1. 서 론
최근 기상이변으로 인한 풍수해, 지진 등 자연재해가 급증하고 있으며, 화재 및 산불 등의 인적재해로 인하여 많은 문화유산이 훼손 및 소실 위험에 노출되어 있다. 특히, 2002년 강릉 지역에 발생한 집중호우(1일 최대강우량 870mm), 2010년 아이티와 칠레에서 발생한 강진, 2008년 2월의 숭례문에서 발생한 방화사건 등 자연재해 및 인적재해에 대한 문화재 재해예방이 국가적인 현안과제로 부상하고 있다. 즉, 다양한 건축문화재를 자연적 또는 인위적 재해로부터 보호하기 위해서는 보다 체계적이고 종합적인 접근이 필요하며, 이에 대한 중장기적 연구를 통하여 재해 및 재난으로부터 보다 안전하게 문화재를 보존/보호하기 위한 기반을 확립하여야 한다.
수많은 재해 및 재난의 원인 중, 최근 들어 지진의 영향으로 인한 크고 작은 피해가 속출하면서 지진 위험도에 대한 관심이 증대되었다. 특히, 시간이 경과할수록 지진 발생량과 진도가 점점 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 국내･외 지진 위험도 평가를 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있으며, 특히 역사적으로 가치가 높은 문화재를 보전하기 위한 연구가 증대되고 있다. 세계문화유산기구인 UNESCO는 2008년에 문화재 관리자들이 이상기후로 인한 자연재해로부터 문화재 보호 및 관리를 위한 매뉴얼 제시하였으며, 일본의 경우 리츠메이칸 대학에서 “문화유산방재학”을 새로운 연구 분야 선정하여 건축·토목·지리·역사·정책 등 분야별 전문가집단을 구성하였다. 또한 지진재해정보시스템은 현재 일본, 미국 등 지진관련 선진국에서 개발 운영되고 있다. 특히, 일본은 지진에 대한 피해를 최소화하고자 진도분포, 건물피해, 인명피해 등 지진피해조기평가시스템 구성하였으며, 미국은 지진으로 인한 재해손실을 추정하는 기능을 가진 HAZUS 시스템 가동하고 있다. 따라서 본 연구에서는 역사도시 서울지역의 문화재에 대한 지진재해 위험도를 평가하기 위하여 각 문화재가 위치하고 있는 지반에 대한 3차원 내진해석을 수행하였다. 또한 해석결과를 바탕으로 지반에서 발생된 변위분석을 통하여 지진재해로부터 문화재의 효율적인 보전방안을 고찰하였다.
2. 서울지역 역사 지진 기록 및 지진 위험도 평가 사례
2.1 서울지역 역사 지진 및 계기 지진기록
지진활동에 대한 기록은 지진계가 발명되기 이전인 19세기까지의 문헌에 기록되어 있는 역사학적 지진자료와 19세기 이후 아날로그 및 디지털 지진계에 기록된 계기지진자료로 구분 할 수 있으며, 국내에서 지진계를 이용한 관측이 시작된 것은 1905년 이후이다. 그러나 본격적으로 지진관측이 시작된 것은 1963년 서울의 WWSSN(World Wide Standard Seismograph Network) 관측소의 설치와 1977년 기상청에서 서울과 광주에 이동식 지진계를 설치한 이후이다(Kim et al., 1997). 역사학적 지진자료는 문헌에 기록된 자료를 분석하여 연구자가 진앙 및 규모 등을 결정하므로 19세기 이후 존재하는 계기 지진기록에 비해 객관성이 결여되기 쉽다. National Research Institute of Cultural Heritage(2011)에 의한 선행연구자료를 바탕으로 서울지역에 대한 역사 지진을 확인한 결과, 1400년대 중후반부터 1700년대 중반까지 진도 5.0 이상을 기록한 지진은 약 70여 차례인 것으로 나타났다. 또한 계기 지진기록을 확인한 결과, 1917년부터 최근까지 진도 3.0~5.0을 갖는 20여 차례의 지진이 발생한 것으로 확인되었다. 이와 같이, 다양한 문화재가 집중되어 있는 서울지역에서 발생한 과거의 지진기록은 적지 않은 빈도를 갖는 것으로 판단된다.
