른 일부 개정으로 교육과학기술부령 1호로 변경되었다( ). 고시 수준의 규정으로는 1983년에 제정된 과학기술처 고시 제83-5호(원자로 시설의 위치, 구조 및 설비에 관한 기술기준, 제정)에 설계지진에 대 한 구체적인 기준이 처음 포함되었다. 이 고시는 2000년에 같은 제목의 과학기 술부 고시 제2000-8호( 개정)로 대체되었다가 올해 교육과학기술부 고 시 제2008-7호(원자로시설의 위치에 관한 기술기준 고시, )로 대체되었 으나 설계지진에 관한 규정의 내용은 그대로 유지되고 있다. 82 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

96 1) 설계지진 일반 건축물이나 산업시설과 달리 국내 원전의 설계지진은, 규정에 정해진 설계지진을 사용하는 것이 아니라 원자로 반경 320km 지역의 지진 및 지질특 성 평가와 반경 8km 지역에 대한 정밀 지질조사를 통해 각 원전부지에서 예상 되는 지진동을 산정하여 결정한다. 국내 원전의 설계지진은 교육과학기술부 고시 제2008-7호 원자로시설의 위 치에 관한 기술기준 (2008)에서 준용하도록 규정된 미국 연방법 10 CFR Part 100의 Appendix A(1997)의 절차에 따라 결정된다. 이 기준에 의하면 설계지진 은 안전정지지진(Safe Shutdown Earthquake, SSE)과 운전기준지진(Operating Basis Earthquake, OBE)으로 구분된다. 안전정지지진은 발전소 부지에서 예측될 수 있는 최대 지진동으로서 안전관련 구조물, 계통 및 기기가 건전성을 유지하도록 설계하는 지진이다. 운전기준지진은 발전소 운전수명기간 동안에 발전소 부지에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되 는 지진동으로서 과도한 위험을 초래하지 않고 발전소를 지속적으로 운전하는 데 필요한 설비가 제기능을 유지하도록 설계하는 지진동이다. 국내 원전의 경우, 일 단 운전기준지진을 초과하는 지진이 발생하면 즉시 발전소 운전을 중단하고 피해 여부를 조사한 다음 그 결과에 따라 운전재개 여부를 결정하도록 규정되어 있다. 국내 원전의 설계지진은 해당 기준의 절차에 따라 한반도 및 주변 지역의 지 질 지진 특성을 고려하여 결정된다. 구체적으로는, 먼저 원전을 중심으로 반경 320 km 이내의 지역에 대한 지질, 지진, 지구물리학적 조사를 통하여 지진지체 구조구(Seismotectonic Province) 및 활동성지구조(Capable Tectonic Structure) 를 결정한다. 지진지체구조구란 지진 발생빈도 및 최대지진 등의 지진특성이 동일할 것으로 추정되는 구역을 말하며, 지구조란 활동성 단층과 같이 지진활 동과 직접적으로 관련된 지질구조를 말한다. 이때, 전체뿐만 아니라 일부라도 반경 320 km 이내에 속하는 지진지체구조구나 활동성지구조는 모두 포함되어 야 하기 때문에, 실질적으로는 반경 320 km 밖의 지역도 조사 분석에 포함된 다. 다음 단계로 각 지진지체구조구 및 활동성지구조와 관련하여 발생한 과거 의 지진기록을 조사하는 데, 이때에도 역시 각 지진지체구조구 내에서 그리고 각 활동성지구조 상에서 발생한 모든 지진이 고려되므로 원전을 중심으로 반경 320 km 밖에서 발생한 지진들도 상당수 분석에 포함된다. 이렇게 조사된 내용을 종합하여 각 지진지체구조구 및 활동성지구조와 관련된 최 대잠재지진(Maximum Earthquake Potential)을 결정한다. 각 지진지체구조구 및 활 동성지구조의 최대잠재지진이 부지에 미치는 영향은 다음의 절차에 따라 평가된다. 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 83

97 부지를 포함하는 지진지체구조구의 경우에는 최대지진이 부지 지하에서 발 생한 것으로 가정한다. 부지를 포함하지 않는 지진지체구조구의 경우에는 최대지진이 해당 지진지 체구조구 내에서 부지에 가장 가까운 지점에서 발생한 것으로 가정하고, 이 지점에서부터 부지까지는 적절한 감쇄식을 이용하여 감쇄시킨다. 활동성지구조의 경우에는 최대지진이 해당 활동성지구조 상에서 부지에 가 장 가까운 지점에서 발생한 것으로 가정하고 이 지점에서부터 부지까지는 적절한 감쇄식을 이용하여 감쇄시킨다. 위의 절차는 매우 다음 두가지 관점에서 보수적인 절차이다. 첫째, 지진의 발생위 치에 대한 가정은, 실제 최대지진의 발생위치에 관계없이 해당 지진지체구조구 내 에서 또는 해당 활동성지구조 상에서 부지에 가장 가까운 지점을 발생위치로 가정 하므로 매우 보수적이라고 할 수 있다. 예를 들면 울진원전 부지의 경우, 설계지진 에 고려된 최대지진은 지리산지진이다. 지리산지진의 실제 진앙거리는 약 260 km 이나 부지와 동일한 지진지체구조구에서 발생한 지진이므로 울진원전 부지 하부에 서 발생한 것으로 가정하여 최대 지반가속도를 계산하였다. 특히 고리, 월성원전 부 지의 경우에는 지진지체구조구의 경계에 무관하게 최대지진(지리산지진)이 부지에 서 발생하는 것으로 가정하였는 바, 이는 규정된 절차보다 더 보수적인 가정이다. 둘째, 최대잠재지진은 재발주기가 길어 원전의 수명기간 내에 발생할 확률이 매 우 작으나, 수명기간 내에 발생하는 것으로 가정하므로 보수적이다. 확률론적 지진 재해도(지진재해대책법 및 일반 시설에서는 지진위험도 라는 표현을 사용하고 있 으나, 원전 시설에서는 확률론적 안전성분석(Probabilistic Safety Assessment, PSA) 또는 확률론적 위험도분석(Probabilistic Risk Assessment, PRA) 이라는 별 도의 용어가 통용되고 있어서 이와 구분하기 위하여 지진에 대해서는 지진재해 도 라는 표현을 사용하고 있음. 특히 지진에 대한 PRA 과정의 일부로서 확률론적 지진재해도 분석을 수행하기 때문에 지진위험도 라는 표현을 사용하는 것은 혼동 을 일으킬 우려가 있음. 따라서 여기서는 다른 절에서와 달리 지진재해도 라는 표현을 그대로 사용함.) 분석결과에 따르면, 국내 4개 원전부지의 설계지진 0.2g를 초과할 확률은 약 /년 이하로서 5,000년의 재발주기에 해당한다. 이러한 절차에 따라 각 지진지체구조구 및 지구조의 최대지진이 부지에 야기 시킬 수 있는 최대 지반가속도를 모두 평가하여 그 중 가장 큰 값을 원전부지 의 설계지진으로 결정한다. 국내 원전부지의 경우에는 여기에 여유도를 고려하여 0.2g를 설계지진값으로 결정하였다. 국내 원전별 설계지진값(최대지반가속도) 및 84 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

98 설계지진값 결정에 사용된 지진원은 <표 IV-4.1>과 같다. 또한 이와 같이 최대지 반가속도를 기준으로 설계지진값을 결정한 경우(우리나라와 같이 지진기록 자료 가 부족하여 부지고유의 응답스펙트럼을 생성하기 어려운 경우)는 <그림 IV-4.1> 과 같은 표준설계지반응답스펙트럼을 설계지진값으로 스케일링하여 사용한다. <표 IV-4.1> 국내 원전부지별 설계지진값(최대지반가속도) 결정 원전부지 지진원 계산값 설계지진값 고 리 지리산 지진, 규모 5.0 울 진 (1936년) 월 영 성 광 읍천단층, 최대잠재지진 규모 6.0 속리산 지진, 규모 5.2 (1978년) 0.15g 0.183g (신월성) 0.165g 0.2g Acceleration (g) Ground Response Spectrum (H) 0.5% Damping 2.0% Damping 5.0% Damping 7.0% Damping Period (sec) (a) 수평방향 응답스펙트럼 Acceleration (g) Ground Response Spectrum (V) Period (sec) (b) 수직방향 응답스펙트럼 0.5% Damping 2.0% Damping 5.0% Damping 7.0% Damping <그림 IV-4.1> 표준설계지반응답스펙트럼(최대수평지반가속도 1g에 맞춘 응답스펙트럼) 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 85

99 설계지진값이 결정된 후에는 이에 대한 보수성을 재확인한다는 측면에서 확 률론적 지진재해도 분석이 수행된다. 확률론적 지진재해도 분석에는 모든 역사 지진 및 계기지진 자료가 고려되며, 이들 지진자료와 지질구조를 분석하여 지 진원(지진활동 특성이 동일한 지역) 및 지진동 감쇄식을 평가한다. 이 때, 지진 원의 정의 및 각 지진원의 지진활동특성(최대지진, 평균발생빈도 등), 그리고 지진동 감쇄식은 전문가 집단이 제시한다. 전문가 집단의 각 구성원은 관련 분 야의 전문가들로서 이들은 각자 독립적인 평가결과를 제시할 수 있다. 또한 자신이 결정한 가중치와 함께 두 가지 이상의 복수 평가안을 제시할 수 있으므 로, 매우 보수적인 가정이 도입되는 경우가 자주 있다. 이렇게 결정된 설계지진 은 최종적으로 설계응답스펙트럼의 형태로 제시된다. 2) 내진설계 원자로시설등의 기술기준에 관한 규칙 (2008) 제13조(외적 요인에 관한 설계 기준)에서는 안전에 중요한 시설은 해당 부지 및 인근 지역에서의 역사적 기록 을 고려하여 지진을 포함한 가장 심한 자연현상에 대하여 안전기능이 손상되지 않도록 설계하여야 한다고 규정하고 있다. 원전의 내진설계를 위한 세부 절차 와 방법에 대하여는 경수로형 원자력발전소 안전심사지침서 (한국원자력안전 기술원, 1999)에 구체적으로 제시되어 있으며 안전심사지침서에서는 원전시설의 내진설계를 위한 추가의 세부사항을 미국 원자력규제위원회(USNRC)의 관련 규제지침과 미국의 관련 산업표준을 따르도록 하고 있다. 또한 교육과학기술부 고시 제 호(전력산업기술기준의 원자로시설 기술기준 적용에 관한 지 침)(2008)에 따라 적용하는 대한전기협회의 전력산업 기술기준(KEPIC)(대한전기 협회, 2005)에도 원전의 내진설계를 위한 세부 절차와 방법이 제시되어 있다. 이 기준은 미국의 관련 기준을 기초로 하여 개발된 기준이다. 원전 구조물의 내진설계과정은 지진응답해석 입력자료의 선정단계, 동적 지 진응답 해석단계, 구조물의 내진설계단계 등으로 구분되며, 동적 지진응답 해석 단계에서는 지반조건이 견고하지 않을 때 지반-구조물 상호작용 해석과정이 선 행단계로 추가된다(그림 IV-4.2 참조). 또한 위의 내진설계 과정과는 별도로 지 진에 대한 확률론적 안전성평가를 통하여 지진안전여유도를 재평가하게 되며 지진발생시 원자로시설의 가동정지 및 안전성 재평가를 위한 지진계측설비를 설치 운영한다. 이상의 과정을 통한 원전의 내진안전성 확보절차를 도식적으로 나타내면 <그 림 IV-4.3>과 같으며, 내진설계 과정의 각 단계별 내용을 아래에 설명하였다. 86 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

100 <그림 IV-4.2> 원전의 내진설계 절차 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 87

101 설계지진의 결정 구조물의 동적 지진응답 해석 (지반-구조물 상호작용해석 포함) 구조물 응답 계산 (전단력, 모멘트, 가속도 등) 층응답스펙트럼 계산 하중조합 구조물의 내진설계 부계통 및 기기의 내진설계 및 내진검증 지진계측기의 설치 및 운영 지진발생후 조치 (계측지진응답 데이터의 처리 및 분석, 현장점검, 발전소 정지, 장기 안전성 해석 등) <그림 IV-4.3> 원전의 내진안전성 확보 절차 지진해석 입력자료 선정 원전의 내진설계를 위해서는 먼저 지진응답해석에 사용할 입력지진 및 감 쇠비와 같은 지진응답해석 입력자료를 타당하게 선정하여야 한다. 원전의 내진설계시 적용하는 입력지진은 최대 지진가속도의 크기, 설계응답스펙트 럼(지진의 진동수 특성), 지진의 지속시간 등을 이용하여 정의한다. 앞에서 설명한 바와 같이 결정된 설계지진은 최대 지진가속도와 응답스펙트럼으로 88 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

102 주어지며, 이 응답스펙트럼을 포괄하는 지진가속도 시간이력을 작성할 때 에는 전체 지속시간이 10초-25초 이상, 강진운동 부분 지속시간은 6초-15초 이상이 되도록 한다. 안전심사지침서(미국 원자력규제위원회 규제지침 1.60 (USNRC, 1973) 포함)와 KEPIC에는 설계응답스펙트럼과 설계지진가속도 시간이력 결정에 관한 상세한 기준이 기술되어 있다. 감쇠는 구조물 또는 기기가 운동을 할 때 외부로 발산되는 에너지 량을 정의하는 특성값으로서 동적 응답에 큰 영향을 미친다. 감쇠는 일반적으로 재료 특성, 응력 수준, 변형 상태, 구조물 또는 기기의 기하학적 형상, 구조 부재의 연결방법 등과 같은 많은 요인에 따라 달라지며, 따라서 여러 종류의 감쇠가 존재한다. 그 러나 동적 지진응답해석에서는 이 여러 종류의 감쇠들을 등가 점성감쇠의 항으로 나타내는 것이 효과적이며, 이 경우 감쇠특성을 감쇠비로 나타내어 사용한다. 미국 원자력규제위원회 규제지침 1.61(USNRC, 2007b)과 KEPIC 에는, 많은 경험자료와 실험자료들의 검토를 통해 정리한, 구조 부재의 특 성과 지진하중의 크기에 따른 감쇠비를 제시하고 있다. 지반-구조물 상호작용 해석 설계지진으로 결정된 지진운동은 구조물의 영향권 밖에 있는 자연상태의 지점에서 정의한 것이므로 구조물이 설치되면 대상구조물까지 전달되면서 에너지의 분산, 지진파의 굴절 및 반사, 지반과 구조물과의 공진 현상 등에 의하여 그 형태와 크기가 변하게 된다. 이러한 현상을 지반-구조물 상호작 용이라고 하며, 지반이 연약할수록 또한 구조물의 강성이 클수록 그 공학 적인 중요성이 증대하게 된다. 따라서 이 영향을 고려하기 위하여 지반-구 조물 상호작용을 고려한 지진응답해석을 수행하며 지반이 매우 단단한 암 반인 경우(지반에서의 전단파 속도가 약 1100m/sec 이상인 경우)는 지반- 구조물 상호작용 해석단계는 생략한다. 안전심사지침서와 KEPIC에는 지반- 구조물 상호작용 해석 방법이 비교적 상세하게 기술되어 있다. 이 규정들 에서 제시하고 있는 지반-구조물 상호작용 해석단계에서 고려해야 하는 중 요 항목은 설계지진 운동의 정의와 위치, 지반-구조물 상호작용 해석을 위 한 모델링 방법 및 근거, 변형에 따른 지반특성의 변화와 변동성 및 지반 의 층상특성을 해석과정에 구체화하는 절차, 해석모델의 하부경계와 측면 경계의 위치를 결정하는 기준, 해석모델에 하중으로 작용시킬 지진입력의 결정에 관한 절차와 이론 등이다. 동적 지진응답 해석 지진응답해석 방법으로는 정적 해석법과 동적 해석법을 모두 사용할 수 있으 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 89

103 나 대상 시설이 매우 단순한 경우를 제외하고는 동적 해석법에 의하여 지진 응답해석을 수행한다. 동적 지진응답해석 방법으로는 응답스펙트럼 해석법과 시간이력 해석법을 사용한다. 응답스펙트럼 해석법은 주로 대상시설의 설계 를 위한 부재력을 구하기 위하여 사용하며 시간이력 해석법은 구조물 각 층 의 바닥판 설계나 기기의 내진검증, 부계통 및 기기의 내진설계 등을 위한 입력으로 사용되는 층응답스펙트럼을 구하기 위하여 사용한다. 안전심사지침 서(미국 원자력규제위원회 규제지침 포함) 및 KEPIC에는 동적 지진응답해석 방법, 해석모델링 절차, 구조물과 기기를 분리하여 해석하기 위한 판정기준, 진동모드 응답의 조합방법, 감쇠의 해석절차, 층응답스펙트럼 작성방법, 변수 의 변동이 층응답에 미치는 영향 고려방법, 지진운동의 세방향 성분 고려방 법, 설계전도모멘트의 결정방법 등에 대한 구체적인 규정들이 제시되어 있다. 구조물의 내진설계 내진설계 단계에서는 동적 지진응답해석으로부터 얻어진 지진응답(변위, 가 속도, 부재력 등)을 다른 하중들에 의한 응답과 조합하여 구조물이 고려하는 하중에 대한 저항력을 가지도록 설계한다. 하중의 조합에 대한 사항은 대상 시설에 따라 안전심사지침서와 KEPIC, ASME Section III, ACI 349, ANSI/AISC N690 등의 방법을 따른다. 원자로 격납건물의 예를 들면, 설계 하중 및 하중조합은 KEPIC SNB 또는 ASME Section III Division 2(콘크리 트 원자로 및 격납건물에 관한 코드)의 요건을 따르며 설계하중으로는 가동 전 시험중에 받는 하중, 정상운전 및 정지시 받는 하중, 안전정지지진과 같 은 극한환경상태에서 받는 하중, 냉각재 상실사고를 포함한 비정상 상태에서 받는 하중 등이 모두 포함되어 조합된다. 설계 및 해석절차도 이 기준들을 만족하도록 하며, 특히 경계조건에 대한 가정, 축대칭 및 비축대칭 하중의 처리, 과도 및 국부 하중 처리, 콘크리트의 크리프와 건조수축 및 균열의 영 향 처리, 지진으로 야기된 전단력 영향 처리, 재료특성값 변화가 해석결과에 미치는 영향, 대형 관통부의 처리, 강재 라이너플레이트와 정착부의 처리, 콘 크리트 격납건물의 극한능력 분석 등을 분석하여 설계에 반영한다. 3) 확률론적 지진안전성 평가 원전 시설에 대하여는 내진설계 과정과는 별개로 확률론적 지진안전성 평가 (Seismic Probabilistic Safety Assessment : 지진 PSA)를 통하여 지진안전여유도를 재평가한다. 확률론적 안전성평가는 설계기준 이상의 초기 사건에 의한 발전소의 중대사고 취약성을 평가하는 방법으로서 현재 통용되는 결정론적 분석방법에서 고 90 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

