지진에 견디기 위해 일본의 고층 건물이 어떻게 건설되었는가

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도쿄, 오사카, 요코하마의 고층 빌딩이 주변 도시 풍경을 압도합니다. 타워는 인간이 만든 구조물만큼 움직이지 않고 견고하다는 인상을 줍니다.

이 타워는 세계 어느 대도시나 발전된 도시와 마찬가지로 일본의 일상적인 도시 생활의 고정된 배경입니다. 사람들과 교통이 그들 주위로 분주하게 움직이는 동안, 그것들은 고정되어 있고 고요합니다. 바쁜 도시의 나머지 부분을 하나로 묶는 핀입니다.

그 관점이 환상이라는 것을 드러내려면 지진이 필요합니다. 일본에서는 고층 건물이 움직일 수 있어야 합니다.

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2016년 4월의 규슈 고속도로(제공: Getty Images)

2011년 토코후 지진은 최근 가장 파괴적인 지진 중 하나로 알려져 있습니다. 그러나 그것은 매년 일본을 강타하는 많은 지진 사건 중 하나에 불과했습니다.

일본 열도는 유라시아판, 필리핀판, 태평양 지각판 가장자리의 태평양 불의 고리를 따라 자리잡고 있습니다. 가장자리에서는 하나의 지각판이 다른 지각판 아래로 밀려 들어가 엄청난 압력이 형성됩니다. 지진은 일반 도시를 땅바닥으로 휩쓸어버릴 만큼 강한 진동을 보내는 방출입니다.

여기에서는 2016년 규모 6.4의 지진으로 피해를 입은 규슈 고속도로를 볼 수 있습니다.

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1923년 관동 대지진(제공: Getty Images)

그러나 일본의 타워 블록은 평범한 건물이 아닙니다. 모든 건물은 작거나 임시 구조물이라 할지라도 국내 지진에 대한 복원력을 갖추어야 한다고 도쿄 대학의 구조 엔지니어이자 부교수인 Jun Sato는 말합니다.

엔지니어가 노력하는 복원력에는 두 가지 주요 수준이 있습니다. 첫 번째는 작은 지진을 견디는 것입니다. 일본에서는 건물 수명 동안 3~4회 발생할 수 있는 유형입니다. 이 규모의 경우 수리가 필요한 손상은 허용되지 않습니다. 건물은 이러한 지진을 피해 없이 피할 수 있도록 잘 설계되어야 합니다.

두 번째 수준의 회복력은 매우 드물게 발생하는 극심한 지진을 견디는 것입니다. 기준은 1923년 관동 대지진으로 설정되었습니다. 이는 규모 7.9의 대규모 지진으로 도쿄와 요코하마를 황폐화시키고 140,000명 이상의 목숨을 앗아갔습니다.

이 기준보다 규모가 더 큰 지진의 경우 건물을 완벽하게 보존하는 것은 더 이상 목표가 아닙니다. 인명 피해를 초래하지 않는 모든 손상은 허용됩니다.

University College London의 지진 전문가인 Ziggy Lubkowski는 “사람의 생명을 보호하기 위해 건물을 설계합니다.”라고 말합니다. “최소 요구 사항입니다.”

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엄청난 지진의 힘을 견디기 위해 건물은 가능한 한 많은 지진 에너지를 흡수해야 합니다.

Sato는 “구조물이 [지진으로 인한] 모든 에너지를 흡수할 수 있으면 붕괴되지 않을 것입니다.”라고 말합니다.

이는 주로 지진 격리라는 과정에서 발생합니다. 건물이나 구조물은 지진의 움직임에 저항하기 위해 베어링이나 충격 흡수 장치(때로는 약 30~50cm(12~20인치) 두께의 고무 블록처럼 단순한 형태) 위에 놓입니다. 건물 기둥이 기초에 닿는 곳마다 이 고무 패드 위에 놓입니다.

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지진 완충 장치의 축소 모형(제공: Getty Images)

건물 바닥에 대한 적응은 건물이 지진에 견딜 수 있도록 만드는 주요 방법 중 하나입니다. 그러나 건물 높이 전체에 모션 댐퍼를 설치하면 탄력성을 향상시킬 수도 있습니다.

"고층 건물은 1.5m(5피트) 이동할 수 있지만 매 2층마다 맨 위까지 특정 수준에 댐퍼를 설치하면 움직임을 훨씬 더 줄여 상부 구조의 손상을 방지할 수 있습니다."라고 말합니다. Lubkowski.

댐퍼는 공기 대신 액체로 채워져 있다는 점을 제외하면 자전거 펌프처럼 보이는 경향이 있습니다.

“펌프를 압축하면 액체를 밀어냅니다. 많이 압축되지는 않지만 약간 움직입니다. 이러한 과정을 통해 건물 내부의 진동을 줄일 수 있습니다.”