2.2 국내･외 지진 위험도 평가 사례
미국 및 일본과 같은 지진연구와 관련된 선진국의 경우, 지진발생으로 일어나는 구조물과 자연재해적인 피해에 관한 연구 뿐만 아니라 지진으로 일어날 수 있는 추가적인 피해상황까지도 연구의 대상으로 보고 있는 것이 특징이다. 일본의 경우 1923년 관동 대지진과 1995년 고베지진 이후 지진 발생으로 일어날 수 있는 부가적인 피해상황 연구를 통해 문화재건조물 등의 지진시 일어날 수 있는 안정성 확보에 관한 지침과 중요 문화재 건조물 내진진단지침이 정해져 지진 발생 시 우기관리 및 내진 진단, 보강시 유의사항 등에 활용하고 있다. 미국의 경우도 일본과 유사한 지진으로 인한 재해손실을 추정하는 기능을 가진 HAZUS(Hazard U.S.) 시스템을 가동하고 있다. HAZUS는 대상지역의 건물군, 지형도, 지진의 위치 및 규모, 경제관련 데이터 등 재해피해 규모를 추정하는 시스템으로 미국 재난관리청(FEMA)에서 개발된 것으로 재해피해 규모를 신속히 파악함으로서 재해대책본부의 긴급한 재해대처능력을 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
국내의 지진관련 연구는 일반적으로 크게 지진관측 및 지진자료 분석 분야와 이를 이용하여 확률론적 지진 재해 분석을 통한 지진위험도 평가분야, 지구내부적인 관점에서의 진원 연구 분야 및 이러한 지진 피해와 직･간접적으로 연결되어 있는 방재연구 분야로 볼 수 있다. 국내의 경우, 1978년 홍성지진을 계기로 본격적으로 연구가 시행되었으며(Seo, 1979), 지진으로 인한 큰 피해를 입은 경우가 드물고 그 유형과 발생빈도가 많지 않기 때문에, 일본의 사례를 중심으로 지진의 발생 원인과 피해유형을 간접적으로 연구하는 경우가 많았다(Kyung, 1995). 지반공학적 관점에서의 지진연구의 경우, 지반특성을 통한 지진민감도 조사를 위해 과거 지진 발생기록이 빈번하고 양산 단층 영향권 내에 있어 지진 발생 가능성이 높은 경주 지역을 대상으로 지진 시 지반과의 상호영향을 평가하기 위해 다수의 시추 조사와 현장 탄성파 기법이 수행된 바 있다. 또한 지반 진동에 의해 수반되는 지반변형 중 하나인 산사태에 관해서는 이미 많은 연구가 진전되어 GIS를 이용한 분석기법이 활용되고 있으며, 지진재해 위험도 평가에 있어서도 GIS를 이용하여 지질의 특성을 규명함으로서 액상화와 산사태에 대한 영향을 평가하고 있다(Lee, 1999; Lee et al., 2002; Kim, 2005; Song, 2006).
3. 문화재 주변 지반의 3차원 내진해석
전술한 바와 같이, 지진에 의한 서울지역 내 문화재의 훼손 및 파괴 가능성을 분석하고자, 전체 218개소의 문화재 중 Fig. 1에 나타낸 대표적인 15개소 문화재의 주변지반에 대한 3차원 내진해석을 수행하였다. 적용된 문화재 중, 낙성대 삼층석탑의 경우에는 주변지반 및 석탑구조물에 대하여 각각 해석하였으며, 석탑구조물은 축조 방법에 따른 해석을 위하여, 강체거동 해석과 조인트 요소를 고려한 해석으로 구분하여 수행하였다.
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(a) Sungjeongjeon | (b) Heunghwamun | (c) The past rusia legation | (d) Gigigukbeonsachang |
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(e) Yangcheonhyanggyo | (f) The past industry educational institution main building | (g) The past seoul national university main building | (h) Donggwanwangmyo |
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(i) Samgun buchongmudang | (j) Naksungdae three-story stone pagoda | (k) Hwanghakjeong | (l) Hongjimun and Thangchundaeseong |
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(m) Jongmyo yeongnyeongjeon | (n) Sajikdan front gate | (o) Daehanuiwon |
Fig. 1. Surveyed heritages for 3D seismic analysis |
3.1 지반조사 및 지반정수
연구대상 문화재가 위치한 지역의 지반조사는 시추에 의한 시료 채취가 불가능한 점을 고려하여 다중채널분석기법에 의한 표면파탐사(Multi Channel Analysis of Surface Waves, MASW)로 실시하였으며, 결과는 Table 1에서 보는 바와 같다. 동적 지반정수는 전단파속도(
)의 분포를 측정하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 내진해석에 필요한 기초자료로 활용하였다.