104 려하지 못하는 계통상호작용 및 인적 실수에 의한 계통의 영향을 파악할 수 있는 안전성평가 방법이다. 지진 PSA는 지진발생빈도를 평가하는 지진재해도 분석, 구 조물 및 계통의 지진저항력을 평가하는 취약도 분석 및 지진에 의한 계통의 고장 및 인적 실수에 의한 발전소의 영향을 평가하는 계통분석 등으로 이루어진다. 지진 PSA에서는 설계기준지진에 의해 설계된 주요 계통의 안전여유도를 저확률 손상에 대한 고신뢰도(High Confidence Low Probability Failure : HCLPF, 지진에 의한 대상 시설의 손상확률이 5% 이하로 유지된다고 95% 확신할 수 있을 때의 지진 가속도 값) 개념을 이용하여 평가하며 계통분석을 통해 노심손상확률(Core Damage Frequency, CDF)을 구한다. 국내 외에서 수행된 지진 PSA 결과들은, HCLPF값을 기준으로 할 때 격납건물을 포함하는 주요 안전계통들은 설계지진 값에 비해 충분한 안전여유를 가지며 지진에 의해 노심이 영향을 받는 사고는 수만 년에 한 번 일어날 수 있는 정도로 원전이 안전하게 설계 운영되고 있음을 보여주고 있다. 4) 지진해일 평가 원자로시설등의 기술기준에 관한 규칙 제13조(외적 요인에 관한 설계기준) 에서는 안전에 중요한 시설을 해일에 대하여도 안전기능이 손상되지 않도록 설 계하여야 한다고 규정하고 있다. 원전에 대한 지진해일의 영향은 발전소의 홍 수영향 뿐만 아니라 지진해일이 바다 쪽으로 밀려 나갈 때인 수위저하시에도 냉각수 취수시설에 영향을 미쳐 냉각수 공급에 차질이 생길 수 있다. 우리나라 의 경우 원전은 모두 해안에 위치하며 해수를 냉각수로 사용하므로, 최고수위 시 부지 및 안전관련 시설의 침수를 유발하는 홍수가 발생하지 않고 최저수위 시 냉각수 취수를 저해하여 발전소 안전운전에 영향을 주지 않도록 하기 위해 지진해일 안전성을 평가한다. 우리나라 해안에 도달하는 지진해일은 동해의 일 본쪽 연안에서 발생한 지진에 의하여 결정되므로 국내 원전의 지진해일 안전성 평가에는 과거에 이미 발생한 지진에 의한 지진해일과 지진공백역에서 발생가 능한 최대 지진해일을 모두 고려하고 있다 미국의 내진설계기준 내진설계기준은 크게 설계지진 결정기준, 지진응답해석 기준, 하중조합을 포 함한 설계기준으로 나누어 생각할 수 있다. 지진응답해석 기준에서는 일반적으 로 최근까지의 국제적인 기술현황을 반영한 방법을 적용하도록 하며 설계기준 은 나라별로 다소의 차이가 있으나 설계개념에 있어서는 크게 차이가 없다. 또 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 91

105 한 미국에서는 최근에 설계지진 결정기준을 최근에 개정하였다. 따라서 여기서 는 미국에서의 설계지진 결정기준에 대하여 기술하였다. 우리나라의 경우 미국에서 적용해 온 절차를 따르고 있으므로 근본적으로는 미 국의 설계지진 결정기준도 앞에서 설명한 우리나라의 설계기준 결정절차와 동일하 다. 다만 1997년에는 현재 우리나라에서 적용하는 절차와 동일한 절차에 추가하여 확률론적인 방법을 설계지진 결정에 사용할 수 있도록 하는 기준이 제시되었다(10 CFR Part 100 Subpart B(1997)). 이 기준에서는 확률론적 지진재해도 분석(PSHA, Probabilistic Seismic Hazard Analysis) 수행, 목적 초과확률에 대응하는 지반운동 값 결정, 지구과학적 조사가 확률론적 결과를 변화시키는지 확인, 부지고유 응답스 펙트럼 형상 결정, 지반운동값으로 부지고유 응답스펙트럼 형상을 스케일링 등의 과정을 거쳐 부지고유한 설계지진을 결정하도록 하고 있다(USNRC, 1997a). 또한 2007년에는 성능기반 접근법에 의해 부지고유한 설계지진을 결정하는 방법을 추가로 사용할 수 있도록 하는 기준이 제시되었다. 성능기반 접근법에 서는, PSHA에 의한 평균 등재해도 응답스펙트럼(UHRS)을 활용하여 성능목표 (내진요구성능이 내력성능을 초과할 확률 10-5/년)를 만족하도록 부지고유한 설 계지진을 결정한다. 즉, 평균 초과확률 10-5/년과 10-4/년에 해당하는 UHRS 결정, 이 두 종류의 UHRS를 이용한 설계 계수(Design Factor) 결정, 평균 초과 확률 10-4/년에 해당하는 UHRS에 설계 계수를 곱하여 설계지반응답스펙트럼 결정 등의 과정을 거쳐 부지고유 설계지진을 결정한다(USNRC, 2007a). 4.2 성능기반 내진설계 현황 및 최근 동향 내진등급 분류 및 내진설계기준 원전에서는 시설의 중요도에 따라 시설별 내진등급을 분류하고 이 중요도에 따라 내진설계기준을 달리 적용한다. 내진등급은 크게 내진범주 I급과 비내진범 주 I급의 두 개 등급으로 분류한다. 내진범주 I급 시설은 안전에 중요하고 안전 정지지진 발생시에도 기능이 유지되도록 설계되어야 하는 구조물, 계통 및 기 기들로서 다음과 같은 사항을 보장하도록 설계하며, 내진범주 I급 시설에는 핵 연료저장대를 포함한 핵연료저장조의 구조물도 추가로 포함된다. 원자로냉각재 압력경계의 건전성 원자로를 안전정지시킬 수 있는 능력과 원자로를 안전정지 상태로 유지시 킬 수 있는 능력 92 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

106 원자력법상의 선량한도를 초과하는 방사선 피폭을 초래할 가능성이 있는 사고를 방지하거나 결과를 완화시킬 수 있는 능력 내진범주 I급 구조물의 내진설계에 사용되는 지진하중으로는, 4.1.1절에서 설 명한 바와 같이 안전정지지진과 운전기준지진의 두가지 수준의 지진을 고려한 다. 이 등급의 구조물은 두가지 지진 모두에 대하여 허용응력 및 변형한계 범 위(재료의 탄성 범위) 내에 있도록 설계하며 하중조합도 일반 구조물의 내진설 계에 사용되는 하중조합보다 하중계수가 강화된 하중조합을 사용한다. 비내진범주 I급 시설은 내진범주 I급 시설에 해당하지 않는 시설이다. 비내진범 주 I급 시설중, 원자력 안전기능이나 연속적인 기능은 요구되지 않지만 그것들의 구조적인 손상이나 상호작용이 내진범주 I급 시설의 안전관련 기능을 허용할 수 없는 수준으로 저하시키거나 주제어실의 근무자들에게 해를 입힐 수 있는 시설들 은 내진범주 II급으로 분류한다. 내진설계 규정상의 내진범주 II급 분류 명칭은 없 으나 일반적인 비내진범주 I급 시설과의 구분을 위해 편의상 이와 같이 분류하여 사용하고 있다. 내진범주 II급 시설에 대해서는 안전정지지진에 대하여 기능상의 건전성은 요구되지 않고 구조적 건전성만 요구되며 근접한 안전관련 시설들과 안 전관련 기능상 허용할 수 없는 구조적 상호작용을 일으키거나 이들의 안전관련 운전을 손상시키지 않도록 설계해야 한다. 내진범주 Ⅱ급으로 분류되지 않는 나 머지 비내진범주 I급 시설은 일반산업기준의 내진설계규정에 따라 설계한다 성능기반 내진설계 최근동향 최근 미국 원자력학회에서는, 시설의 파손시 작업자, 일반 대중, 환경에 대한 방사선 피폭에 영향을 주는 정도를 기준으로 5개의 내진설계 범주(Seismic Design Category, SDC)를 설정하고 시설의 허용 변형 정도에 따라 한계상태를 4개 상태로 분류하여 총 20개의 내진설계기반(Seismic Design Basis, SDB) 분류 를 제시하였다(ANS, 2005). 또한 내진설계 범주 3, 4, 5에 대하여는 원전 시설 에 적용을 권장하고 목적 성능목표(Target Performance Goal)를 각각 10-4 /년, 4x10-5 /년, 10-5 /년으로 제시하였다. 또한 미국토목학회에서는 내진설계 범주 3, 4, 5에 대하여 설계기준지진(Design Basis Earthquake. DBE)을 각각 4x10-4 /년, 4x10-4 /년, 10-4 /년 초과 확률의 평균 등재해도 응답스펙트럼(Uniform Hazard Response Spectrum, UHRS)으로 제시하였다(ASCE, 2005). 성능기반 접근법은 ASCE/SEI 표준 43-05(2005)에 기초하고 있다. 이 표준은, 방사성 물질들을 처리, 저장 또는 취급하는 넓은 범위의 시설들을 포함하는, 안 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 93

107 전관련 원자력 시설들의 내진설계를 위한 성능기반 기준을 제시하기 위해 개발 되었다. 이 표준의 목표는 안전성과 방사선 방호에 대한 상대적 중요성에 따른 등급화된 접근법(Graded Approach)을 사용하는 내진설계 기준을 제시하는 것 으로서, 이를 통해 원자력시설들이 요구되는 성능을 유지하면서 지진의 영향에 견딜 수 있음을 보장하게 된다. 미국 원자력규제위원회에서는 이러한 자료를 기초로 가장 내진 요구성능이 높은 내진설계 범주 5(SDC 5)에 해당하는 목적 성능목표와 평균 UHRS를 채택 하였으며 한계상태는 최소 구조손상 상태인 탄성상태를 채택하였다. 여기서 탄 성상태는 국부적인 비탄성 변형이 응력집중 점에서는 발생할 수도 있으나 전체 적인 지진응답은 근본적으로 탄성 거동을 한다는 것을 의미한다. 성능기반 접근법은 보수적으로 결정된 지진재해도와 구조물 성능(취약도 특 성)을 통합한 방법이다. 기존의 재해도 기준확률 접근법에서는 재해도(hazard) 에 부합하는 설계 지진동을 결정하게 되는데 반해 이 방법에서는 위험도(risk) 에 부합하는 설계 지진동을 결정하게 된다. 성능목표(시설들의 탄성 한계상태 초과에 대한 평균 연초과 확률)에 해당하는 성능기반 부지고유 지반응답스펙트 럼은 설계계수(Design Factor)를 이용하여 UHRS를 수정함으로써 얻어진다. 진 동수의 함수인 설계계수는 다양한 발전소 위치와 구조물 진동수 범위에 대해 발전소 시설들의 연파괴 확률이 상대적으로 일관성이 유지되도록 한다. 이는 구조물 진동수와 부지 위치에 따라 변하는 지진재해도 곡선의 경사를 고려함으 로써 가능하게 된다. 설계계수는 부지고유 설계응답스펙트럼이 10-4 /년 초과확 률의 평균 UHRS와 같거나 이보다 커지도록 한다. 이러한 방법은 지금까지 미국을 제외하고는 사용되지 않고 있다. 이는 일반 시설에 대한 성능기반 설계기준이 그동안 미국 주도로 많은 연구가 이루어지고 선도적으로 원전 시설의 내진설계에도 적용하고자 하는 노력의 결과인 것으로 판단된다. 향후 이 방법에 대한 심도 있는 적용성 검토를 통해 국내 원전의 설 계지진 결정에 활용을 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다 일반시설 성능기반 내진설계 방법의 적용성 일반시설에 대한 성능기반 내진설계 개념은 여러 면에서 생각해 볼 수 있겠 으나 여기서는 내진성능목표에 따른 내진설계 방법과 변위에 기반한 내진설계 개념에 국한하여 원전 시설에의 적용성을 살펴보았다. 우리나라에서는 내진성능목표에 따른 내진설계를 위해 기능수행수준과 붕괴 방지수준에 대하여 설계지진을 결정하고 있다. 그러나 원전의 안전관련 시설은 94 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

108 특수성으로 인하여 최대설계지진에 대해 탄성상태를 유지하도록 하는 원칙을 적용하고 있기 때문에 붕괴방지수준은 적용하기 어렵다. 앞에서 설명한 바와 같이 내진범주 II급 시설의 경우는 구조적 건전성만 유지하면 되므로 이러한 시설에는 붕괴방지수준과 기능수행수준을 구분하여 설계하는 것이 가능할 것으 로 판단된다. 다만 하나의 발전소 내에서 어떤 시설은 내진성능목표를 설정하 여 설계하고 어떤 시설은 내진성능목표 자체를 고려하지 않는 것이 오히려 혼 란을 초래할 가능성은 없는지 심사숙고할 필요가 있다. 변위에 기반한 내진설계 개념의 경우도 구조물의 비탄성 변형을 가정하므로 설계지진에 대해 탄성상태를 유지하도록 하고 있는 원전 안전관련 시설의 설계 에는 적용이 어렵다. 내진범주 II급 시설의 경우는 비탄성 거동을 허용하므로 이 개념의 적용은 가능할 것으로 판단된다. 그러나 특정 원전의 터빈건물(내진범주 II급 시설)에 대하여 이 방법을 적용하여 해석한 결과는 비선형 시간이력해석 결과와 비교할 때 만족할만한 결과를 주지 않았음을 보이는 연구결과가 제시되 어 있다(Wang 등, 2001). 그 이유를 분석한 결과 터빈건물에서는 터빈발전기가 설치되어 있는 층 바닥이 진동전달을 방지하기 위하여 주변 층바닥과 분리되어 있는데 이로 인하여 기하학적 비선형 거동이 나타나며 변위기반 해석방법에서 는 이러한 비선형성을 적절히 고려하지 못하고 있는 것으로 분석되었다. 4.3 지진재해 대비 조치 지진계측설비 및 원전부지 지진 감시 국내 원전에서는 지진에 대비하여 원전 시설 내에 지진계측설비를 설치하여 운영하고 있다. 이와는 별개로 한국원자력안전기술원에서는 국내 4개 원전부지 에 원전부지 지진감시망 을 운영중이며 한전 전력연구원에서도 원전부지 지진 관측소를 운영하고 있다. 원전 시설 내에 설치된 지진계측설비는 지진발생시 원자로시설의 응답을 측 정 기록하여 운전원에게 발전소 가동정지에 대한 판단기준을 제공하고 시설물 안전성 평가를 위한 자료를 제공하기 위한 설비이다. 이 자료는 안전성 평가후 재가동 여부를 판단하는 데에도 사용된다. 즉 내진설계와는 별개로 지진계측설 비를 원전시설 주요 부위에 설치함으로써 설계지진보다 훨씬 작은(1/10 1/20 수준) 지진들도 계측하여 안전성 검토를 수행하며, 설계지진의 1/2 이상되는 지진발생시에는 일단 원전 가동을 중지시켜 시설의 안전성을 재평가하고 설계 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 95

109 과정에서 예측한 지진응답들과 비교 검토를 수행한다. 따라서 지진계측설비의 설치 위치는 지진발생시 원자로시설의 응답을 적절히 나타낼 수 있어야 하며 측정응답을 설계응답과 비교평가할 수 있도록 한다. 또 한 지진발생시 즉시 운전원에게 전달되어 원자로 가동정지등 필요한 조치가 취 해질 수 있도록 하며 각 계측기기에 대한 주기적인 검 교정 및 성능시험을 실 시하여 신뢰성 및 작동성을 확인한다. 지진계측설비 설치 관련 규정에 의하면 과거에는 시간이력가속도계, 최대가속도계, 지진스위치, 응답스펙트럼 기록기 등 여러 가지 지진계측기를 설치하도록 규정하고 있었으나, 근래에는 계측기 및 계측데이터 처리장치들의 발달에 힘입어 시간이력가속도계(최소 6개)만을 설치하도록 규정하고 있다. 지진계측설비에 의해 기록되는 지진기록 및 지진응답기록의 활용과 관련하여 미국 원자력규제위원회에서는 1997년에 규제지침 1.166(USNRC, 1997b)을 새로 이 제정하였다. 이 규제지침에서는 기존에 최대 지반가속도만을 운전기준지진 초과 판정기준으로 삼던 것을, 응답스펙트럼과 CAV(cumulative absolute velocity)를 판정기준에 포함시킴으로써 고진동수 영역에 주로 영향을 주는 작은 규모의 지진에 의한 불필요한 원자로 정지를 줄일 수 있도록 하고 있다. 이 규 정은 운전정지 기준을 완화한 것이므로 현재 우리나라에서는 적용하지 않고 있 으며 한국원자력안전기술원과 한수원(주)에서 이의 적용성 연구를 수행중이다. 이와 별개로 원자력안전기술원에서도 규제전문기관의 독립적인 지진활동 상 시감시를 위해 원전부지에 원전지진감시망 을 설치 운영중이다. 여기서는 부 지 진동의 최대가속도가 0.001g를 초과하면 즉시 교육과학기술부 및 원자력안 전기술원 관련자에게 휴대전화 메시지를 발송하고 있으며 0.1g를 이상의 지진 동이 관측되면 원전지진감시망에 의한 지진동 계측기록을 이용해 원자로 격납 건물(외벽)의 손상예측 부위를 평가하고 필요시 그 결과를 해당 원전에 제공하 여 구조물 점검에 활용하도록 하고 있다. 또한 한전 전력연구원에서도 원전부지 지진관측소를 운영하고 있다. 이는 관 련 기준에서 규정하고 있는 사항은 아니나 최대지반가속도 0.01g 이하의 지진 도 상시 관측하여 지진감시능력을 강화하고 장기적인 지진관측자료 확보를 통 하여 원전부지 지진특성 평가 및 내진안전성 관련 연구에 활용하기 위한 것으 로서 각 원전 부지 및 주변지역 총 13개소에 지진관측소가 설치되어 있다. 각 지진관측소는 한전 전력연구원에 네트워크로 연결되어 지진동을 관측, 기록 및 분석하고 있으며 효율적인 지진관측자료 확보를 위하여 기상청, 원자력안전기 술원 및 지질자원연구원 등 유관기관의 지진관측망과 연계 운영하고 있다. 지 96 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

