대만의 최고층 건물인 ‘타이베이 101’이 최근 발생한 진도 7.2 규모의 강진 여파에도 버텨낸 비결에 전세계의 이목이 쏠렸다. 비밀은 이 빌딩 상층부에 매달린 660톤짜리 진자였다. 이 거대한 공모양의 진자는 건물이 지진과 태풍으로 요동하거나 진동할 때 충격 방향과 반대로 움직이면서 에너지를 거대한 충격 흡수 장치로 전달한다. 이것이 509m 높이의 이 고층 건물이 무너지지 않은 비결이었다. 데일리메일과 아틀라스 오브스큐라 등을 통해 지진에 견딘 비밀과 내진 구조에 대해 알아봤다.
508m 빌딩 내부에 달린 황금 공의 역할
3일 대만 동부 화롄(花蓮)현 인근에서 발생한 25년 만에 가장 강력한 진도 7.2 지진 발생으로 10명이 사망하고 건물들이 잇따라 무너졌으며 쓰나미 경보까지 발령됐다. (대만 중앙재해대응센터는 4일 오후 4시 25분(현지시각) 기준 대만 전역의 사망자가 10명으로 파악됐고 부상자는 1067명, 지진으로 인해 고립된 사람은 총 660명, 실종자는 38명이라고 집계했다. 이번 지진과 여진으로 산사태가 24건 발생했고 도로, 다리, 터널 등 35곳이 피해를 입었다.)
그러나 혼란 속에서 이 섬의 최고층 빌딩인 18억 달러(약 2조 4250억 원)짜리 타이베이 101 마천루가 미풍에 막대기처럼 부드럽게 흔들리는 섬뜩한 장면이 보여주었다.
높이 508m인 이 건물은 지진과 바람이 부는 동안 건물 전체의 흔들림을 40%까지 줄이는 기발한 해결책을 갖추고 있었다.
이 101층 건물의 92층 내부에 ‘조절된 질량 제동기’(tuned mass damper)로 불리는 직경 5.5m, 무게 660톤의 황금색 구체가 걸려 있다.
이 쇠로 된 공은 건물이 한 방향으로 움직일 때 그 반대 방향으로 흔들리며 건물의 전체적인 균형을 유지한다. 만약 바람이나 지진의 힘이 탑을 오른쪽으로 밀어준다면, 구는 즉각적이고 동등한 힘을 왼쪽에 제공해 초기 운동을 제거하게 된다. 그래서 타워는 흔들리긴 하지만 무너지지는 않는다. 이것은 여러 가지 제동 방식 가운데 ‘수동 제어 시스템’으로 알려져 있는데 외부의 힘이나 제어 없이 중력과 건물의 움직임에 따라서만 작동한다는 것을 의미한다.
이 거대한 황금색 공(일반 주택의 방 하나 크기)은 지진이나 강풍이 불 때 임의의 방향으로 1.5m까지 움직이면서 타워의 흔들림을 30~40% 줄일 수 있다. 타이베이 101에 설치된 동조 질량 제동기는 ‘A&H 커스텀 머신’에 의헤 제작되고 테스트됐다. 빌딩 구조물에 부품을 조립하기까지 약 1년이 걸렸다.
2-1▲3일 대만 동부 화롄현을 덮친 진도 7.2의 엄청난 지진 여파에도 ‘타이베이 101’ 빌딩은 무너지지 않고 견뎠다. 이 건물의 놀라운 구조적 무결성의 핵심은 92층에 강철로프로 매달린 660톤 무게의 황금색 구체인 동조(同調)된 질량 제동기(tuned mass damper)에 있다. 또하나의 장치는 거대한 구체 하부에 있는 유압 피스톤이다. (사진=리서치 게이트)
이 건물에는 여기에 또하나의 장치가 갖춰져 있다. 그것은 거대한 구체의 하부에 있는 유압피스톤인데 이것이 에너지를 열로 흡수하고 방출한다.
시티런던대학교 구조 역학 교수인 아가토클리스 지아랄리스 박사는 “이 영리한 구형 장치가 진자와 같다”고 표현했다. 그는 “이 강철구는 건물과 구 사이의 상대적인 흔들림을 감쇠시키도록 설계된 감쇠 장치에 달려 있어 자동차 서스펜션의 충격 흡수기와 유사한 방식으로 작용한다”고 설명했다.
그러나 안전에는 큰 비용도 따르게 마련이다. 타이베이 101층 건물을 안전하게 만드는 동조 질량 제동기 설치에는 자그마치 400만 달러(약 54억원)가 들었다.
지진많은 대만의 신축성 있는 건물들
지진에도 건물이 무너지지 않고 흔들리는 것은 이상해 보이지만 특히 대만과 같은 지진이 발생하기 쉬운 지역에서는 현대식 고층 건물들이 이처럼 유연하게 지어진다.
앤토니 디비 영국 배스대 건축 및 토목학과 교수는 “그런 건축물 재료들은 신축성이 있는데, 이는 구조물들에 작용하는 변화하는 하중에 따라 늘어나거나 수축한다는 것을 의미한다”고 설명했다.
그는 “이러한 변형의 양은 보나 기둥 같은 개별 요소에서는 매우 적지만, 높은 건물의 모든 요소에 걸쳐 이것이 곱해지면 상당한 측면 이동이 발생할 수 있다. 이러한 움직임들은 구조물 자체에 위험한 것은 아니지만, 과도한 경우 거주자에게 불안감을 줄 수 있다”고 말했다.
타이페이 101 타워는
타이페이 101은 1999년에 착공해 2004년 새해 전날 대중에 공개됐다.
이 빌딩은 여덟 개 부분으로 된 대나무싹(죽순)이 위로 솟아오르는 모습으로 설계됐으며, 마치 정사각형 양동이를 하나씩 쌓아 올린 것처럼 보인다.
이 타워의 강성을 높이기 위해 모든 층에 건물의 중심부에서 바깥 기둥으로 이어져 지지하게 해 주는 강철로 된 ‘아웃트리거 트러스’가 설치됐다.
다른 높은 건물들은 동조된 질량 제동기를 숨기고 있지만, 타이페이 101는 방문객들이 88층에서 92층까지 이를 볼 수 있게 설계돼 있어 관광 명소로도 인기를 얻고 있다.
지각판끼리 만나는 곳에 위치한 대만
대만은 필리핀해 판과 유라시아 판이라는 두 지각판이 만나는 곳과 가까이 있기에 지진이 특히 일어나기 쉬운 나라 중 하나다.
지각판 경계를 따라 강력한 지진활동이 감지되는데, 판들이 서로 마찰하면서 지진이 발생한다.
지진학자인 스티븐 가오 미주리 과기대 교수는 그러나 “대만의 지진 대비 태세는 세계에서 가장 앞선 것 중 하나”라고 말했다. 그는 “이 섬은 엄격한 건축 법규와 세계적인 지진학 네트워크, 지진 안전에 관한 광범위한 공교육 캠페인을 시행했다”고 덧붙였다.
타이베이 101 빌딩에 설치된 동조된 질량 제어기의 모습은 아래 동영상을 통해 볼 수 있다.
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