Table 1. Results of multi channel analysis of surface waves |
Heritages | Soil layer | depth (m) | Soil Classification | Unit weight ( ) | Deformational modulus ( ) | poission's ratio |
Sungjeongjeon | Soil | sediments | 2.38 | SB | 19.00 | 472300 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 5.42 | 20.00 | 1726570 | 0.350 |
soft | 9.56 | 21.00 | 5976310 | 0.325 |
soft | 6.72 | 24.00 | 17866060 | 0.250 |
Heunghwamun | Soil | sediments | 2.33 | SB | 19.00 | 473000 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 5.25 | 20.00 | 1743670 | 0.350 |
soft | 5.04 | 21.00 | 3656840 | 0.325 |
soft | 16.35 | 24.00 | 17499000 | 0.250 |
Tthe past rusia legation | Soil | sediments | 3.30 | SC | 19.00 | 418200 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 10.20 | 20.00 | 1696000 | 0.350 |
soft | 11.50 | 21.00 | 5547500 | 0.325 |
Gigigukbeonsachang | Soil | landfill | 0.35 | SC | 18.00 | 86810 | 0.400 |
sediments | 3.39 | 19.00 | 426320 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 5.90 | 20.00 | 1749210 | 0.350 |
soft | 9.49 | 21.00 | 6022710 | 0.325 |
soft | 5.56 | 24.00 | 15676930 | 0.250 |
Yangcheonhyanggyo | Soil | landfill | 0.27 | SC | 18.00 | 120610 | 0.400 |
sediments | 1.49 | 19.00 | 421920 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 7.18 | 20.00 | 1877790 | 0.350 |
soft | 13.26 | 21.00 | 4803400 | 0.325 |
The past industry educational institution main building | Soil | landfill | 3.17 | SC | 18.00 | 68160 | 0.400 |
sediments | 2.53 | 19.00 | 429800 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 12.23 | 20.00 | 1723540 | 0.350 |
soft | 9.61 | 21.00 | 3710330 | 0.325 |
The past seoul national university main building | Soil | landfill | 2.54 | SC | 18.00 | 116680 | 0.400 |
sediments | 3.68 | 19.00 | 393450 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 17.41 | 20.00 | 1937260 | 0.350 |
soft | 13.75 | 21.00 | 4578070 | 0.325 |
Donggwanwangmyo | Soil | landfill | 2.87 | SC | 18.00 | 133010 | 0.400 |
sediments | 2.40 | 19.00 | 386450 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 16.13 | 20.00 | 1623850 | 0.350 |
soft | 14.58 | 21.00 | 3938140 | 0.325 |
Samgun buchongmudang | Soil | sediments | 1.75 | SB | 19.00 | 455630 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 4.76 | 20.00 | 1772410 | 0.350 |
soft | 7.00 | 21.00 | 6462580 | 0.325 |
soft | 5.41 | 24.00 | 20350190 | 0.250 |
Naksungdae three-story stone pagoda | Soil | landfill | 1.56 | SC | 18.00 | 123110 | 0.400 |
sediments | 1.05 | 19.00 | 367080 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 6.56 | 20.00 | 1899800 | 0.350 |
soft | 6.70 | 21.00 | 5967750 | 0.325 |
soft | 3.74 | 24.00 | 1831853 | 0.250 |
Hwanghakjeong | Soil | sediments | 1.70 | SB | 19.00 | 431960 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 3.14 | 20.00 | 1737360 | 0.350 |
soft | 6.59 | 21.00 | 6224750 | 0.325 |
soft | 6.26 | 24.00 | 23104760 | 0.250 |
Hongjimun and Thangchundaeseong | Soil | sediments | 0.74 | SB | 19.00 | 540280 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 3.39 | 20.00 | 1613930 | 0.350 |
soft | 7.10 | 21.00 | 6797930 | 0.325 |
soft | 6.69 | 24.00 | 26142710 | 0.250 |
Jongmyo yeongnyeongjeon | Soil | landfill | 0.48 | SC | 18.00 | 99520 | 0.400 |
sediments | 3.84 | 19.00 | 435060 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 10.37 | 20.00 | 1610290 | 0.350 |
soft | 15.91 | 21.00 | 5989180 | 0.325 |
soft | 7.87 | 24.00 | 17466880 | 0.250 |
Sajikdan front gate | Soil | landfill | 0.33 | SC | 18.00 | 88300 | 0.400 |
sediments | 3.06 | 19.00 | 488310 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 11.67 | 20.00 | 1672240 | 0.350 |
soft | 18.01 | 21.00 | 5352030 | 0.325 |
Daehanuiwon | Soil | landfill | 0.27 | SC | 18.00 | 102240 | 0.400 |
sediments | 3.25 | 19.00 | 469790 | 0.380 |
bed rocks | weathered | 7.14 | 20.00 | 1584700 | 0.350 |
soft | 12.84 | 21.00 | 5792760 | 0.325 |
soft | 6.25 | 24.00 | 150103520 | 0.250 |
표면파탐사로 산정이 불가능한 지반정수 중에 해석 시, 필요한 점착력과 내부마찰각을 산정하기 위하여 A guide of geotechnical investigation(Seoul Metropolis, 2006)에 명시된 경험식을 이용하였으며, 경험식에 필요한 N값은 국토지반정보 포털시스템의 시추정보에 공개되어 있는 대상지역 주변지반의 시추결과를 활용하였다. 이를 바탕으로 산정된 지반정수를 Table 2에 나타내었다.