110 진동 관측자료는 한수원 본사 및 각 원전본부에 실시간으로 제공되고 있다 지진발생에 대비한 대책 1) 지진대응절차 원전 운전중 격납건물/보조건물 기초 또는 자유장 지표면에 설치된 지진계측 기에 의해 최대지반가속도 0.01 g 이상의 지진동이 감지되면 원전 주제어실에 지진기록장치 동작 신호가 발생하여 지진대응절차서(비정상절차서)에 따라 주 요 구조물 및 계통의 지진 영향을 점검하며, 운전기준지진인 0.1g 이상의 지진 동이 감지되면 비정상운전절차에 따라 원전을 안전하게 정지시킨 후 후속조치 가 취해진다. 우선 비정상절차서에 따라 주요 구조물 및 기기의 지진 영향을 점검하고 지진에 대한 발전소의 안전성을 평가한다. 또한 방사선비상계획에 따 라 백색/청색/적색 비상을 발령하여 주민 보호조치를 취할 수 있도록 하고 있 다. 지진에 의해 원전 운전이 정지된 경우에는 안전관련 시설의 손상여부 확인 을 위한 현장조사, 손상 발생시 보수후 성능확인검사, 실제 발생한 지진으로부 터 지진력을 계산하여 설계지진력과 비교하는 안전성평가 등을 수행하고 발전 소에 영향이 없음이 확인되면 정부의 허가를 거쳐 운전을 재개한다. 안전관련 시설의 손상여부 확인을 위한 현장 조사에서는 앞에서 설명한 바 있는 확률론 적 지진안전성 평가 과정에서 얻어진 지진취약도 평가 결과도 활용하여 상대적 으로 내진성능이 낮은 설비를 점검대상에 포함시킨다. 지진발생시 비상대응체계 세부 내용은 <그림 IV-4.4> 및 <표 IV-4.2>와 같다. 방사선비상계획서는 원전에서 방사선 비상사고가 발생하거나 발생할 우려가 있 을 때에 적용하는 절차서로 여기에는 운전기준지진 초과시 지진의 크기와 방사 성물질의 누출 위험정도에 따라 아래의 3가지 비상발령으로 구분하고 있다. 운전기준지진 초과시 : 백색비상 안전정지지진 초과 및 운전모드가 고온정지 이상시 : 청색비상 안전정지지진 초과 및 대형화재/노심용융사고로 방사성물질이 누출되거나 예상될 때 : 적색비상 방사선비상계획서에 따라 방사선비상이 발령되면 원전에서는 비상대책실 (EOF), 비상기술지원실(TSC), 비상운영지원실(OSC), 비상통신 및 경보시설 등을 운영하게 되는데, 교육과학기술부 고시에 따라 방사선비상계획구역 외부로부터 10 km 이내에 위치한 비상대책실(EOF)에서 방사성물질의 환경방출 여부를 감 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 97

111 시하고 부지 내 외 방사능 평가, 주민예상피폭선량 평가 및 주민보호조치 권 고를 수행하고 외부 방재대책기관 및 협력기관과의 협조, 조정기능을 수행하는 등 방재업무를 총괄 지휘하게 된다. 정부 및 지자체에서는 중앙 및 지역 방사 능방재대책본부, 현장방사능방재지휘센터, 합동방재대책협의회, 방사능방호기술 지원본부 등을 운영하게 되며, 원자력 시설의 인접 지역에 설치되는 현장방사 능방재지휘센터에서 신속한 지휘 및 상황 관리를 수행하게 된다. <표 IV-4.2> 방사선 비상등급별 대응조치 구 분 백색비상 청색비상 적색비상 대응조치 비상발령 보고, 상황전파 사고확대방지 응급조치 사업자 비상대응시설(소내)의 운영 - 비상기술지원실 비상대책본부 발족 전까지 비상대책본부 기능 수행 1차적인 통신센터 사고 및 비상상황 분석 평가 - 비상운영지원실 비상시 정비, 소화 및 구호활동 수행 지역방재대책본부 설치 운영 백색비상 대응조치 수행 사업자 비상대책본부 설치 운영 - 비상대책실(소외) 비상대응활동 총괄 소외 방재대책기관과의 협조 사고 및 비상상황 분석 평가 방사능 재난 선포 중앙방재대책본부 설치 운영 현장지휘센터 운영 기술지원 조직 운영 청색비상 대응조치 수행 원자력시설 주변 주민에 대한 보호조치 실시 <그림 IV-4.4> 지진발생시 원전 대응절차 98 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

112 2) 지진발생시 보고 및 정보공개 지진기록장치 동작신호가 발생하거나 운전기준지진 초과에 의한 원전 운전정 지 시에는 4시간 이내에 교육과학기술부 및 규제기관에 보고하고 언론 및 인터 넷에 관련정보를 공개하고 있다. 방사선비상이 발생한 경우 교육과학기술부 및 관할 시 도 등 대내외 기관에 즉시 구두보고 및 4시간 이내 서면보고하고 언 론 및 인터넷에 관련정보를 공개하며, 원전 2km 이내 지역을 대상으로 대민 비상경보 및 안내방송을 실시한다 지진대응훈련 원전에서는 방사능방재 훈련의 일환으로 지진대응훈련을 실시하고 있다. 이 훈련은 원전부지에서 운전기준지진 이상의 지진 발생을 가정하여 원자로를 안 전하게 정지하고 원전 주변 지자체 및 관련기관에 사고정보를 제공하는 시나리 오를 개발하여 정기적으로 실시하고 있다. 훈련 대상은 발전소 종사자 및 지역 주민들이며 방사능방재 전체훈련에 포함하여 2005년부터 원전 본부별로 1년에 1회 이상 실시하고 있다. 4.4 문제점 및 개선방안 원자력 관련 법규와 지진재해대책법의 내진설계 규정간의 상관관계 현재 국내 원전 시설의 내진설계와 지진계측기 설치는 원자력 관계 법령에 따라 이루어지고 있으나 올해 3월에 제정된 지진재해대책법에도 원전 시설에 대한 관련 규정이 포함되어 있다. 이와 같이 내진설계와 관련된 법규가 이중으 로 적용됨에 다른 문제가 없는지 심도 있는 검토가 필요하다. 발생가능한 문제 로 생각해 볼 수 있는 예로는 두가지 관계 법령에서 사용하는 용어에 대한 혼 란이 발생할 수 있는 경우, 이중으로 인허가를 받아야 하는 경우, 세부 조항이 서로 양립이 어려운 경우 등을 들 수 있다. 또한 원전의 내진설계를 위한 설계지진은 일반 산업시설과는 다른 특수한 엄 격한 방법을 적용하여 결정하고 있다. 따라서 지진재해대책법에서 내진설계 등 을 위해 제작 활용하도록 규정하고 있는 지진위험지도는 원전 시설의 내진설계 에 적용하기가 어려울 것으로 판단된다. 따라서 지진재해대책법 및 향후 제정될 관련 시행령에서의 원전 시설 관련 조항은 심도 있는 검토 및 관계 기관간의 긴밀한 협의를 통하여 필요시 적절한 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 99

113 범위 내에서 원자력 관계 법령으로 위임하는 조치가 필요할 것으로 판단된다. 다만 원전 시설에서 지진계측기 설치 요건은 관련 법령이 아닌 규제지침에만 규정되어 있으므로 지진계측기 설치에 대한 포괄적 요건은 원자력 관련 법령 또는 고시 수준에서 규정할 필요가 있다 설계지진 결정방법 개선 현재 국내 원전의 설계지진은 결정론적인 방법에 의해 결정하며 확률론적인 방법에 의해 그 타당성을 검토하고 있다. 향후 성능에 기반한 설계지진 결정방 법의 적용성을 심도 있게 검토하여 활용할 필요가 있는 것으로 판단된다. 이를 위하여는 확률론적 지진재해도 분석시 활용할 우리나라 고유의 지질 및 지진학 적 자료에 대한 연구도 병행되어야 한다 지진발생시 운전정지 기준 및 후속조치 개선 현재 국내 원전에서는 지진발생시 운전기준지진에 해당하는 최대지반가속도 를 기준으로 발전소 정지여부를 결정하고 있다. 그러나 우리나라와 같이 상대 적으로 지진발생 빈도가 낮은 지역에서는 최대지반가속도가 지진이 시설에 주 는 실질적인 영향을 제대로 나타내지 못하는 것으로 알려져 있다. 즉 최대지반 가속도가 기준값보다 훨씬 커도 시설물에는 거의 영향을 주지 못하는 경우가 많다. 따라서 최대지반가속도를 기준으로 발전소의 운전정지 여부를 판단하는 것은 너무 보수적인 판단을 하게 되는 것이므로 지진발생시 운전정지기준에 대 해 심도 있게 검토하여 개선할 필요가 있는 것으로 판단된다. 또한 국내 원전에서는 지진발생시 점검절차 및 점검후 발전소 재가동 절차가 어느 정도 마련되어 있으나 그에 대한 안전성 측면의 기술배경이 다소 미흡한 것으로 판단된다. 따라서 이에 대한 심도 있는 기술검토를 거치고 필요하다면 개선된 절차를 마련할 필요가 있는 것으로 판단된다 운전원 지진비상대응 훈련 강화 현재 국내 원전에서는 운전원에 대한 지진비상대응 훈련을 가상적인 지진발 생 시나리오에 따라 주기적으로 실시하고 있다. 그러나 가상적인 시나리오만을 가정하여 안정된 상태에서 절차서에 따른 훈련을 실시하기 때문에 실제 강한 지진이 발생했을 때 적절히 대처할 수 있을지 판단하기 어렵다. 일본에서는 원 전 운전원 훈련센터에서 실제 지진 발생했을 때와 유사한 진동 및 음향효과(지 진발생 진동음, 제어판에서의 온갖 경보음 등)를 모사하여 훈련할 수 있도록 하 100 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

114 고 있다. 이 훈련센터를 방문한 경험에 의하면 그와 같은 효과가 모사된 상태 에서는 매우 당황스러운 환경이 조성되어 안정된 상태에서의 훈련만으로는 적 절한 대처가 어려울 것으로 판단되었다. 따라서 우리나라의 시뮬레이터 훈련에 서도 여건상 진동은 모사하지 못할지라도 음향효과는 모사하여 지진비상대응 훈련을 실시하는 것을 검토할 필요가 있는 것으로 판단된다. 5. 지반 내진설계기준 검토 및 개선 방안 5.1 역사지진 기록의 재평가 우리나라의 역사지진 자료에 대한 종합적인 검토는 1983년 2월 한국동력자원 연구소에서 최초로 수행되었다. 당시 검토된 내용은 역사지진의 신빙성 및 정 확성, 피해기록의 재확인, 진도 평가 기준 및 진도 결정, 감지면적에 의한 진동 등이다(한국동력자원연구소, 1983). 이후에도 여러 국내 연구자들에 의해 수정 및 보완이 이루어져 왔고, 이를 바탕으로 확률론적인 방법에 근거해 지진위험 도가 작성되어 1997년 건설교통부에서 제정한 국가 내진설계기준의 상위개념인 내진설계기준연구Ⅱ(건설교통부, 1997)에서 이용되고 있다<그림 IV-5.1>. (a) 500년 재현주기 지진위험도 분포도 (b) 1000년 재현주기 지진위험도 분포도 <그림 IV-5.1> 재현주기별 국내 지진위험도 분포도 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 101

115 과거 우리나라에 지진이 있었던 사실은 A.D. 2년부터 1904년까지의 역사지진 자료와 1905년부터의 계기지진 자료로 나눌 수 있다. 지금까지 밝혀진 역사기 록상의 유감지진은 약 1,700회에 달한다. 특히 이들 지진 중에서도 인명 및 재 산 피해를 수반한 MMI Scale Ⅶ이상의 피해지진은 과거 약 2,000년 동안 약 40회 이상 발생했던 것으로 기록되고 있으며, 이는 평균 50년에 1회 정도의 빈 도로 비교적 심각한 피해를 초래한 지진이 발생한 것을 의미한다. 우리나라 역 사지진에 대한 하나의 통계적 분석결과에 의하면, 한반도의 지진발생 주기는 약 200년 300년이고, 이러한 지진활동의 특성은 북동 중국 지역과 일본의 서 남부 지역의 지진활동의 특성과 유사한 것으로 제시되어 있다. 이들 역사지진 들에 대한 기록을 보면 대규모 지진에서 보여주는 여러 가지 특징들을 잘 보여 주고 있다. 사료에 기록된 지진을 살펴보면 과거 사람이 많이 거주하였던 지역, 특히 왕조 시대의 도읍지에서 지진이 많이 발생되고 큰 피해가 발생한 것으로 기록되어 있다. 여기서 주의 깊게 살펴보아야 할 대목이 바로 사람이 많이 살던 곳, 특히 도읍지에서 피해가 많이 발생하였다는 사실이다. 이는 과거에는 인간의 감각에 의존하여 지진을 감지할 수밖에 없었고, 주로 사람이 많이 살던 곳의 피해사실 이 역사 기록에 남았기 때문으로 분석된다. 과거 사람들이 많이 살았던 도읍지 나 도시 지역의 경우 대부분 평야나 하천이 지나는 토사지반이었다. 따라서, 역 사서에 기록된 지진의 세기와 피해사례는 대부분 토사지반의 기록이고, 지반공 학적인 관점에서 살펴보면 지반증폭현상이 반영된 기록이라고 볼 수 있다. 내진설계기준연구Ⅱ에서 제시하고 있는 <그림 IV-5.1>의 경우 역사지진의 자료 와 계기지진을 기초로 확률론적인 방법을 바탕으로 작성된 것이다. <그림 IV-5.1>의 지진위험도에 나타나 있는 가속도의 값은 설계지반운동 수준을 결정 하는 값으로 암반노두의 가속도를 의미한다. 그러나, 지진위험도에 나타나 있는 가속도 값은 역사적인 사료를 바탕으로 결정된 값이기 때문에 대부분 지반증폭 현상을 경험한 값으로 볼 수 있다. 따라서 지표면에서 인간의 감각으로 느껴진 진동은 지반증폭현상이 반영된 값인데 반하여, 국내 지진위험도에서는 이를 다 시 암반노두에 적용하도록 하고 있어 지진하중을 과대평가 할 수 있는 개연성 이 있다. 증보문헌비고( 增 補 文 獻 備 考 ) 에 따르면 서기 779년(신라 혜공왕 3년) 경주에 서 지진으로 100여명이 사망했다는 기록이 있는데, 경주 지역의 경우 신라시대 의 도읍지였고 주변에 형산강이 있어 퇴적토가 깊게 발달된 지역이다. 최근 경 주 지역의 경우 지반조건에 따라 지진시 지반의 증폭정도를 산정한 연구결과가 102 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

116 있다(Kim 등, 2002). 연구결과에 따르면 형산강이 지나는 유역의 퇴적토가 깊게 발달된 지역의 기반암이 심도 30m 이상의 깊은 깊이에 존재하고 지반을 분류 하였을 경우 대부분 SC 지반과 SD 지반으로 분류되고 있다. 또한, <그림 IV-5.2(b)>와 같이 경주 지역 전체에서 약 1.5배~2배 정도의 증폭이 발생하는 것으로 나타났다. 일반적으로 국지적인 지반조건에 의해 지반증폭현상이 발생한다는 것은 널리 알려진 사실이다. 내진설계기준연구Ⅱ에서 제시하고 있는 지반종류별 단주기 증폭계수에 따르면 암반지반(S B)에 비하여 토사지반의 지표면의 가속도는 S C 지 반의 경우 1.18배, S D 지반의 경우 1.45배, S E 지반의 경우 2.0배 정도의 증폭이 발생한다. 따라서, 국내 내진설계기준의 지진위험도가 암반노두에 적용되는 가 속도 값을 제시하고 있는 것을 고려하면, 역사자료에 기록되어 있는 값을 암반 노두에 적용하는 것은 다소 무리가 따를 수 있다. (a) 전단파속도 주상도 지도 (b) 단주기 영역 증폭계수 위험도 <그림 IV-5.2> 경주지역 전단파속도 주상도 지도 및 단주기 영역 증폭계수 미국의 경우, 1976년 이후 미국지질조사소(USGS)에서 확률론적 방법에 의한 국가 지진위험도를 발간하였으며, 약 5년마다 새로이 추가된 자료와 방법을 통하 여 이를 새롭게 수정해 나가고 있다. 또한 미국내 주요 대도시 지역에서는 필요 에 의해 독자적으로 상세한 조사와 지질구조 및 표토층의 효과를 고려한 지방 지진재해지도를 작성하여 사용하고 있고, 이를 광역 국가 지진위험도 보완에 활 용하고 있다. 현재 가장 최신의 미국 국가 지진위험도는 2002년에 발표되었다. 일본의 경우, 1995년 효고현 남부 지진 이후, 지진방재대책특별조치법에 따라 설치된 지진조사 연구추진본부에서 1999년 지진조사, 관측 및 연구 증진을 위 한 기본시책 을 마련하였다. 당면과제의 하나로써 전국을 총관하는 지진동예측 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 103