Table 2. Geotechnical Strength Parameters |
Heritages | Soil layer | N | Cohesion ( ) | Friction angle ( ) | Heritages | Soil layer | N | Cohesion ( ) | Friction angle ( ) | Heritages | Soil layer | N | Cohesion ( ) | Friction angle ( ) |
Sungjeongjeon | Soil | sediments | 20 | 569.87 | 33.66 | The past industry educational institution main building | Soil | landfill | 32 | 90651.31 | 37.78 | Hwanghakjeong | Soil | sediments | 40 | 113314.14 | 40.24 |
bed rocks | weathered | 50 | 1424.68 | 43.10 | bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
sediments | 32 | 90651.31 | 37.78 |
soft | 50 | 1424.68 | 43.10 | soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 1424.68 | 43.10 | soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
Heunghwamun | Soil | sediments | 50 | 141642.67 | 43.10 | The past seoul national university main building | Soil | landfill | 32 | 90651.31 | 37.78 | Hongjimun and Thangchundaeseong | Soil | sediments | 40 | 113314.14 | 40.24 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 | bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
sediments | 32 | 90651.31 | 37.78 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 | bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
Tthe past rusia legation | Soil | sediments | 42 | 118979.85 | 40.83 | Donggwanwangmyo | Soil | landfill | 8 | 22662.83 | 28.46 | Jongmyo yeongnyeongjeon | Soil | landfill | 10 | 28328.53 | 29.47 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 | sediments | 20 | 56657.07 | 33.66 |
sediments | 20 | 56657.07 | 33.66 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
Gigigukbeonsachang | Soil | landfill | 25 | 70821.34 | 35.46 | soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
sediments | 28 | 79319.90 | 36.48 | Samgun buchongmudang | Soil | sediments | 32 | 90651.31 | 37.78 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 | bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 | Sajikdan front gate | Soil | landfill | 20 | 56657.07 | 33.66 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 | soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
sediments | 32 | 90651.31 | 37.78 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 | soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
Yangcheonhyanggyo | Soil | landfill | 8 | 22662.83 | 28.46 | Naksungdae three-story stone pagoda | Soil | landfill | 20 | 56657.07 | 33.66 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
sediments | 25 | 70821.34 | 35.46 | sediments | 20 | 56657.07 | 33.66 | Daehanuiwon | Soil | landfill | 10 | 28328.53 | 29.47 |
sediments | 30 | 84985.60 | 37.14 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
bed rocks | weathered | 50 | 141642.67 | 43.10 |
bed rocks | weathered | 38 | 107648.43 | 39.64 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
soft | 50 | 141642.67 | 43.10 |
3.2 해석방법
내진설계는 지진이 발생하는 경우 예상되는 여러 가지 현상을 미리 예측하고 이에 대한 설계를 수행함으로tj 지진 피해를 최소화하는 것을 의미한다. 국내에서 1988년에 만들어진 초기의 내진설계 기준안에서는 6층 이상의 일반건물과 연건평 300평 이상의 건물에 내진설계를 적용하도록 규정하였다. 이후, Korean geotechnical society(1997)는 내진설계의 기준이 되는 지역진도 값을 수정하였으며, 중요도가 높은 구조물에는 동적인 내진설계를 적용하도록 추천하였다. 한편 인공 구조물에 대해서는 내진설계의 적용시기가 각각 다르나, 원자력발전소의 경우는 건설 초기부터 비교적 엄격한 동적인 내진설계가 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 지진구역에서의 평균재현주기를 각각 1000년 및 2400년으로 적용하는 Design criteria for railroad (bridges, 2004)와 Korean building code-structural(2005)에 명시되어 있는 내진설계기준을 참고하였으며, 이를 바탕으로 내진해석을 실시하였다. 즉, 본 연구대상 문화재 15개소의 주변지반에 대한 3차원 동적 수치해석을 실시하였으며, 동적해석에 적용된 해석법은 응답스펙트럼해석법으로 각각의 설계기준에 부합하는 스펙트럼 설계를 실시하였다.