117 지도 작성을 목표로 약 10년의 장기 계획을 수립하여 시행하였고, 2004년 말 국가 지진위험도에 대한 인터넷 서비스를 개시하였다. 현재는 시스템의 보완과 함께 확률론적 방법과 결정론적 방법의 연계 방안 연구가 추진되고 있다. 따라서 국내 지진위험도 역시 그동안 이루어진 지질 및 지진분야의 관련 조사 및 새로운 연구결과를 바탕으로 국내 지반특성에 적합하도록 작성하여 새로운 형태의 불확실성이 감소된 국가 지진위험도를 작성하여 다양한 지진 관련 분야 에 기초 자료를 제공해야할 필요성이 충분하다. 특히, 지진에 의한 인명 및 사회 기반 시설의 피해를 최소화할 목적으로 원자력, 토목 및 건축 분야에서 내진설계 가 반드시 필요하고, 이를 위해, 충실한 지질 및 지진분야의 기반자료와 평가기 술을 바탕으로 보다 향상된 수준의 국가 지진위험도를 작성할 필요가 있다. 또한, 1990년대 중반 이후 수행된 초가집, 기와집, 성첩, 봉화대, 석탑 등에 대한 진동대 실험 결과(서정문 외 1997a, 1997b; 김재관과 류혁, 2001)가 발표되 고 있다. 추후 국내 대표적인 가옥구조, 주거형태 및 문화재에 대하여 충분한 고증을 통한 진동대 지진 시뮬레이션 결과와 기존 역사기록을 비교함으로써 국 내 역사지진 기록에 관한 정확하고 객관적인 재평가가 필요하다. 5.2 지반분류 및 응답스펙트럼의 재산정 지역적 지반 조건과 이에 따른 동적 특성의 변화는 지진시 지표면에서의 지 반 운동에 매우 큰 영향을 미치며, 이러한 영향은 수많은 실제 사례와 연구를 통해 보고되어 왔다(선창국 등, 2005; Kim 등, 2002; Kim and Yun, 2006). 즉, 진원에서 발생된 지진파는 전달 매체인 암반이나 토사를 통해 전파되고 이 과 정 중에 증폭 또는 감쇠되어 지표면에 위치한 구조물에 작용된다<그림 IV-5.3>. 일반적으로 지진파는 기반암 상부의 토사를 통해 전달되는 과정 중에 증폭되 며, 현행 국내외의 내진설계 기준에서도 이러한 특성은 지반의 증폭계수로 정 량화되어 설계 지반 운동의 결정에 보편적으로 활용되고 있다. 그러나 국내 내진설계기준을 이용하여 설계를 수행하다 보면 지반분류 방법 과 지반의 증폭계수가 국내의 일반적인 지반특성을 제대로 반영하지 못하고 있 어, 부지 고유의 지진응답해석 결과와 국내 내진설계기준에서 제시하고 있는 설계응답스펙트럼이 단주기와 장주기 영역에서 많은 차이를 보이고 있음을 알 수 있다(Kim 등, 2002; 윤종구 등, 2006). 이는 우리나라의 경우 큰 규모의 지진이 자주 발생하지 않는 중약진 지역이고, 지진 계측이 비교적 최근에 활성화 되었을 뿐만 아니라 내진설계기준 제정을 위한 실지진 기록이 미흡하여 외국의 내 104 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

118 진설계기준을 토대로 국내 기준이 제정되었기 때문이다. 또한 1997년 국가 내진설 계기준의 상위개념인 내진설계기준연구Ⅱ의 제정 당시 필수적 사전 검토 과정인 지반 조건에 따른 증폭 특성의 정량적 평가 없이 국가적 내진 대책의 조속한 체계 화를 위해 지반분류 및 설계응답스펙트럼을 작성하는 방법의 경우 미국 UBC 1997, IBC 2000 설계기준을 그대로 준용한 것도 또 하나의 이유가 될 것이다. 응답스펙트럼 지표면 암반노두 운동 압반노두 자유장 운동 지반분류 토사지반 단층운동에의한지진발생 거리에 따른 감쇠 기반암 운동 <그림 IV-5.3> 지반 증폭 현상 UBC 1997 설계기준은 기반암이 깊이 존재하는 미국 서부해안지역의 지반 조 건에 적합하도록 작성된 기준이다. 미국의 내진설계기준에서는 상부 30m 토층 의 평균 전단파속도(V S,30 )를 이용하여 지반분류를 수행하고 있다. 이는 이전 기 준의 서술식 지반분류 방법의 모호함을 개선하고, 기반암의 깊이가 상당히 깊 어 일반적으로 기반암 깊이까지 설계에 반영할 수 없을 경우 지진시 가장 큰 영향을 미치는 상부 30m 토층의 물성을 통해 설계를 수행하기 위함이었다. 그 러나 국내 내륙 지반의 경우, 일반적으로 기반암의 깊이가 30m 이내에 존재하 는 경우가 대부분이기 때문에 V S,30 을 이용하여 지반분류를 수행하면, 토층과 암반의 물성이 같이 반영될 수 밖에 없다. 예를 들어, 상부 토층이 10m에 불과 하고 암반층이 20m 일 경우 하부 암반층의 영향이 상대적으로 크게 반영되어 야 하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 즉, 기반암의 깊이가 깊은 지역에서 설계 의 효율성을 위하여 상부 30m의 평균 지반물성을 이용하려는 취지가 국내 지 반과 같은 기반암의 깊이가 얕은 지역의 경우 불합리한 요소로 반영될 수 있 다. 이러한 이유로, 미국 동부 지역에서는 일찌감치 지반 조건에서의 차이를 인 식하고, 독자적인 지반분류 방법과 응답스펙트럼을 작성하여 설계기준에 반영 하기 위해서 노력하고 있다(Hwang 등, 1997; Gajer 등, 2008). 따라서, 기반암이 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 105

119 대부분 30m 이내에 존재하고 장주기 영역 보다는 단주기 영역에서 스펙트럴 가속도의 증폭이 크게 나타나는 국내의 지반특성을 고려하면, UBC 1997 기준 을 그대로 사용하고 있는 국내 내진설계기준의 지반분류 방법 및 설계응답스펙 트럼은 재산정되어야 한다고 판단된다. 국내 지반 조건과 미국 서부해안 지역의 지반 조건을 정량적으로 비교하기 위하여, 국내 여러 지역의 182개 부지와 미국 캘리포니아의 ROSRINE 프로젝 트 현장지반을 선정하였다. 국내 182개 지반을 <표 IV-5.1>에 나타낸 국내 내진 설계기준(건설교통부, 2005; 대한건축학회, 2005 등)에 명시된 방법으로 지반분 류를 수행하였을 때, S B 지반으로 분류되는 지반이 16개, S C 지반은 76개, S D 지 반은 60개 그리고 S E 지반은 30개로 나타났다. 각 지반종류별 기반암 깊이, V S,30 및 고유주기를 <표 IV-5.2>에 정리하였다. 각 지반별 기반암이 위치한 평 균 깊이는 S B 지반의 경우 -6m 정도이고, S C 지반의 경우 -18.3m, S D 지반의 경 우 -23.5m로 상부 토층 30m 평균 전단파 속도를 이용하여 지반을 분류할 경우 30m까지 외삽을 하여야 하며 대부분의 지반에서 암반층의 물성이 지반분류에 반영되고 있다. 그러나 S E 지반의 경우 기반암의 평균 깊이가 36.2m로 상부 30m의 평균 전단파 속도를 이용할 경우 기반암의 물성은 반영되지 않았다. <표 IV-5.1> 국내 지반분류 방법 지반 분류 지반종류의 호칭 전단파 속도 V s,30* (m/s) 상부 30m 에 대한 평균 지반 특성 표준관입시험 N 30 (blow/foot) 비배수 전단강도 S u (kpa) S A 경암지반 1500 초과 S B 보통암지반 760~ S C 매우 조밀한 토사지반 또는 연암지반 360~ 초과 100 초과 S D 단단한 토사지반 180~360 15~50 50~100 S E 연약한 토사지반 180 미만 15 미만 50 미만 S F 부지 고유의 특성평가가 요구되는 지반 * : 현장 탄성파 탐사를 통해 획득한 전단파속도 주상도 이용 106 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

120 미국 서부해안지역 ROSRINE 프로젝트 현장지반의 전단파속도 주상도는 <그 림 IV-5.4>에 나타내었다(Bardet et al, 2001; 선창국 등, 2005). 국내 지반의 평 균 전단파속도 주상도와 ROSRINE 현장지반을 비교해보면, 대부분의 국내 지 반의 경우 깊이 30m 이내에 기반암이 존재하고 깊은 깊이의 경우 50m 내외이 지만, 미국 서부해안지역의 지반의 경우 깊이 100m 300m 정도에 존재하여 국 내 일반적인 지반과는 전혀 다른 특성을 보이고 있다. <표 IV-5.2> 지반종류별 평균 기반암 깊이, 전단파속도 및 지반의 고유주기 비교 S B S C S D S E 최소 최대 평균 최소 최대 평균 최소 최대 평균 최소 최대 평균 기반암 깊이 (m) V S,30 (m/sec) 주기 (sec) 국내 WUS1) ) ROSRINE (Resolution Of Site Response Issues from the Northridge Earthquake) 프로젝트 지 반 데이터 - WUS - the Western United States. Depth (m) Shear Wave Velocity, Vs (m/s) KOREA ROSRINE TS01 (5m) TS02 (DT 110m) TS03 (DT 153m) TS04 (DT 92m) TS05 (DT 287m) TS06 (139m) TS07 (55m) TS08 (DT 92m) TS09 (18m) TS10 (15m) TS11 (34m) TS12 (9m) TS13 (9m) TS14 (DT 152m) TS15 (DT 68m) TS16 (DT 101m) TS17 (98m) TS18 (DT 108m) TS19 (DT 107m) TS20 (35m) TS21 (DT 215m) TS22 (Outcrop) TS23 (Outcrop) UG01 (65m) UG02 (DT 90m) UG03 (80m) UG04 (DT 90m) UG05 (DT 90m) UG06 (42m) UG07 (DT 88m) UG08 (DT 85m) UG09 (73m) UG10 (DT 75m) UG11 (No Info) UG12 (No Info) UG13 (No Info) UG14 (No Info) UG15 (DT 93m) UG16 (DT 60m) UG17 (DT 90m) UG18 (DT 88m) UG19 (DT 100m) UG20 (12m) UG21 (No Info) UG22 (DT 82m) UG23 (12m) UG24 (DT 90m) UG25 (DT 30m) UG26 (DT 365m) Ave of TS Ave of UG Average <그림 IV-5.4> ROSRINE 현장 지반의 전단파속도 주상도 <그림 IV-5.5> 국내 지반과 ROSRINE 현장 지반의 고유주기 비교 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 107

121 국내 지반과 ROSRINE 프로젝트 현장지반의 차이는 지반의 고유주기를 비교 해 보면 더욱 명확해 진다. 기반암 상부 토층 지반의 고유주기(T G)는 식 (IV-5.1)을 이용하여 계산하였고, <그림 IV-5.5>와 <표 IV-5.2>에는 국내 해석대 상지반의 고유주기와 ROSRINE 현장지반의 지반의 고유주기를 비교하였다. (IV-5.1) 여기서, d i = i번째 토층의 두께(m) V si = i번째 토층의 전단파속도(m/s) 국내 S C 지반의 경우 고유주기의 평균값은 0.22초 정도이고, S D 지반의 경우 0.37초 정도이다. 그러나, 미국 서부해안지역(Western US, WUS)의 경우 각각 0.50초와 1.20초 정도이다. 또한, 고유주기 영역의 폭을 비교하여 봐도 국내 지 반의 경우 고유주기 영역이 매우 좁게 나타난 반면, 미국 서부해안지역의 경우 고유주기의 폭이 매우 넓게 분포되어 있는 특징을 보인다. 이와 같이 국내 지반과 미국 서부해안지역 지반의 고유주기가 큰 차이를 보이는 것은 식 (IV-5.1)과 같이 지반의 고유주기가 기반암 깊이에 대한 함수이기 때문이다. <그림 IV-5.5>에 나타난 바와 같이 국내 지반의 고유주기 범위는 ROSRINE 프로젝 트 현장지반의 고유주기 범위보다 단주기 영역에 있고 매우 좁게 분포한다. 이는 국내 지반의 경우 기반암 깊이가 깊지 않고, 기반암 위치의 분포 범위가 좁기 때문 에 고유주기의 범위도 좁게 나타난다. 반면, ROSRINE 프로젝트 현장지반의 경우 기반암의 분포 범위가 넓어 장주기 영역이며 고유주기의 분포가 넓게 나타난다. 실제 국내 지반조건에서 가장 많은 비율을 차지하는 S C 지반과 S D 지반에 대한 지진응답해석 결과와 국내 내진설계기준에서 제시하는 설계응답스펙트럼 값에 많은 차이가 나타난다. <그림 IV-5.6>에 보이는 바와 같이 지진응답해석을 통해서 획득 한 스펙트럴 가속도의 경우, 단주기 영역에서의 증폭이 크게 발생하는 반면, 장주기 영역에서는 내진설계기준의 값보다 작은 값을 가진다. 이와 같은 현상은 앞에서 언 급하여듯이, 국내 S C 및 S D 지반의 경우 기반암이 대부분 30m 이내에 존재하고, 미 국 서부해안지역의 지반특성과는 많은 차이가 있어 나타나는 것으로 판단된다. 따라서 UBC-1997 기준을 그대로 준용하고 있는 국내 내진설계기준의 설계응 답스펙트럼을 국내 지반의 일반적인 특성에 적합하도록 재작성할 필요가 있다. 또한 설계응답스펙트럼을 작성하기 위해서는 증폭계수의 산정이 선행되어야 하 고, 증폭계수의 산정에 절대적인 영향을 미치는 요소는 지반분류임을 고려하면, 108 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

122 국내 지반의 지반분류 방법의 개선이 절실히 필요하다. 특히, 국내 내륙지역의 지반은 얕은 기반암 심도로 인해 V s,30 을 이용할 경우 암반의 영향이 지나치게 크게 반영되는 등의 문제점이 발생하므로 국내 지반특성에 적합한 지반분류 방 법에 대한 개선이 무엇보다 선행되어야 하고, 더 나아가 앞으로 제정 및 개정 되는 기준에 반영하는 것이 필요하다. (a) S C 지반 (b) S D 지반 <그림 IV-5.6> 지진응답해석 결과와 설계응답스펙트럼과의 비교 5.3 성능기반 내진설계 기준 정립의 필요성 지반 구조물에 대해서는 지반 재료의 첨두 강도(peak strength)를 획득하여 지진력에 대한 안전율을 확보하는 기존의 방법을 벗어나 지진시 또는 지진 후 발생하는 변형 및 사용성을 성능으로 규정하는 것이 필요하다. 항만구조물 및 필댐의 사면안정 등, 최근 들어 지진에 의한 붕괴나 변형 가능성을 상시 모니 터링하는 사례가 증가하면서 변형 평가의 중요성이 인식되고 있다. 또한 액상 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 109

123 화 발생 후 과잉간극수압의 소산과 함께 발생하는 침하 및 변형, 교량 상부구 조물의 지진시 안전성을 평가하기 위한 기초-지반 구조물의 변형 평가 등 구조 물의 변형에 근거한 성능기반설계법의 필요성이 대두되고 있다. 공용기간 중 지반 구조물의 목표 성능을 보장하기 위해서는 지반 탄성계수의 공간적 분포 및 비선형 변형특성을 정확히 평가하고, 이를 수치해석에 적용할 필요가 있다. 이를 위한 지반 구조물의 형식, 시험 조건에 따른 현장 탄성파 시 험 및 실내 변형 시험의 지침을 명확히 하고, D/B를 활용할 수 있는 방안을 마련할 필요가 있다. 또한 상사법칙을 적용하여 원형 지반구조물과 동일한 응 력과 변형률을 재현할 수 있는 원심모형시험을 활용함으로써 지진시의 변형 거 동을 신뢰성 있게 평가하고, 수치해석 결과를 검증 보완할 필요가 있다. 5.4 지진계측 시스템의 개선 현재 국내 주요 지진 관측 기관으로는 기상청, 한국지질자원연구원, 한국전력 연구원, 원자력안전기술원, 지진공학연구센터 등이 있으며, 몇 개의 대학에서 자체 또는 한국지질자원연구원과 공동으로 관측망을 운영하고 있다. 또한 원자 력 발전소와 댐 등에도 가속도 계측 설비가 운영 중에 있다. 일반적으로 사용 하고 있는 지진 계측 시스템에는 측정 주파수 범위에 따라 단주기 지진계, 광 대역 지진계, 초광대역 지진계, 가속도계 등이 있고, <그림 IV-5.7>에 나타낸 바 와 같이 전국적으로 분포하여 실시간 계측이 이루어지고 있다. 이를 통해 획득한 지진계측 자료는 앞으로 발생할 지진 활동을 예측하는데 사용될 뿐만 아니라, 지진시 지반 증폭 현상을 이해하고 이를 평가하기 위해 널리 사용되고 있는 수치해석 기법의 검증에 유용하게 사용된다. 초기 지진계측 시스템을 매설할 당시에는 암반노두와 지표면 등 매설 위치를 특별히 구분하지 않았기 때문에 관측된 지진동에 대하여 부지 효과가 반영된 것인지 아닌지를 명확히 확인하기 쉽지 않았다. 최근 들어, 기상청을 비롯한 여 러 기관에서 토층에 매설되어 있던 지진계를 기반암 또는 암반노두로 이전하는 작업이 이루어지고 있다. 이는 지진원 특성 추정을 위한 부지효과의 제거, 내진 설계에 필요한 입력지진동 평가, 지진동 거리 감쇠식 모델의 검증 및 개선 등에 도움이 된다. 그러나 부지효과에 의한 지반 증폭 현상을 평가하고, 실제 지진에 의해 지표면에서 발생하는 피해를 예측하는 지진재해 저감의 공학적인 목적을 위해서는 기반암 및 암반노두에서의 계측자료 뿐 아니라 토사층 및 지표면에도 지진계를 매설하여 지진동을 계측하고 이를 내진설계에 활용할 필요가 있다. 110 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

124 (a) 기상청 (b) 한국지질자원연구원 <그림 IV-5.7> 국내 대표 기관의 지진 관측소 현황 최근 들어, 지진활동이 활발한 미국, 멕시코, 일본 및 대만 등지에서 깊이별 지진파를 계측하기 위해, Downhole Seismic Array의 설치가 증가하고 있다. 국 내에서도 영종도 인천 국제공항<그림 IV-5.8>과 경상북도 경주시 효동리 등지 에 설치되어 운영 중에 있지만, 현재까지는 계측 데이터의 활용도가 미미한 실 정이다. 인천국제공항 여객터미널 -12m 공 -3m 공 -48m 공 기록계실 기록계실 통합계측실 (중앙자료 처리센터) 지표 지상3층 지상2층 -3m 공 (지표) -12m 공(연약지반) 지하2층 -48m 공(풍화암) (a) 관측소 전경 (b) 지진 계측 시스템 배치도 <그림 IV-5.8> 인천 국제공항 Downhole Seismic Array 관측소 그러나 2005년 후쿠오카 해역 지진, 2008년 스촨성 지진 등, 최근 한반도 주 변 지역에서 발생하는 강진을 비롯하여, 2004년 울진 해역 지진, 2007년 오대산 지진 등 우리나라에 직접적 또는 간접적으로 영향을 주는 지진의 빈도가 증가 상태에 있다. 이와 같은 최근 환경을 고려하여 이후 지속적인 Downhole Seismic Array의 설치와 지진 관측망의 확충으로 내진설계시 주요 관심사인 지 제4장 내진설계기준 검토 및 개선 방안 111

125 반증폭현상에 대한 이해와 설계 반영이 이루어지리라 판단된다. 또한 현재 국내 내진설계 기준에서 제시하고 있는 지반분류 방법 및 각 지반 종류별 지반 증폭계수의 유효성을 평가하기 위해서는 암반 및 지표면에서 관측 된 지진 기록 특성과의 상관성이 확인되어야 한다. 불행히도 현재 국내 지진 관측소 하부지반에 대한 지반공학적인 정보가 전무하여 상관성을 확인할 방법 이 없어, 지진관측소의 설치환경에 익숙한 소수 전문가들의 주관적인 판단에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 국내 지진 관측소 부지에 대한 상세 부지 조 사를 실시하여 전단파 속도 주상도 및 비선형 동적 변형특성을 평가하고, 이를 이용한 지반 응답 해석 결과와 계측 지진 기록의 비교를 통하여 현재 국내 내 진설계기준의 합리성을 평가할 필요가 있다. 112 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

126 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 5장 1. 지진재해 저감활동 일반적으로 재해에 대한 저감활동은 '예방 / 대응 / 복구' 의 단계를 갖는다. 물론 지진재해의 저감활동도 같은 단계를 갖는다. '예방단계' 에서는 지역별 / 유형별 지진 취약요인을 조사하고 그에 대한 발생 가능성을 분석하며 이에 대 한 보강 / 보수, 시설물 내진기준설정, 각종 매뉴얼의 작성 등의 활동을 수행하 게 되며, '대응단계' 에서는 지진발생상황에서 각종 가용자원 및 역량을 효과적 으로 활용하여 신속하게 대처하고, '복구단계' 에서는 지진발생 이후의 상태를 지진발생 이전으로 회복시키고 재발을 방지하기 위한 대책을 마련하게 된다. 선진국의 재해에 대한 저감활동에 있어서 중요한 점은 사후복구의 개념이 아 닌 사전예방단계에 많은 무게를 싣고 있다는 점이며 특히 이러한 접근이 과학 적인 분석적인 기법을 통해서 수행되고 있다는 점이다. 이미 정부에서도 '복구 위주' 에서 '예방중심' 으로 방재정책을 설정하였지만 정부재해예산 분석결과 일본의 경우 예방에 87%, 하지만 한국은 40%정도에 그치고 있다 (2006년 기 준). 예방관련 R&D를 포함한 획기적인 예방사업투자 확대가 절실하다. 미국의 경우 지진의 예방 및 대응 R&D 투자로 인하여 지진의 피해를 예측할 수 있는 범국가적 재해 관리시스템(HAZUS)을 이미 구축하였으며 계속적으로 최신기술과 정보구축에 힘을 기울이고 있다. 이 시스템을 통하여 사전에 피해 가능지역 파악과 지진 발생시 즉각적이고 체계적인 대응 방안을 마련할 수 있 다. 국내에서도 이와 같은 지진재해저감 기술 개발에 투자하여야 한다. 다양한 재해요소에 대한 발생을 예방하고, 발생 가능한 위험을 최소화 시키며, 발생한 재해에 대해서 신속하고, 효과적으로 대응하여 가능한 빠른 시간 내에 정상상태 로의 복구를 돕는 사전예방위주의 통합된 저감활동 시스템을 구축하여야 한다. 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 113

127 현재 범세계적으로 연구되고 있고 실제로 적용되고 있는 지진재해 저감활동 은 1)지진예측, 2) 조기경보 시스템, 3) 내진설계, 4) 지진대응 시스템 등의 4가 지 활동으로 크게 구분할 수 있고 이들에 대한 내용을 차례로 기술하였다. 1.1 지진예측 만약 앞으로 일어날 지진을 인류가 예측을 할 수만 있다면 재산과 인명의 피 해를 최소화 할 수 있을 것이다. 아직까지 지진예측 분야는 완전하게 학문적으 로 충분히 체계화된 것은 없지만 지진이 일어나기 전에 발생하는 여러 현상들, 즉 전조현상을 분석하고 연구함으로써 계속해서 지진예측에 대한 분야는 발전 하고 있다. 1) 전조현상별 분류 탄성파 속도의 변화 지진지역에서는 암석의 물성변화로 인하여 지진발생 전에 탄성파의 속도, 특히 P파의 속도가 변화하는 것으로 알려져 있다. 진원지역의 P파 속도는 본진이 일어나기 전 얼마동안 속도가 감소하였다가 본진이 일어나기 바로 정상적인 값으로 다시 증가한다는 것이다. 지각 변형 및 응력의 변화 단층대를 중심으로 지각 변형이 발생하는 것이다. 활성단층은 1년에 1 mm 이상의 지각 변화를 한다고 알려져 있다. 지각변형이 지속적으로 일어나다 가 변영이 멈춘 이후에 다시 급작스런 지각의 변형과 응력의 증가가 일어 날 경우 지진이 발생하는 것으로 알려졌다. 라돈(Rn) 가스, 지하수위 및 수질 변화 지진의 중요한 전조현상으로 지진 발생전 단층대를 중심으로 한 지각 변동으 로 인하여 불활성 기체인 라돈(Rn) 가스 방출량 증가와 지하수의 변화이다. 전기/자기 특성 변화 지진대 암석의 전기/자기적 특성 변화이다. 지진이 임박한 고압조건에서 화강 암 같은 수포화된 암석의 전기 비저항과 대자율은 급격히 변화한다는 것이다. 미소지진 발생 횟수 변화 큰 지진발생 전에는 일반적으로 수차례의 작은 지진이 발생한다는 것이다. 114 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

128 2) 기간별 분류 중기예측 몇 달에서 몇 년간 어떤 지역에서 발생할 수 있는 지진을 예측하는 것으로 관측된 전조인자들의 이상 양상과 통계학적인 지수로 예측한다. 단기예측 보름 정도에서 몇 달간동안 발생하는 지진을 예측하는 것으로 전조 인자들 의 명확한 변화들을 관측함으로써 멀지 않은 미래에 발생할 수 있는 지진 을 예진하는 것이다. 초단기예측 수일에서 십일 정도에 발생할 수 있는 지진을 예측하는 것으로 감시 네트 워크로 부터 관측되는 전조요소들의 급격한 변화에 근거를 둔다. 지진예측시스템은 전조인자들의 통계학적 분석, 스펙트럼 분석, 수학적 분석 등과 같은 자료처리를 통하여 이루어진다. 자료처리에 의하여 얻어진 지표에 대한 가중치를 통하여 최종적인 평가를 내리게 된다. 그러나 지진예측을 이용 한 성공 사례는 행운이라고 할 수 있으며 지진예측을 위해서 많은 연구가 수행 되어야 할 것이다. 1.2 조기경보 시스템 최근 지진 발생 즉시 지진 발생 장소와 그 규모를 예측하여 지진파의 도달을 미리 알려 주어 대비책을 강구할 수 있도록 하는 지진 조기경보 시스템이 여러 나라에서 연구되고 있거나 실제로 운영되어 좋은 결과를 얻고 있다. 국내에서 도 초정밀 제조사업장에서 지진발생후 화재, 폭발 등 2차 재해에 대비하여 설 치 운영중에 있다. 지진 조기경보 시스템의 원리는 <그림 V-1.1>과 같이 지진발생시 전파되는 파형의 진행속도 차이를 이용하는 것으로, 사전에 도달하는 약 시속 6~7km인 P파를 측정하여 실제 피해를 유발하는 시속 3~4km 정도인 S파의 도달시간과 진도를 사전예보 할 수 있는 시스템이다. 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 115

129 <그림 V-1.1> 지진조기경보 시스템 개요 예를 들어 진원으로부터의 거리가 140km 떨어져 있는 경우, P파는 20초 후 에 도착하고 S파는 35초 후에 도착함으로 P파 도착이후 15초의 시간동안 시스 템에 저장되어 있는 데이터베이스를 이용하여 S파의 크기와 지진의 진도 등을 예측할 수 있다. 물론 이 시스템의 정확도는 데이터베이스의 신뢰성에 좌우되 며, 국내에 적합한 과거 P파와 S파의 상호 연관관계에 대한 연구가 사전에 정 리되어 있어야 한다. 일본은 오래 전부터 이러한 연구가 진행되어 실제로 2004년부터 일본에서는 'NOWCAST SYSTEM' 이란 이름으로 <그림 V-1.2>와 같이 고속 철도, 주요 기 업 산업시설, 공공기관 등 1,000 여 곳에 설치 운영중에 있으며 2007년 10월부 터는 일반인을 대상을 확대하여 긴급지진속보체제를 운영하고 있다. <그림 V-1.2> 일본의 지진경보계 설치현황 116 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

130 고속 철도의 경우 지진 S파 도달 수 초 전에 정보를 전달받아 철도 운행을 사전 정지시켜 승객의 치명적인 사고를 예방하고 있다. 예를 들면 진도 4 이상 의 지진 발생 시 고속철도의 운행속도를 300km 에서 200km 로 감속하고, 진 도 5 이상의 지진 발생시에는 긴급 자동정지 시스템을 작동시키도록 되어있다. 이 시스템 도입이전에는 일본에서 지진 발생시 통보에 5분 정도가 소요됐던 반면, 2007년 3월 노토반도 지진의 경우 이 시스템을 이용해 1분 이내에 경보 발령이 이루어져 피해를 크게 줄인바 있다. 하지만 2007년 7월의 니카타 지진 에는 피해를 크게 줄이지 못하여 직하형 지진에는 취약한 점이 노출되었다. 이러한 조기경보시스템은 멕시코, 대만 등에서도 시도하고 있고 미국에서도 이에 대한 연구를 시작하였다. 보다 신뢰성 있는 지진조기경보가 가능하기 위 해서는 지진 가속도 계측망이 조밀하게 구성되어야 하며 실제로 유용한 성과를 얻기 위해서는 데이터의 신뢰도가 높아야 하는데 이를 위해 과거 지진의 특성 에 대한 면밀한 연구가 선행되어야 한다. 1.3 내진설계 내진설계는 지진재해의 발생 확률과 세기를 과학적으로 규명하고 공학적으로 정량화한 후 사회기반시설과 구조물을 경제적으로 보호하는 공학적인 대책을 제공한다. 내진설계는 잘 시행되었을 때 인명과 재산피해를 지진위험으로부터 보호할 수 있는 신뢰성이 높고도, 항구적인 방책이다. 여기서는 내진설계의 기 본개념에 대해서 살펴보고 적용 타당성을 알아 보고자한다. 지진하중을 구조물의 설계시에 고려하는 내진설계는 극히 최근에 일본, 미국, New Zealand 에서 발달하였다. 지진에 의해서는 구조물에 수평방향하중과 수 직방향하중도 작용하게 된다. 건물은 중력하중에 저항하도록 설계, 시공되고 있 으므로 수직 방향 성분에 대해서는 대체로 안전하다고 볼 수 있다. 그러나 구 조물이 중력하중에 대해서만 설계되었을 시에는 횡방향 하중에 대한 저항역량 이 충분하지 않을 수 있기 때문에 내진설계가 되지 않은 구조물에는 지진시 큰 손상이 발생할 수 있고 때로는 붕괴에 이를 수 있다. 그 대표적인 예는 조적조 구조물이다. 1999년 1월 25일 발생한 Columbia 지진에 의해서 (규모 5.8정도) Armenia 시에는 엄청난 피해가 초래되었다. 그 원인은 대부분의 건물들이 무 근 콘크리트나 흙벽돌 구조로 건설되었기 때문이었다. 조적조 구조물은 수직으 로 작용하는 중력하중은 잘 지탱하지만 횡방향으로 작용하는 지진하중에 대해 서는 대단히 취약하기 때문이다. 비보강 조적조가 지진에 취약한 다른 한 요인 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 117

131 은 파괴가 갑자기 발생한다는 것이다. 강구조나, 철근콘크리트 구조는 큰 하중 이 작용하더라도 곧바로 파괴되지 않고 상당한 변형을 허용할 수 있는 질긴 특 성을 지니고 있다. 따라서 지진시 손상을 입더라도 인명피해로 연결되는 것은 막을 수 있다. 바로 이러한 점들이 내진설계의 요체를 구성하게 된다. 내진설계는 두 가지로 구성된다고 볼 수 있다. 첫째는 지진하중에 견딜 수 있도록 단면을 크게 하거나 강하게 설계하는 것이다. 두 번째는 지진하중에 견 디지 못하고 손상이 발생하더라도 바로 파괴되지 않고 질긴 성질을 갖게 하는 것이다. 비보강 조적조의 경우에는 철근을 배근하여 이러한 질긴 성질을 제공 할 수 있다. 내진설계는 문외한이 상상하듯 완전히 색다른 설계나 기술을 요구 하는 것은 아니다. 저비용의 간단한 방법에 의해서도 내진성능을 향상시킬 수 있는 길은 많다. 물론, 내진설계를 추가로 요구하게 되면 설계비나 건설비의 상승을 초래할 수는 있다. 그러나 우리나라와 같은 중약진지역에서는 비용이 과다하게 증가하 거나 공사의 난이도가 높아지지 않고도 내진성능을 화보할 수 있는 내진설계법 이 있다. 강진지역에서의 내진설계의 효력은 이미 과거 지진에서 증명이 되고 있다. 1988년 구소련의 Armenia 지진에 (규모 의해서는 무려 25,000명 이상의 사망자 가 발생하는 대참사가 초래되었는데 1989년 미국 Loma Prieta 지진에 의해서 는 62명이 사망하였다. Loma Prieta 지진은 Armenia 지진에 비하여 에너지는 2배 이상이었다. 그럼에도 불구하고 이러한 피해 차이를 가져온 것은 바로 내 진설계의 차이였다. 내진설계의 위력은 1995년 고베지진에서도 다시금 확인되 었다. 따라서 내진설계는 지진재해를 저감하는 기본대책이 되어야한다. 우리나라는 미국의 서부나 일본과는 달리 중약진지역에 속한다. 따라서 강진 지역에서 요구되는 정도의 내진설계는 필요하지 않지만 중약진지역에 적합한 내진설계는 적용되어야 1978년 홍성지진시 발생한 지진피해 또는 금년 Columbia 지진시 Armenia 시에 발생한 지진피해를 방지할 수 있을 것이다. 1.4 지진대응 시스템 1995년 1월 17일 발생한 고베지진에 대한 일본정부가 취한 늦장 대응은 후에 호된 비판과 질책의 대상이 되었다. 그 반면에 1994년 1월 17일 미국 California에서 발생한 Northridge 지진에서는 미국연방정부의 대응이 대단히 신속하였다고 한다. 118 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