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(a) Gyunghuigung Sungjeongjeon | (b) Naksungdae three-story stone pagoda | (c) stone pagoda |
Fig. 2. Modelling example |
Table 3. Design spectrum parameters |
Classification | Design criteria for railroad | Korean building code-structural |
Reproductive periods | 1000years | 2400years |
Soil classification | SB | SC | SB | SC |
Zone coefficient | 0.11 | 0.11 | 0.22 | 0.22 |
Seismic risk coefficient | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.5 |
Geotechnical coefficient | 1 | 1.2 | - | - |
Short-period site coefficient | - | - | 1 | 1.18 |
1sec-period site coefficient | - | - | 1 | 1.58 |
Response Modification Factor | 3 | 3 | 1.5 | 1.5 |
period (sec) | 25 |
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(a) X axis - total section | (b) X axis – half section |
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(c) Y axis - total section | (d) Y axis – half section |
Fig. 3. Analysis results of Sungjeongjeon – Design criteria for railroad |
지반 모델링은 문화재가 위치한 지역을 중심으로 100 × 100m의 면적으로 선정하였으며, Fig. 2에서 보는 바와 같다. 경계조건의 경우, 하부지반은 완전구속으로 하였으며, 좌우지반에 대해서는 지반반력에 대한 해석을 위하여 면스프링으로 적용하였다. 스펙트럼 데이터는 Table 3에 나타낸 바와 같이, 앞서 언급한 각 설계기준에 따라 적용하였으며, 이를 통해 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 이 때, 동일한 지반조건에서 지진발생 축방향이 미치는 영향을 파악하기 위하여, 각 지반의 지진 발생 방향을 X축 및 Y축으로 하였다.
4. 해석결과
설계기준에 따른 각 지반의 해석결과는 앞서 나타낸 모델링과 같이 대표적인 지반 및 구조물에 대해서만 Fig. 3 ~ Fig. 6에 나타내었으며, 이를 바탕으로 확인된 지반 및 구조물의 변위결과를 Table 4와 같이 정리하였다.
먼저, 철도설계기준을 적용한 경우의 지반변위를 분석한 결과, (구)공업전습소 본관이 약 5.7mm로 최대변위를 나타내었으며, 다소 불규칙적이기는 하지만, Y축 방향의 변위가 X축 방향의 변위에 비하여 큰 것으로 확인되었다. 그러나 그 차이가 매우 작기 때문에, 큰 의미는 없는 것으로 판단되었다. 건축구조 설계기준의 경우에도 (구)공업전습소 본관이 9.7mm로 최대변위를 나타내었으며, 축방향에 따른 결과는 철도설계기준의 경우와 동일한 것으로 확인되었다. 이와 같이, 지반변위가 작게 해석된 원인은 문화재가 위치한 지역의 토층이 매우 단단하기 때문이며, 이는 표면파 탐사를 통해서 분석된 지반가속도를 비교해 보아도 하부에 매우 단단한 암층이 존재하는 것으로 확인할 수 있었다. 그러나 낙성대 삼층석탑의 경우, 지반 자체의 변위는 다른 지역과 유사하게 나타났으나 화강암으로 구성된 석탑은 강체거동 해석의 경우, 건축구조 설계기준이 적용되었을 때, 상부에서 최대 30mm의 변위를 나타내었다. 이는 낙성대 삼층석탑을 지지지하는 지반의 경우 지진파에 대한 상호 보완을 할 수 있는 구조, 즉 지반반력으로 인한 감쇠효과가 나타나기 때문에 지반의 변위 자체는 작게 해석되었으나, 상부 구조물의 경우에는 지진파가 작용하였을 때 응력해방이 발생되는 부분이기 때문에 지진파가 도달하는 최상단 부분에서 변위가 가장 많이 발생한 것으로 판단되었다. 또한 조인트요소를 고려한 해석결과의 경우에는 적용된 기준에 따라 강체거동 해석에 비하여 약 4mm 정도의 차이를 나타내었다.