132 1999년 1월 25일 Columbia의 Armenia 시에는 규모 5.8의 지진이 발생하였고 이로 인하여 약 1,000명이 사망하였으며 부상자수도 4,000명에 이르렀다. 물론 이렇게 큰 피해가 발생한 원인은 내진설계의 부재에 기인한 것으로 보여진다. 지진후 Armenia 시는 상당기간동안 약탈과 폭력이 난무하는 치안부재의 상태 에 빠졌으며 이재민이 의식주에 필요한 생활필수품을 전혀 공급받지 못하는 비 참한 상태를 인내하여야만 하였다. 물론 커피의 주산지인 Armenia 시가 그 정 상적인 기능을 되찾는 데는 상당한 시간이 소요될 것이다. Armenia 시의 곤경 은 바로 지진대응시스템이 전혀 가동되지 못하였다는데 기인하였다고 한다. Armenia 예는 두 가지 교훈을 던져준다고 본다. 첫째는 내진설계가 제대로 시 행되지 않을 시에는 중규모의 지진 (M=5.8) 에 의해서도 대규모 피해가 초래된 다는 것이다. 두 번째는 지진후 대응체계의 부재시에는 상상을 초월하는 참사 가 초래될 수 있다는 것이다. 고베지진후 일본정부는 Hyogo 현 Miki시에 Earthquake Disaster Management Center (EDM Center) 를 설립하고 지진에 의해서 발생할 수 있 는 피해를 공학적으로 정확하게 예측하는 평가기법과 지진시 신속한 대응방법 에 관한 연구를 집중적으로 추진하고 있다. 미국의 FEMA 에서는 오래전부터 HAZUS를 개발하여 주정부와 산하 지방정부에 배포하고 이를 이용하여 지진피 해를 예측한 후 그에 근거하여 대응계획을 수립하도록 권고하고 있다. HAZUS 프로그램을 이용하여 앞서 언급하였듯이 Northridge 지진시 피해규모와 범위를 신속하게 평가할 수 있었고 연방정부의 즉각적인 지원을 가능하게 하였다고 한 다. 물론 California 주에는 지진대응계획과 대응시스템이 잘 수립되어있으며 또 운영되었기 때문이다. 강진국가에서는 지진에 대한 비상대응계획을 별도로 수립하고 있고 지속적으 로 발전시키고 있다. 최근의 발전경향은 신속한 대응이 가능한 시스템을 구축 하는 것이다. 지진시에 신속한 대응이 가능하기 위해서는 먼저 피해 규모와 범 위가 최단시간에 파악되어야하고 이에 대한 대응조치가 지체 없이 시행되어야 한다. 이를 위해서 신속대응시스템은 따라서 다음과 같은 세 가지 기능을 갖추 고 있어야한다: 지반운동세기분포의 신속한 파악 지반운동세기분포에 대한 지진피해의 추정 예상 피해에 대한 대응조치 가동 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 119

133 지진 발생 시 지반운동세기분포는 지진계망을 통하여 지진발생과 거의 동시 에 파악될 수 있다. 지반운동세기 분포에 대한 지진피해의 추정은 미리 계산되 어 있는 지진피해시나리오에 의하여 즉각적으로 이루질 수 있다. 또한 각 피해 시나리오에 대하여 대응계획을 사전에 수립하고 있으면 예상 피해에 대하여 적 절한 대응조치를 신속하게 시행할 수 있다. 이 시스템은 사회 전체의 피해를 최소화하기 위해서는 반드시 필요한 조치이나 그 하나 만에 의해서는 사회-경 제 시스템의 지진 피해를 저감시키기에는 충분하지 않다. 그러나 많은 인구와 정교한 사회 기능이 밀집되어 있는 대 도시에서의 지진 피해 예로부터 앞으로 는 사회-경제 시스템의 기능 보존이라는 사회 전체적 관점에서 지진에 대한 대 비를 해야 한다는 필요성이 현실적인 문제로 대두되고 있다. 이를 위해서 사전 에 사회 전체의 시스템적 지진재해대비체제를 구축하여 지진 발생 시 효율적으 로 대응할 수 있으며, 지진이 경과한 후에는 사회-경제 시스템이 원래의 기능을 신속할 수 있게 하여야 할 것이다. 최근 미국, 일본, 멕시코, 터키, 그리스 등 여러 나라에서는 예상되는 지진이 발생하였을 인명 손실과 구조물 및 시설물을 포함한 사회-경제 시스템에 초래 될 수 있는 피해와 그 결과를 예측 평가하는 이른바 Earthquake Damage Scenario(지진 피해 시나리오) 또는 Urban Seismic Risk Analysis (도심지 지 진 위험 해석)"에 대한 연구를 발전시켜 오고 있다. 지진 피해 예측에는 지진원 특성, 대상 지역의 지질 구조, 지반 특성의 공간적 분포에 의해서 결정되는 지 진 재해도 수준의 공간적 변화, 건물과 Lifeline 시설의 지진 취약도, 기타 사회 -경제 시스템의 이차적인 지진취약도 등에 관한 정보가 필요하다. 이러한 정보 의 데이터베이스를 구축하고 GIS (Geographic Information System)를 이용하여 공간 정보를 관리하고 지진 재해도를 해석하며 전문가 시스템을 도입하여 구조 물과 시설물을 포함한 사회-경제 시스템의 피해와 기능의 손실을 예측하는 기 법이 개발되고 실제로 적용되고 있다. 지진 피해 예측은 사회의 지진에 대하여 취약한 점을 노출시킴으로서 지진에 대한 대비 태세를 강화할 수 있게 하여 준 다. 지진피해예측기법은 비단 지진에 대한 사전 대비책 수립에 활용될 뿐 아니 라 실제 지진이 발생하였을 때 그 피해 상황을 가늠할 수 있는 정보를 제공하 기 때문에 신속한 대응과 조치를 가능하게 할 수 있을 것이다. 지진대응시스템은 내진설계와 더불어서 지진재해 저감을 위한 가장 현실적인 대책이라고 할 수 있다. 서론에 언급하였듯이 상기 두 대책으로 종합적 지진저 감활동시스템을 구성하여 지진재해에 대응하는 것이 현재 미국과 일본 및 기타 강진국가에서 채택하고 있는 기본 정책이다. 우리나라는 중약진 지역에 속하기 120 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

134 때문에 지진지반운동의 세기는 높지 않으나, 그에 비례해서 내진설계수준도 낮 기 때문에 지진발생시 상당한 피해가 초래될 가능성은 상존하고 있다. 따라서 정확한 지진피해해석에 근거한 지진대응계획을 수립하여야할 것이며, 신속한 지진대응시스템의 도입을 적극 고려할 가치가 있다. 2. 해외 지진재해 저감활동 지진재해 저감활동의 선진국인 미국과 일본 두 나라를 중심으로 지진에 대해 서 어떻게 대응하고 있는지 최근의 발전 방향을 알아보기로 한다. 미국은 전역에 2천여 개의 지진관측망을 운영하고 있으며, 큰 지진이 발생하 면 수 초 내에 주요기관에 고속통신망을 이용하여 지진정보를 전달하고 있다. 지진 발생 후 5분 이내에 지진 발생 지역 주변의 진도분포를 파악할 수 있는 Shake Map을 인터넷 웹상에 제공하고 있어 누구나 쉽게 지진의 정보를 얻을 수 있다. 또한 지진 발생 초기에 주요 시설들의 피해예측 및 경제적 손실예측 등을 통해 신속한 대응조치를 가동할 수 있는 기반(HAZUS)을 구축운영 중에 있다. 일본의 경우 일본소방청(소방연구소)은 지진발생 후 2~3분 내에 지진발생 사실을 진도 값과 함께 재해대책 유관기관과 방송사 등에 자동으로 전파되는 재해정보시스템(Disaster Information System : DIS)을 구축하여 운영하고 있으 며, 이와 같은 시스템은 조기피해예측(Early Estimation System : EES)과 더불 어 재해대응시스템(Emergency Management System : EMS)을 구축하여 지진발 생 초기에 신속한 대응 조치를 취할 수 있는 기반을 마련하여 운영중에 있다. 2.1 미국 HAZUS 사례 HAZUS 개요 HAZUS 지진재해 평가 프로그램은 지진 발생시 또는 예방 차원에서 중앙정 부, 지방자치단체 또는 개인이 사용할 수 있는 표준적인 지진재해를 추정한다. 이를 통해 지진 발생시 신속대응의 필요한 범위와 정보를 실시간으로 예측하 고, 지진 재난에 따르는 복구와 재건을 위한 중장기계획을 세우며 또한, 예방훈 련, 지진 대비책 마련 등 상시 지진대비에 활용한다. 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 121

135 HAZUS는 지진, 홍수, 바람과 같은 자연재해에 의한 재해피해평가를 위하여 개발된 것으로 GIS 프로그램인 MapInfo 및 Arcview를 바탕으로 건물군, 지역 적인 지형, 잠재적인 재해의 위치 및 규모에 관한 수학적인 공식과 정보를 필 요로 한다. 또한 재해피해손실정보를 산출하기 위하여 국가 경제 및 사회적인 데이터를 활용한다 HAZUS의 구성모듈 HAZUS는 <그림 V-2.1>과 같이 분석단계별로 6개의 모듈로 구성되어 있다. 각각의 모듈은 서로 독립적이며 한 모듈에서 산정되어진 결과는 다음 모듈에서 입력 자료로 사용되어진다. 따라서 각 모듈별로 산출된 결과는 각각 방재차원 의 업무에서 다양하게 활용되어질 수 있다. 6개의 주된 모듈은 다음과 같다. 첫 번째로 잠재적인 지구과학적 재해모듈인데 여기서는 지반운동과 지반파 괴(산사태, 액상화 및 지표단층파괴)를 추정한다. 스펙트럼 가속도와 지반최대 가속도로 나타내어지는 지반운동은 지진의 위치, 규모 및 유형과 지역적인 지 형을 기반으로 추정되어진다. 그리고 지반파괴는 영구지반변형과 지진발생확률 을 기반으로 추정되어진다. 두 번째로 HAZUS는 어떤 추가적인 지역자료의 수집 없이 사전분석을 수행 할 수 있도록 국가적 차원의 자료가 구축되어져 있다. 이러한 기초자료 목록은 크게 시설 목록과 인구자료로 분류되어 진다. 시설 목록은 크게 일반적인 건물 군과 중요하면서 잠재적으로 큰 피해가 예상되는 시설물, 교통시스템 및 생활 기반시설로 구성되어져 있다. 일반적인 건물군은 거주유형(거주지, 상업지 등) 및 건물유형(구조적 시스템 및 재료, 높이 등)에 의해서 분류되어진다. 그리고 연구지역내의 생활기반시설은 표준화된 분류표에 따라 목록화 되어진다. 인구 자료는 1990년 미국센서스 자료를 기반으로 하고 건물의 피해액은 각 건물유형 별, 주거형태별로 대체비용(단위면적당 가격)을 설정값으로 하였다. 세 번째로 직접적인 물리적 피해모듈은 재해노출수준과 구조물의 취약도(지 반운동수준에 대한 잠재적인 피해)를 기반으로 하여 4개 목록그룹(건물피해, 중 요시설, 교통시스템, 생활시스템)에 대하여 피해를 추정하는 것이다. 122 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

136 지반재해 지반운동 지반파괴 직접적인 물리적 피해 건물피해 중요시설 라이프라인 (교 통시스템) 라이프라인 ( 생활시스템) 간접 물리적 2차 피해 직접적인 경제/사 회적 피해 침수 화재 위험물질 잔해 인명피해 대피소 경제적 간접적인 경제적 피해 <그림 V-2.1> HAZUS의 분석단계별 모듈 네 번째로 야기되어진 물리적 2차 피해는 재해 발생 후 2차적으로 발생하는 피해로 정의되어진다. 이 모듈에서는 댐 및 제방의 침수, 위험물질의 방출가능성 에 대하여 평가하게 된다. 지진 후에 발생되는 화재 및 잔해규모도 평가되어진다. 다섯 번째로 HAZUS는 대부분의 과거 피해추정연구에서와는 다르게 경제적 및 사회적인 손실을 추정한다. 경제적인 손실은 구조적 및 비구조적 피해, 재이 주의 비용, 상업 자산의 손실, 자본관련 손실, 그리고 단기적인 피난처 필요성 등을 포함하게 된다. 사상자 모듈에서의 결과는 4개의 인구특성(거주, 상업, 산 업 및 통근)에 대한 시간(2:00AM, 2:00PM 및 5:00PM)에 따라 사상자 심각도를 4단계로 구분하여 추정한다. 심장마비나 구조도중 희생된 부상과 같이 2차 영 향으로 야기된 사상자는 포함하지 않는다. 마지막으로 지진피해발생 후 지역경제에 관한 장기적인 영향을 평가하는 간 접적인 경제적 손실이 있다. 이 모듈에서의 결과는 산업분야에서 수입변화와 고용능력의 변화를 포함한다 HAZUS의 지진피해평가 절차 HAZUS의 지진피해평가 절차는 크게 세 가지의 절차로 구분될 수 있다. 처음 절차로는 연구대상지역의 선정이다. HAZUS는 연구대상지역의 행정구 역별 지도 등을 그리기 위해서 GIS소프트웨어인 ArcView나 MapInfo를 사용하 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 123

137 며 지역별 지진피해를 산정하게 된다. 다음 절차로는 지진 시나리오 설정인데 지진피해분석이 진행되기 전에 피해와 손실을 산정하기 위한 기초로서 제공할 예상피해산정의 범위를 정해야한다. 지진 손실 분석에 대하여, 이것은 지진의 크기와 위치를 명확히 정하고 지반 파괴로 유도된 지반 이동과 지반 변형의 값을 산정한다. 지반변형으로는 액상화와 산사 태 그리고 단층유무가 포함된다. 지진위치 및 규모를 입력하는 방법에 따라 세 가지 방법으로 분류할 수 있다. 첫 번째로 결정론적 방법은 연구대상지역에서 과 거 역사 지진 자료 및 계기 지진자료를 조사하여 최대지진규모를 산정하고 이러 한 지진을 발생시키고 지반지질, 감쇠전달, 단층 등을 고려하여 최대지반가속도 값을 계산하는 방법이다. 여기서, 감쇠전달이란 지진파의 감쇠 전달특성을 가리키 는 것이다. 지진은 파가 진행할수록 에너지가 감소함으로 지역별 특성에 맞는 감 쇠식을 적용하는 것이다. 두 번째로 확률론적 방법은 연구대상지역에서 과거 역 사 지진 자료 및 계기 지진 자료를 조사하여 재래 주기별로 확률론적으로 최대지 반가속도 값을 계산하는 방법이다. 마지막으로 임의적인 방법은 최대가속도값 및 가속도 스펙트럼(0.3Hz 및 0.1Hz)을 계산하여 피해를 산정하는 방법이다. 마지막 절차로 예상 지진피해 산정인데 이를 위해 우선 예상지진피해를 직접 적인 1차 물리적 피해와 2차로 야기되는 물리적 피해 그리고 직ㆍ간접 피해 및 손실로 분류한다. 1차 물리적 피해와 2차로 야기되는 물리적 피해 그리고 직ㆍ간 접 피해 및 손실로 분류한다. 1차 물리적 피해는 일반적인 건물피해, 중요시설 및 군사시설의 피해, 그리고 교통관련 라이프라인(도로, 철도, 공항, 교량 등), 생 활관련 라이프라인(상하수도, 가스, 전기 등)의 피해로 분류된다. 2차로 야기되는 물리적인 피해는 화재, 잔해 및 위험물질, 침수, 해일 그리고 댐 및 제방 붕괴 등 이 있으며 직ㆍ간접 피해 및 손실로는 사상자 예측 및 재난 구호소, 그리고 지진 피해 후 장기적인 경제손실 등으로 분류하여 예상 지진피해를 산정한다. 2.2 일본 DIS 사례 DIS 개요 일본의 재해정보시스템(Disaster Information System ; DIS)은 대규모 지진 발생으로 큰 피해가 발생했을 때, 피해에 대한 각종 정보가 부재한 상태에서 대응조치를 가능한 한 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 지진피해예측 및 대응방안에 대한 정보를 제공하는 시스템이다. 124 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

138 1995년 한신 대지진에서는 피해상황의 조기파악과 정확한 초동대응, 관계기 관에서의 정보의 공유화와 강화의 중요성이 재인식되었다. 그 경험을 토대로 국토청에서는 피해상황의 조기파악과 관계기관에서의 정보의 공유화에 의한 응 급복구시의 신속하고 정확한 의사결정을 지원하는 것을 목적으로 DIS의 개발 을 수행하였으며, 현재 내각부에서 관리 운영하고 있다 DIS의 구성 전체적인 일본의 재해정보시스템의 흐름도는 <그림 V-2.2>와 같다. 평소에는 지진피해상정시스템 및 지진방재 시설 등 정비계획 지원시스템을 운영하면서 지진이 발생하게 되면, 지진의 진앙 및 규모 등을 입력하여 지진피해 조기평가 시스템을 가동하여 약 30분 이내에 늦어도 1시간이내에 결과를 내고, 이 시뮬 레이션을 통해 나온 결과는 재해시 필요한 수송대책, 구조대책, 의료대책 및 피 난대책 등을 수행하기 위한 응급대책지원시스템에 이용되며, 시간이 지남에 따 라 실제 피해정보가 입력됨에 따라 응급대책이 수정되도록 되어 있다. 일본의 재해정보시스템은 지진피해 조기평가시스템(Early Estimation System : EES )과 응급대응시스템(Emergency Measures System : EMS)을 구분하여 독 립된 서버로 이루어져 있다. 먼저 EES 서버를 세 개의 계통으로 구분하여 구성 하고 있는데, 이 중 둘은 내각부 본청에 구성하고, 다른 하나는 다치가와( 立 川 ) 에 설치하고 있다. 이 부분은 기상청의 진도정보를 수신하고, 이에 따라 EES를 통한 피해를 추계하며, 그 결과를 게시하는 것으로 구성된다. 다치가와의 서버 는 두 서버를 보충해주는 서버로 지역을 달리하여 유사시에 운용할 수 있도록 하고 있다. 또한, EES 클라이언트가 독립적으로 구성되어 추계 결과를 도상에 제시할 수 있도록 하였다. 지 진 피 해 상 정 시 스 템 지 진 방 재 시 설 등 정 비 계 획 지 원 시 스 템 지 진 발 생!! 지 진 피 해 조 기 평 가 시 스 템 (E E S ) 1시 간 1 일 긴 급 대 책 지 원 시 스 템 (E M S ) 실 제 피 해 정 보 1주 일 복 구 부 흥 지 원 시 스 템 <그림 V-2.2> DIS의 구성 흐름도 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 125

139 2.2.3 DIS의 피해 조기평가 시스템 지진피해 조기평가시스템(EES)은 지진 발생 직후의 정보가 한정된 상황하에 서 피해 위치 및 규모의 개요를 단시간에 추계한 것이고, 정부의 초동 체제에 있어서 신속하면서 적절한 판단을 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있 다. 일본에서 EES는 1996년 운용을 시작하였다. EES에서는 지형, 지반, 건축물, 인구 등에 관하여 일본 전국의 데이터베이스 를 정비하고 있고, 기상청으로부터의 지진 정보를 받으면, 메쉬 진도 분포, 건 축물 피해 및 그것에 수반되는 인적 피해의 추계를 수행한다. 진도 4 이상이 관측되면, DIS가 자동적으로 가동되기 시작하고, 지진 발생 후 30분 이내에 추 계 결과를 출력한다. 지진발생 초기에는 피해 발생위치나 피해규모 등에 관하여 극히 한정된 정보 밖에 없으므로 지진규모 등 발생한 지진 정보를 이용하여 추계를 실시하게 된 다. 여기서 추계한 내용을 바탕으로 피해규모 및 넓이 등을 고려하여 파견해야 할 구조대의 규모, 장비, 의료진 등 긴급히 필요한 지원의 규모를 결정하기 위 한 입력 자료로 제공되게 된다. 이를 바탕으로 지진발생 초기에 정보가 어두운 상황에서 결정권자로 하여금 판단을 할 수 있도록 정보를 제공한다 DIS의 응급대책 지원시스템 지진응급대책지원시스템(EMS)은 재해시에 관계 기관에 있어서 정보의 공유 화의 구조를 구축하고 정부의 응급 대책 활동을 지원하는 것을 목적으로 하고 있다. 응급대책지원시스템은 도로, 공항, 항만 등의 긴급수송 관련시설과 소방서, 학교, 물자비축장소 등 방재관련 정보를 지리정보시스템(GIS)상에 평상시부터 데이터베이스로서 정비해 두고, 재해시 관계성청과 자치단체로부터 수집한 피 해정보를 분석 정리하여 응급대책에 활용할 수 있도록 하고 있다. 중앙방재회 의의 관계 성청에 대해서는 1998년으로부터 단말기 설치를 시작하고 중앙방재 무선을 이용한 DIS의 네트워크 구축을 진행하고 있다. 구조, 의료, 긴급 수송 등의 어플리케이션의 개발도 진행하고 있다. 응급대책지원시스템은 방재정보관리시스템, 피해정보시스템, 긴급수송대책지 원시스템, EES 연동시스템, 병원수송응급대책지원시스템, 라이프라인 피해입력 시스템, 웹 출력 시스템 등으로 구성되어 있다. 126 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

140 3 국내 지진재해 저감활동 3.1 지진재해 신속대응시스템 국내에도 미국의 HAZUS와 같은 지진피해 예측 프로그램을 개발하였다. 2005년부터 2008년까지 소방방재청 R&D 연구과제로 채택되어 지진재해 신속 대응시스템 이란 이름으로 개발되었으며, 이 시스템은 지진발생 직후인 불확실 한 시기에 정부차원의 의사결정과 판단의 근거를 제공하여 초동대응과 정부의 즉각적인 지원을 가능하도록 하고자 개발되었다. 현재까지 1차 ( ~2006.8), 2차 ( ~2008.6) 사업이 진행되었으며 앞으로 계속해서 피해예측 시설의 다양화 및 정확도 향상을 위한 시스템 고도화 사업이 진행될 예정이다 기본 개념 지진재해 신속대응시스템의 기본 개념은 지진발생시 지진피해 예측 프로그램 과 같은 시뮬레이션을 이용하여 초기 피해파악과 초기대응을 통하여 국민의 생 명과 재산을 보호하는데 있다. 정확한 예측을 하기 위해서는 각 지역의 지반특 성과 구조물 및 시설물, 인구분포 등에 대한 데이터베이스를 구축하고, 지진재 해도 해석을 통해 지반운동의 세기(지반가속도)분포를 산정하여 지반, 구조물 및 시설물에 대한 지진피해평가가 수행되어야 한다. 지진재해 신속대응시스템 의 기본 개념은 <그림 V-3.1>과 같다 구성요소 지진재해 신속대응시스템은 미국 HAZUS 모델에 기초를 두고 개발되어 그 구성요소는 HAZUS와 동일하다. 지반운동의 세기의 분포 건물과 기간시설, 교통시설, Lifeline에 관한 Database 인구분포, 산업시설 현황 등 간접적 손실평가에 필요한 Database 물리적 피해와 사회/경제적 손실을 계산하는 연산 Software Database 구축과 Management 및 Display를 위한 GIS Software 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 127

141 지반특성 시설물 정보 인구분포 기타 데이터베이스 구축 목표지진 지진재해도 해석 지반가속도 분포 지진피해평가 교통시설피해 라이프라인시설피해 대형시설피해 인명피해 사회경제적 피해 산정 2차피해 침수, 화재, 위험물질유출, 구조물파편 등 <그림 V-3.1> 지진재해 신속대응시스템의 개념 지진피해 예측방법 지진재해 신속대응시스템의 지진 피해 예측방법은 HAZUS 모델과 유사하며 다음과 같은 단계에 의하여 구해진다. 지반운동세기분포해석 구조물의 손상취약도함수에 의한 피해 예측 피해 예측결과의 GIS를 이용한 도시 각 단계에 대하여 간단하게 설명하면 다음과 같다. 1) 지반운동세기분포해석 가상지진원에 의하여 대상지역에서의 지반운동의 세기의 분포를 계산하고 Database화한다. 지반운동의 세기는 지진의 규모, 진앙거리, 표층지반에 의하여 그 세기와 내용이 결정된다. 지진재해 신속대응시스템에는 국내 지반조건에 적 합한 다수의 지진동 감쇠식, 증폭률, 진도계산식을 도출하여 사용하고 있다. 2) 구조물의 손상취약도함수에 의한 피해 예측 구조물의 손상정도는 지반운동의 세기의 함수이다. 그리고 지진시 특정 종류 128 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

142 의 구조물이 피해를 받을 확률을 표현하는 것이 손상 취약도 함수이다. 취약도 함수가 주어지면 앞서 계산된 지반운동의 세기를 입력하여 정해진 손상상태의 확률을 계산할 수 있다. 스펙트럼 가속도에 대하여 취약도 곡선 상의 값으로 손상확률이 계산된다. 이 손상확률은 특정한 피해상태나 그것을 초과할 누적확 률을 나타낸다. 누적확률은 다섯 단계의 피해상태(None, Slight, Moderate, Extensive, Complete State)로 나누어 계산된다. 대표적인 구조물(콘크리트 건 물)을 사용하는 경우에는 피해확률을 대표 구조물로 분류된 모든 구조물에 대 해서 특정한 피해상태에 있을 비율로 계산한다. 예를 들어서 Slight Damage State 상태에 있을 비율이 30% 라면 총 100개의 콘크리트 건물 중 30개의 콘 크리트 건물이 Slight Damage State 의 피해상태에 있다는 것을 의미한다. 3) 피해 예측결과의 GIS를 이용한 도시 구조물의 위치, 종류, 지반운동의 세기, 손상정도는 GIS Software를 사용하여 지도의 형태로 출력될 수 있다 DB 구축현황 데이터베이스의 신뢰도에 따라 얼마만큼 정확한 지진예측을 할 수 있는지가 결정될 만큼 데이터베이스는 중요하다. 지진재해 신속대응시스템의 경우 1, 2차 사업을 통하여 기존의 자료를 시스템에 적합하게 변형한 결과 13개 시설 32개 데이터베이스가 구축되었고 그 내용은 <표 V-3.1>과 같다. <표 V-3.1> DB 구축현황 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 129

143 3.1.5 향후 계획 현재 구축된 지진재해 대응시스템은 지진발생시 지반의 진동으로 인한 진도 분포도 생성뿐만 아니라 건축물, 라이프라인, 인명의 피해를 예측 할 수 있다. 이는 <그림 V-3.2>의 1, 2 단계에 해당되는 것이다. 만약 주요시설, 교통체계 등이 포함된 3단계부분인 긴급대응부분이 완성된다면 종합적인 지능형 지진재 해 대응시스템이 구축될 것이다. <그림 V-3.2> 지능형 지진재해 대응시스템 피해예측 모델의 고도화를 위해 대응시스템에서 산출된 피해예측과 실제 피해를 비 교하고 수정할 수 있도록 하여 정확도를 향상시켜야 하며<그림 V-3.3>, 화재 폭발, 위 험물유출 등으로 인한 2차 피해를 예측하는 시스템으로 발전시켜야 한다<그림 V-3.4>. <그림 V-3.3> 피해예측 모델 고도화 130 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

144 <그림 V-3.4> 2차 피해 및 핵심시설 피해예측 3.2. 지진재해대책법 지진재해대책법은 지난 2008년 3월 28일, 지진과 지진해일로 인한 재해로부 터 국민의 생명과 재산 및 주요 기간시설을 보호하기 위하여 제정 공포되었 다. 이 법안에는 지진과 지진해일의 관측 예방 대비 및 대응, 내진대책과 지 진재해를 줄이기 위한 연구 및 기술개발 등에 관한 사항이 규정되어 있다. 이 법은 제정공포 후 1년이 넘지 아니하는 범위에서 대통령령으로 정하는 날부터 시행될 예정이며, 주요내용을 살펴보면 다음과 같다. 1) 지진재해경감을 위한 국가 및 재난관리책임기관의 책무 근거 마련(안 제3조) 지진재해는 풍수해와 관측, 예방 및 대비, 내진대책, 대응 별로 각기 특성 이 다름에도 이러한 점이 반영된 대책수립 등이 미흡한 실정임. 지진재해에 대하여 국가 및 재난관리기관의 책무를 명시하고, 지진재해경 감을 위하여 재난관리책임기관이 필요한 조치를 취하도록 함. 국가 및 재난관리책임기관이 지진재해의 특성을 감안하여 대책을 수립함으 로써 지진재해에 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 기대됨. 2) 지진 및 지진해일 관측시설의 설치 등 (안 제5조) 지진관측시설이 확충되고 있으나, 국가적인 종합계획 및 시설기준이 없음. 지진관측망은 기상청이 계획을 수립하여 추진하고, 지진해일관측망은 기상 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 131

145 청과 국토해양부가 공동으로 계획을 수립하여 추진하며, 다른 지진관측기 관에서 관측시설을 설치할 경우 기상청과 미리 협의하여 기상청이 정하는 기준에 맞게 설치하도록 함. 국가 전체적으로 체계적인 지진관측망을 구성할 수 있도록 함으로써 중복 투자 등 재정적인 낭비를 최소화할 수 있을 것으로 기대됨. 3) 기존 시설물에 대한 내진보강기본계획 수립 등 (안 제15조 내지 제17조) 내진설계기준 제정 이전에 설치된 공공시설물 중 내진보강사업이 필요한 공공시설물에 대한 보강사업 추진근거가 없음. 내진설계기준 제정 이전에 설치된 공공시설물에 대해 내진성능 향상을 위 해 5년마다 내진보강기본계획을 수립하고, 내진보강이 필요한 공공시설물 에 대해 내진보강사업을 추진하도록 함. 지진발생 시 기존 공공시설물의 안전성을 확보할 수 있을 것으로 기대됨. 4) 지진재해대응체계의 구축(안 제18조) 지진발생 후 현장수습 시에는 필요한 재해정보가 부족한 상황이고, 지진에 대한 대응이 지연될 경우 사회 전체적인 혼란이 야기되어 효과적인 초기 대응 활동이 어렵게 되는 문제점이 있음. 중앙본부장 및 지역본부장은 지진의 특성을 고려하여 신속한 지진정보 수 집 분석을 통해 피해지역과 피해정도를 예측하고, 응급구조 및 구호 등 초기대응이 가능하도록 지진재해대응체계를 구축 운영하도록 함. 지진발생시 신속한 대응으로 초기 혼란을 미연에 방지할 수 있을 것으로 기대됨. 5) 국내외 지진피해지역에 대한 조사 및 위험도 평가 실시(안 제20조 및 제21조) 지진발생지역에 대한 피해현상 및 원인을 조사하고, 완전히 붕괴되지 않은 시설물에 대해 사용여부를 판단할 수 있는 시설물 안전도 판정을 실시하기 위한 근거가 없음. 지진재해에 대한 전문적인 조사 분석 및 평가를 위해 중앙본부장과 지역 본부장이 지진피해조사단을 구성 운영하고, 피해시설물에 대한 사용가능 여부 등 위험도 평가를 위하여 지역본부장이 피해시설물 위험도 평가단을 구성 운영하도록 함. 132 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

146 국내외 지진발생 후 피해원인을 조사함으로써 향후 발전된 지진방재종합대 책을 수립 추진할 수 있고, 피해시설물에 대한 위험도를 평가함으로써 2 차 피해를 방지할 수 있을 것으로 기대됨. 4 지진재해 비상대응계획 4.1 지진재해 비상대응계획의 필요성 지진은 태풍, 홍수, 폭설 등 다른 자연재해와 달리 지진의 발생을 예측하기 어려우며, 지진발생 초기 피해상황을 수집하고 피해규모를 판단하기 곤란하여 초기에 적절한 대응이 매우 어려운 특성을 가지고 있다. 따라서 지진재해 비상 대응계획은 이러한 지진재해의 특성을 정확히 이해하고 지진에 대한 대응조치 를 신속하고 효율적으로 집행 할 수 있도록 하는 계획이다. 지진재해 비상대응 계획의 필요성을 정리하면 다음과 같다. 지진발생 직후인 불확실한 시기에 의사결정과 판단의 근거를 제공하여 초 동대응을 가능하도록 함. 재해관리 책임자가 신속하고 효율적으로 인적, 물적 자원을 배분하여 구난 활동을 개시하도록 함. 중앙정부, 지자체, 시설물관리주체의 체계적인 협력체제 구축과 효율적인 구난활동을 실시하도록 함. 국민 스스로가 재해로부터 자신의 생명과 재산을 보호하고, 재해 초기 현 장방재활동에 능동적으로 참여할 수 있도록 함. 4.2 지진재해 비상대응계획의 구성요소 지진재해 비상대응계획에 포함되어야 할 구성요소는 다음과 같다. 초기비상조직과 임무 상황전파(비상연락체계, 경보 및 정보 전달체계) 중앙정부, 지자체 및 타 기관(시설물관리주체)과의 협조체계 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 133

147 피해당사자의 활동계획(행동요령) 피난 및 구조, 구호, 의료 시스템 응급복구계획 지진재해의 시기별 대응개념 지진재해를 시기별로 구분한다면 지진재해 발생 전인 사전대비단계, 지진이 발생하여 지반의 흔들리고, 인명 및 구조물의 직접적인 피해가 발생하기 시작 하며 여진의 발생가능성이 존재하여 사회 심리적으로 매우 혼란한 지진재해 발생 초기인 직접적인 비상단계, 여진의 발생가능성이 적어지고 구조물의 붕괴 와 같은 직접적인 피해가 줄어들며 지진화재와 같은 2차 재해가 발생할 가능성 이 존재하여 사회 심리적인 혼란이 지속되는 시기인 지속되는 비상단계와 여 진의 발생가능성이 현저히 떨어지고 지진재해의 확산이 멈추며 사회 심리적인 안정상태에 이르러 본격적인 복구 작업이 시작되는 복구단계로 구분할 수 있다. 사전대비단계에서는 지진재해에 대비하는 시기로 지진비상대응계획을 수립하 고 교육 훈련하는 시기로, 직접적인 비상단계에서는 본격적으로 지진비상대응 계획이 가동되는 시기로, 지속적인 비상단계에서는 지진비상대응계획에 의한 방재활동과 동시에 재해 집행계획에 의한 방재활동이 시작되는 시기로, 복구단 계에서는 재해 집행계획에 의한 방재활동이 이루어지는 시기로 구분 할 수 있 다. 그러므로 지진비상대응계획에서는 직접적인 비상단계와 지속적인 비상단계 에서 수행되어야 할 지진재해 대응활동에 대해 구체적이고 효율적인 계획이 수 립되어야 한다. 사전대비단계 - 지진비상대응계획의 수립 - 사전 교육과 훈련 직접적인 비상단계 - 지진비상대응계획의 가동 - 초기피해평가 - 응급치료, 수색, 구조 - 인명구조와 재산보호 지속되는 비상단계 - 인명구조와 재산보호 134 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

148 - 응급복구 - 이재민 구호 및 가족 재결합 - 피해구역 보안 및 치안 유지 - 상세피해평가 복구단계 - 항구 복구와 재건 지진재해의 지역별 대응개념 지진재해가 발생한 피해지역을 따라 구분한다면 지진피해지역으로부터 떨어 진 지역, 지진피해지역에 인접한 지역, 지진피해지역으로 분류할 수 있다. 따라 서 지역적 특성에 따른 대응의 개념을 정리하면 다음과 같다. 지진피해지역으로부터 떨어진 지역 - 피해지역에 지원 - 장비, 요원, 사상자 접수 및 구호 지진피해지역에 인접한 지역 - 관내 피해유무 조사 및 확인 - 피해지역으로 긴급구조요원 파견 - 이재민 수용시설 및 구호시설 제공 지진피해지역 - 구조물 피해, 화재, 침수, 다수의 사상자 발생 - 즉각적인 긴급대응조치 가동 - 피해의 통제, 화재진압, 수색, 구조, 응급치료 - 의료시설안내, 피해자 구호 - 피해조사 지진에 관한 관측, 정보 수집 및 전달 지진에 대한 무지로 발생하는 피해를 최소화하기 위하여 지진과 지진재해의 특성에 대해 중앙정부, 지방자치단체, 시설관리주체의 담당자뿐 아니라 주민에 대해서 지진과 지진재해에 대한 정보가 사전에 교육, 훈련되어야 하며, 지진재 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 135