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(a) X axis - total section | (b) X axis – half section |
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(c) Y axis - total section | (d) Y axis – half section |
Fig. 4. Analysis results of Sungjeongjeon – Korean building code-structural |
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(a) X axis - total section | (b) X axis – half section | (c) Y axis - total section | (d) Y axis – half section |
Fig. 5. Rigid body analysis results of Naksungdae three-story stone pagoda – Design criteria for railroad |
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(a) X axis - total section | (b) X axis – half section | (c) Y axis - total section | (d) Y axis – half section |
Fig. 6. Joint element analysis results of Naksungdae three-story stone pagoda – Korean building code-structural |
Table 4. Ground displacement according to the 3D seismic analysis |
Heritages | Displacement (mm) |
Design criteria for railroad | Korean building code-structural |
DX (V) | DY (V) | DX (V) | DY (V) |
Sungjeongjeon | 1.18227 | 1.24314 | 1.29865 | 1.36695 |
Heunghwamun | 1.29254 | 1.30812 | 0.56734 | 0.57497 |
Tthe past rusia legation | 2.10489 | 2.11249 | 0.98308 | 0.98840 |
Gigigukbeonsachang | 1.85461 | 1.90269 | 2.20419 | 2.26054 |
Yangcheonhyanggyo | 1.48626 | 1.53237 | 1.73898 | 1.79408 |
The past industryeducational institution main building | 5.27447 | 5.68686 | 8.97898 | 9.69820 |
The past seoul national universitymain building | 3.66228 | 3.55592 | 5.65523 | 5.48783 |
Donggwanwangmyo | 3.62150 | 3.71717 | 5.44796 | 5.60047 |
Samgunbuchongmudang | 0.89499 | 0.90351 | 0.83645 | 0.84454 |
Naksungdae three-story stone pagoda | Ground | 1.64336 | 1.67205 | 1.80714 | 1.83851 |
stone pagoda | Rigid behavior analysis | 24.0413 | 19.7231 | 30.2926 | 25.9651 |
Joint element method analysis | 20.6890 | 23.9421 | 26.9281 | 30.1993 |
Hwanghakjeong | 0.75691 | 0.73274 | 0.69845 | 0.67608 |
Hongjimun and Thangchundaeseong | 0.51973 | 0.51913 | 0.47619 | 0.47562 |
Jongmyo yeongnyeongjeon | 2.68988 | 2.66720 | 4.03356 | 3.97563 |
Sajikdan front gate | 2.36191 | 2.38959 | 3.50331 | 3.55041 |
Daehanuiwon | 1.87304 | 1.92656 | 2.37792 | 2.44719 |
5. 결 론
본 연구에서는 서울지역 내에 위치하고 있는 대표적인 15개소 문화재에 대한 지진재해 위험도를 평가하기 위하여 각 문화재가 위치하고 있는 주변지반의 3차원 내진해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
(1) 철도설계기준 및 건축구조 설계기준을 적용한 경우의 지반변위를 분석한 결과, (구)공업전습소 본관이 각각 약 5.7mm와 9.7mm로 최대변위가 나타났으며, 축방향에 따른 영향은 큰 차이가 없는 것으로 평가되었다.
(2) 지반변위가 작게 해석된 원인은 문화재가 위치한 지역의 토층이 매우 단단하기 때문이며, 이는 표면파 탐사를 통해서 분석된 지반가속도를 비교해 보아도 하부에 매우 단단한 암층이 존재하는 것으로 확인할 수 있었다.
(3) 낙성대 삼층석탑 구조물에 대한 강체거동 해석 결과, 건축구조 설계기준이 적용되었을 때, 상부에서 최대 30mm의 변위가 나타났으며, 조인트요소를 고려한 해석결과의 경우에는 적용된 기준에 따라 강체거동 해석에 비하여 약 4mm 정도의 차이를 보였다.
상기의 결론을 바탕으로, 지진재해로부터 서울지역 내 문화재의 효율적인 보전을 위하여 지진재해 예방 및 경보시스템의 방안 마련을 위한 기초분석 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Acknowledgements
This study, which forms a part of the project, has been achieved with the support of national R&D project (NRICH-1207-B06F) hosted by National Research Institute of Cultural Heritage in Cultural Heritage Administration.
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