149 해 발생시 피해의 정도에 따른 경보의 발령, 피해에 대한 정보 등이 효과적으 로 전달될 수 있는 정보의 수집과 전달체제가 구축되어야 한다. 기상청의 정보수집 및 전달 - 지진관측망의 구성 및 운영 - 지진특보 및 지진경보 발령 - 중앙정부, 지방자치단체, 시설물관리주체에 지진 정보 전달 - 지진 및 지진재난의 특성에 대한 사전 홍보 지방자치단체 및 시설물관리주체의 정보수집 및 전달 - 기상청과의 지진 정보 전달체계 - 피해정보수집, 보고방안 - 피해규모 예측 및 평가 - 비상연락체계 및 정보 전달체계 - 경보전달체계 - 재난방송 주민, 근로자 등 피해당사자의 정보수집 및 전달 - 재난방송, 경보 - 상황별 국민행동요령 지진재해 비상대응조직 지진발생시 초기의 피해파악과 초기대응이 중앙정부, 자방자치단체, 시설물 관리주체 및 피해당사자에 의하여 신속하고 효율적으로 집행될 수 있도록 비상 대응조직이 계획되어야 하며, 또한 각 기관들이 유기적으로 협력하여 수행할 수 있도록 계획되어야 한다. 지진재해 비상대응조직에 포함되어야 할 사항은 다음과 같다. 재해관리 조직체계와 근무체계 초기비상대응 조직 비상연락망 피해수준별 대응시스템(광역대응) 유관기관과의 협조체제(담당자와 담당자의 연락처) 136 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

150 방재물자의 확보 및 정비 동원장비의 사전지정 및 관리방안 지휘 및 명령, 보고 체제 지진재해의 구체적 대응 방안 지진재해 발생시 중앙정부, 자방자치단체, 시설물 관리주체 및 피해당사자들 의 비상대응 방안은 각 기관에서 사전 준비한 지진재해 비상대응계획에 의해서 이루어 져야 하며 구체적인 대응 방안은 다음과 같다. 피해정보수집과 전달 및 통신재난 대응 피해평가 구조물 피해 확인 및 피해확산 방지 라이프라인 등 주요시설물 피해 확인 및 피해확산 방지 장비의 동원 이웃과의 협조 수색과 구조, 구조활동로 확보 검시 의료시스템 및 응급구호제체 피난 및 이재민 대책 식음료, 긴급구호물자, 연료 공급 치안유지 지진화재 및 소방대책 유독성 위험물질 통제 방안 교통통제 및 응급운송 상하수도 및 쓰레기 처리시스템 응급복구 제5장 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 137

151 요약 및 제언6장 1. 연구의 배경 및 필요성 최근 중국 쓰촨성 지진(2008)을 포함한 대규모 지진피해가 세계 곳곳에서 발생하고 있으며, 우리나라는 비록 유라시아판 동쪽 가장자리 내륙에 속하 고 있어서 상대적으로 안전지대라는 사회적 통념이 있지만 최근 후쿠오카 지진(2005) 등의 영향에서 보듯이 우리나라에도 큰 지진이 발생할 가능성 이 있다는 의견이 대두되고 있다. 일본, 미국, 대만, 중국과 같이 대규모의 지진이 발생하는 것과는 다르지만 중 소규모의 판내부 지진이 발생하는 특성에 맞는 차별성 있는 지진재해 방지대책의 수립이 필요하다. 지진재해 방재대책은 개별적인 연구 보다는 국가적 차원에서의 관리가 필 요한 분야로서, 지진으로 초래될 수 있는 물리적 피해 및 사회경제적 피해 등을 총체적으로 고려하여 피해를 최소화할 수 있도록 되어야 하며, 이를 위하여서는 정부차원의 다각도 관리 및 노력이 필요하다. 2. 연구의 목표 및 주요 내용 이 연구의 목표는 우리나라에서 발생 가능성이 증가하고 있는 지진으로 인 한 재해의 저감 및 관리대책의 현황 및 문제점을 분석하고, 이에 대한 개 선 방안을 제시하고자 하는 것이다. 연구의 내용은 지진재해와 관련하여 국내에서 현재 준비되고 있는 현황을 검토하고 아래 사항들에 대한 개선 및 보완 방안을 제시하는 것이다. 그리 138 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

152 고 개선 및 보완 방안을 정리하여 차후 국가와 학계가 준비하고 연구하여 야 할 기본적인 사항들과 방향에 대해 제언을 하는 것이다. 지진재해 저감 및 대응 대책 방안 검토 국내외 주요 지진재해 자료의 검토 지진재해 관리시스템 개선 방안 내진설계기준 검토 및 개선 방안 지진재해 관련 제도적 보완 방안 3. 지진관측 시스템 운영 및 위험도 평가 개선 방안 일부 장대교량과 가스 또는 유류저장용 탱크 구조물에도 가속도지진계측기 가 설치되어 있으나 설치요건만 만족하는 낮은 성능의 지진계를 설치하고 관리를 하지 않음으로 인하여 대부분의 가속도계측기들은 작동하지 않고 있는 실정임. 따라서 지진계측기의 사양에 대한 표준화, 시스템 관리 및 자 료 전송 등에 대한 세부 규정이 마련되어야 함. 지진계측기의 관리를 위해서는 지진계측기 검/교정에 대한 규정이 마련되 어야 하며 제시된 규정을 만족하는 기관에 대하여 검/교정 권한을 부여함 으로써 새로 제작된 지진계측기의 경우 반드시 검/교정을 통과하도록 관 리되어야 할 것임. 지진방재차원의 가속도관측자료 활용을 위하여 지진재해대책법에서는 가속 도 계측 자료를 중앙재해대책본부장에게 제출하도록 하고 있음. 각 기관의 가속도 계측 자료를 실시간 통합지진관측망으로 연계할 수 있도록 함으로 써 중앙재해대책 본부에서는 지진재해대응시스템을 통한 지진피해 예측에 적절히 활용할 수 있을 것임. 4. 내진설계기준 검토 및 개선 방안 4.1 성능기반내진설계 합리적인 성능기반내진설계가 체계화되기 위해서는 우선, 사회와 발주자에 제6장 요약 및 제언 139

153 게 다양한 옵션의 목표성능을 합리적으로 선택할 수 있는 기회를 제공하 고, 설계자로 하여금 선택한 목표성능을 만족시키는 설계가 되도록 해야 함. 이를 위해서는 국내현실에 적합한 체계적이고 효율적인 구조부재 및 구조물의 성능기반내진설계 절차의 확립과 함께, 상위기준으로 구조부재 및 구조시스템별 요구성능 및 목표성능의 정의 및 명시, 그리고 성능평가 를 위한 비선형 구조해석기술 기법, 절차 및 허용범위의 확립이 필요함. 4.2 건축물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 1988년 내진설계기준이 국내에 도입된 이래 많은 변천과 발전이 있었음. 하중기준과 각 재료별 내진설계기준은 주로 미국의 최근 기준을 근간으로 국내 상황에 부합되게 변용하는 방식으로 제안되었고, 적어도 지진하중과 재료별 설계기준이 일관성 있는 체계를 이루고 있으며, 또한 그간 상당한 연구인력 및 연구시설의 확충과 연구경험의 축적이 이루어지고 실무차원 의 내진설계에 대한 이해가 높아진 것도 사실임. 그러나 지속적 관심이 요구됨. 종합적이고 체계적인 실무 내진설계 교육프로그램의 구축이 필요함 지 진공학회/콘크리트학회/강구조학회 등 주요 유관학회의 유기적 협조를 통 해 산발적이고 비조직적으로 이루어지는 내진설계관련 강습회 및 교육프로 그램을 조직적이고 체계화하여 운용할 필요가 있음. 지진력 저항시스템의 실험적/실증적 내진성능평가를 통한 설계기준의 합리 화 내진성능평가를 위한 실험자료의 축적이 매우 희소한 실정으로 정량 적/실증적 근거 외에 정성적/주관적/전문가적 판단에 의해 설계의 주요변 수를 결정해야 하는 경우가 있으므로, 대표적 지진력저항시스템에 대한 내 진성능 평가실험을 통한 양질의 자료축적을 통하여 향후 내진기준의 개선 이나 개정의 실증적 근거로 활용할 필요가 있음. 내진설계, 구조감리, 안전확인의 주체 및 내진설계 대상 건축물의 정비가 필요함 구조전문가가 아닌 다른 분야의 비전문가가 국내 대부분의 건물 을 내진설계하고 구조안전을 확인하는 현실은 고도의 기술과 전문성을 요 구하는 내진설계 내용의 부실화를 초래하고 국가 및 국민의 공공 안전성을 크게 위협할 수 있으므로 국제표준에 부합되게 관련 법령의 조속한 개정이 필요함. 건물이 낮다고 해서 지진위험도도 낮은 것은 결코 아니기 때문에 3층 미만의 건축물에 대해서도 지진에 취약성을 보이는 구조형식, 다중이 140 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

154 이용하는 건물에 대해서는 최소한의 내진성능이 확보되도록 하는 방안에 대한 면밀한 검토가 필요함. 성능기반설계법의 적용에 장애가 되는 법적/제도적 제한의 과감한 완화가 필요함 기존 내진설계기준에서 포괄할 수 없는 초고층구조, 면진/제진 장치가 포함되는 스마트구조시스템 등은 현행 사양설계법의 틀 속에서는 매우 불합리한 설계로 귀결되거나 아예 설계가 불가능할 수 있으므로, 성 능기반설계의 적용을 위한 기술적 축적이 어느 정도 이루어진 분야에 대해 서는 성능기반설계법의 적용에 장애가 되는 법적/제도적 제한조건을 과감 하게 완화할 필요가 있음. 리모델링 건물의 목표내진성능수준의 합리화 현재 국내 건축시장은 비 용 및 친환경적 이유 때문에 재건축보다는 리모델링을 수행하여야 하는 상 황이고 향후 리모델링에 대한 수요는 계속 증가할 것으로 예상됨. 리모델 링을 하는 경우에도 신축과 동일한 내진기준을 적용하도록 되어있어 종종 리모델링이 불가능하거나 내진기준의 조항이 사문화될 수도 있으므로, 생 애주기비용 개념 등을 도입하여 신축건물보다 완화된 목표내진성능을 적용 할 필요가 있음. 4.3 교량 내진설계기준 검토 및 개선 방안 중, 약진 지역에 해당하는 국내현실에 적합한, 단계적인 연성도에 따른 합 리적이고 경제적인 연성설계법을 적용하여 현 도로교설계기준 (2005) 내진 설계기준의 미비점 보완할 필요가 있음. 합리적인 내진설계법 도출을 위해서는, 포괄적인 대형연구과제 중심보다는 개선 항목별 연구과제의 도출 기술수준 향상 및 신기술의 원활한 적용을 위해, 설계비와 기술료의 불합리 성 해결책 및 설계기술자의 법적 처벌문제에 대한 합리적인 해결책의 정립 설계, 시공 및 유지관리 등의 기술적 사안에 대한 기술감사 폐지와 함께, 설계비 산정 방법의 개선 및 적정 기술료 지불 제도화 4.4 원전 구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 원전 시설은 설계지진의 결정 단계에서부터 지진응답해석 및 내진설계 단 계에 이르기까지 엄격한 규제기준을 적용하여 설계가 이루어지고 있으며, 제6장 요약 및 제언 141

155 또한 발전소의 운영 중에도 지진계측기의 설치 운영, 지진발생시 조치절차 및 방사선비상계획의 마련과 주기적인 지진대응훈련 등을 통하여 지진발생 에 적절히 대비하고 있는 것으로 판단됨. 다만 향후 개선이 필요함. 원자력 관계 법령과 지진재해대책 관계 법령에 의한 이중 규제로부터 발생 할 수 있는 문제를 방지하기 위하여, 지진재해대책법 및 향후 제정될 관련 시행령에서의 원전 시설 관련 조항은 심도 있는 검토 및 관계 기관간의 긴 밀한 협의를 통하여 필요시 적절한 범위 내에서 원자력 관계 법령으로 위 임하는 조치가 필요한 것으로 판단됨. 다만 원전 시설에서의 지진계측기 설치에 대한 포괄적 요건을 원자력 관련 법령 또는 고시 수준에서 규정할 필요가 있음. 원전 설계지진의 결정시 성능에 기반한 설계지진 결정방법의 적용성을 심 도 있게 검토하여 활용할 필요가 있으며, 이를 위하여는 확률론적 지진재 해도 분석시 활용할 우리나라 고유의 지질 및 지진학적 자료에 대한 연구 도 병행되어야 함. 지진발생시 원전의 운전정지기준에 대한 심도 있는 검토 및 개선이 필요함. 또한 원전에서의 지진발생시 발전소 점검절차 및 점검후 발전소 재가동 절 차에 대한 심도 있는 기술검토 및 필요시 개선된 절차 마련도 필요함. 원전에서의 지진비상대응 훈련시, 여건상 지진에 의한 진동은 모사하지 않 더라도 최소한 음향효과(지진발생 진동음, 제어판에서의 여러가지 경보음 등)는 모사한 시뮬레이터 훈련 실시를 검토할 필요가 있음. 4.5 지반 및 지중구조물 내진설계기준 검토 및 개선 방안 과다하게 평가될 개연성이 있는 역사지진 기록을 재평가 하고 국내 지반특 성에 적합한 국가 지진위험도를 작성할 필요성이 있음. 국내 지반조건에 적합하도록 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼의 지반증 폭계수를 개선할 필요성이 있음. 지진에 의한 지반 증폭현상을 평가하기 위해, Downhole Seismic Array의 설치가 필요하고, 국내 지진 관측소 부지에 대한 부지 조사를 실시하여 부 지효과에 대한 검증이 필요함. 142 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

156 5. 지진재해 저감활동 및 대응대책과 개선 방안 신뢰성 높은 지진피해평가에 근거한 지진대응계획은 신속하고 체계적인 지 진 대응과 복구에 관건이 될 수 있는 것으로 정부에서는 지진재해 신속대 응시스템에 바탕을 둔 지진대응체계를 채택할 필요가 있음. 지진재해 평가를 위해서 가장 기본이 되는 국내에서 널리 시공되고 있는 구조시스템에 대한 취약도 함수가 반드시 전문가들의 연구에 의해서 개발 되어야 함. 이러한 취약도 함수 개발을 위해서는 구조시스템의 합리적인 분류와 사회경제성을 고려한 취약도 함수의 변수결정이 매우 중요함. 건물과 Lifeline 시설의 구조별, 시설별 분류를 전문가들의 연구에 의해서 작성하고 지진취약도함수를 실험에 의하여 도출하는 등 신속대응시스템의 신뢰성을 향상시키는 것이 필요함. 재해관리 책임자가 신속하고 효율적으로 인적, 물적 자원을 배분하여 구난 활동을 개시할 수 있는 중앙정부, 지방자치단체, 시설물 관리주체의 비상대 응계획 (EAP) 수립 의무화가 필요함. 제6장 요약 및 제언 143

157 참고문헌 교육과학기술부 고시 제2008-7호. (2008). 원자로시설의 위치에 관한 기술기준. 교육과학기술부고시 제 호. (2008). 전력산업기술기준의 원자로시설 기술 기준 적용에 관한 지침. 건설교통부 (1997), 내진설계기준연구(Ⅱ) - 내진설계성능기준과 경제성 평가, 한국지진공학회. 김재관, 류혁 (2001), 쌍계사 오층석탑 실물 크기 모델의 동적 거동 시험, 한 국지진공학회 논문집, 제5권, 제4호. 김재관, IT와 인공지능을 접목한 똑똑한 지진대응시스템, 과학기술, 특집-지 진의 과학적 접근, 2005년 6월호, 기상청, 대한건축학회, 건축구조설계기준, KBC 2005/KBC 2008(안) 대한전기협회. (2005). 전력산업 기술기준(KEPIC) 미국 지질조사국, 삼성방재연구소, 서정문 외 (1997a), "전통 초가삼간 가옥의 내진성능 평가 실험 - (1)암반지반 조건, 한국지진공학회 논문집, 제1권, 제4호. 서정문 외 (1997b), "전통 초가삼간 가옥의 내진성능 평가 실험 - (2)연약지반 조건, 한국지진공학회 논문집, 제1권, 제4호. 선창국, 정충기, 김동수 (2005), "국내 내륙의 설계 지반 운동 결정을 위한 지반 144 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

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161 USNRC. (1997b). "Pre-Earthquake Planning and Immediate Nuclear Power Plant Operator Post-Earthquake Actions," Regulatory Guide USNRC. (2007a). "A Performance-Based Approach to Define the Site-Specific Earthquake Ground Motion," Regulatory Guide USNRC. (2007b). "Damping Values for Seismic Analysis for Nuclear Power Plants," Regulatory Guide Wang, Y.K. et al. (2001). "Assessment of the Relevance of Displacement Based Design Methods/Criteria to Nuclear Plant Structures." NUREG/CR-6719, Brookhaven National Laboratory. Willford, M et al. (2008), Recommendations for the Seismic Design of High-rise Buildings, Draft for Comments-1, CTBUH 148 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안

162 한국과학기술한림원에서는 다음과 같은 종류의 총서들을 발간하고 있습니다. - 한림심포지엄 논문집 (KAST Symposium Proceedings) - 한림석학강연 논문집 (KAST Distinguished Lecture Note) - 한림연구보고서 (KAST Research Report) - 한림원탁토론회 (KAST Roundtable Discussion) - 한림원의 목소리 (Voice of KAST) - 한림과학기술포럼 (KAST Science and Technology Forum) 한림연구보고서 51 우리나라 지진재해 저감 및 관리대책의 현황과 개선 방안 Earthquake Disaster Mitigation and Management in Korea: Current Status and Suggestions for Future Improvement 발 행 일: 발 행 처: 발 행 인: 전화/팩스: 인 쇄 처: 전화/팩스: 2009년 월 한국과학기술한림원 이 현 구 (031) / (031) /[email protected] 진명인쇄공사 (02) / (02) ISBN ISBN (세트)