1.3.1 노비 지진과 지진재해예방조사회
에도시대까지는 거슬러 올라가지 않기로 하고 일본이 쇄국에서 개국해 서양문명이 일본에 유입될 무렵, 즉 메이지 유신(1868) 이후의 지진재해와 내진 연구와 법령 정비에 대해 설명하겠다.
이학의 한 분야로서의 지진학 연구는 메이지 초부터 시작되었지만 건물을 지진재해로부터 보호하기 위한 연구, 즉 내진 연구가 시작된 것은 1891년의 노비 지진이 계기가 되었다.
이 노비지진은 일본 중부지방 내륙지진으로 지진규모 약 8로 추정되는 거대지진이었다. 물론 이 지진으로 인한 피해는 심각했고, 이듬해인 1892년에는 지진예방조사회라는 조직(현재 도쿄대학 지진연구소의 전신)이 설치되어 내진공학 연구가 시작되었다.
1.3.2 관동 지진과 도시건축물법의 내진 기준
1923년에 일어난 관동 지진은 도쿄 등 수도권을 포함한 넓은 범위에 큰 피해를 입혔는데, 특히 그 지진 직후에 발생한 지진 화재로 인적과 물적 피해가 매우 커지면서 관동 대지진으로 명명되는 대재해가 되었다.
이 관동 지진의 교훈에 따라 이듬해인 1924년 이미 제정된 도시건축물법에 내진규정이 포함됐다. 이것이 일본 내진기준의 최초이다. 그 내용은 이른바 빌딩에 대해서는 설계진도를 0.1로 하여 허용응력도 계산을 할 것, 목조건축물(도시지역에 세워진 규모가 큰 것)은 적당히 지주를 넣을 것 등이었다.
1.3.3 후쿠이 지진과 건축기준법의 내진기준
1948년 후쿠이 지진은 지방 도시 바로 밑에서 일어난 지진으로 범위는 넓지 않지만 매우 강한 흔들림으로 많은 목조건축물이 파괴되었다.
이 후쿠이 지진 2년 후인 1950년에 도시건축물법이 개정되어 건축기준법이 되었을 때, 내진기준도 재검토 되었다. 빌딩의 설계진도는 지금까지의 허용응력도를 장기허용응력도로 하고, 그 2배(콘크리트, 목재) 또는 1.5배(철강)를 단기허용응력도로 한다는 장단기의 2단계가 된 것에 따라 0.2로 상향되었다(따라서 내진성의 요구수준은 거의 변하지 않았다).
목조건축물 중에서도 대다수를 차지하는 단독주택 규모에 대해서는 내진설계의 편의적인 방법으로 ‘벽량계산’이 채택되었다. 이것은 바닥면적(지진력에 대응)에 따라 내력벽(지주가 들어간 벽 등 저항력에 대응, 벽배율로 평가한다)의 길이(필요벽량, 몇층건물의 몇층이냐 및 지붕재에 따라 다르다)를 규정하는 것이다.
그 배경에는 후쿠이 지진 피해 조사 결과로부터 목조주택에는 벽이 많을수록 피해가 적었다는 사실과 이때까지 진행되어 온 내력벽 실험 결과가 있었다.
이 「벽량 계산」에 의한 설계법은, 그 후 1971년에 내풍설계법으로서도 채택되었다. 내진계산용의 필요벽량과 내풍설계용의 필요벽량은 수치는 개정되었지만 방법으로는 현재도 사용되고 있다.
1.3.4 도카치오키 지진과 신내진기준
1968년에 일어난 도카치오키 지진은 동북지방에서 홋카이도에 걸쳐 강한 진동을 일으켰는데 피해 양상은 매우 충격적이었다. 4년 전 니가타 지진 당시 지반 액상화로 철근콘크리트 연립주택이 넘어지는 피해 등이 있었지만 주요 구조에서 큰 피해를 본 것은 적어 철근콘크리트구조는 내진적이라는 점이 확인된 것으로 보였다.
그러던 것이 이 도카치오키 지진에서는 짧은 기둥의 전단 파괴에 의해 철근 콘크리트구조의 많은 학교와 청사 등이 붕괴되었다. 이것은 지금까지의 설계진도를 0.2로 하여 허용응력도 설계만 하는 것은 강한 지진동에 대해서는 붕괴하는 것이 있음을 의미하고 있었다. 이러한 인식 하에 새로운 내진설계법을 만들기 위한 범국가적인 연구가 시작되었다. 「신 내진설계법의 개발」이라는 종합 기술개발 프로젝트다.
이 프로젝트 결과에 따라 건축기준법의 내진규정이 대폭 개정되어 1981년에 시행되었는데 그 내용이 「신내진기준」으로 불리고 있다.
이 신내진기준에서는 어느 규모를 넘는 빌딩 등에서는 지금까지의 설계진도 0.2에 대한 허용응력도 계산에 의해 드문 지진동(중지진동)에 대해서는 손상되지 않는 것을 확인함과 동시에 극히 드문 지진동(대지진동)에 대해서도 붕괴만은 하지 않는 것을 확인하기 위해 보유수평내력계산이 요구되게 되었다. 이 보유수평내력계산은 설계진도(정확히는 기준층 전단력계수) 1.0에 대하여 소성화해도 좋지만 붕괴되지 않을 정도의 내진성이 있는지를 확인하는 방법이다.
이 신내진기준은 그 후의 수정(추가)이 있기는 하지만 기본적으로는 현행 내진기준이다.
1.3.5 신내진기준을 적용한 목조건축물의 내진설계
신내진기준은 철근콘크리트구조 등 규모가 큰 건축물에 주안점을 둔 것이라 할 수 있지만, 목조건축물에 대해서도 개정이 이뤄졌다.
목조와 관련하여 큰 개정은 벽량계산의 재검토로 필요벽량이 대폭 증가하고, 아울러 벽배율도 재검토되었다. 이들 수치는 허용응력도 계산의 결과와 거의 동등하게 되도록 정해져 있다. 필요벽량은 중진동에 대한 지진력(기준층 전단력 계수 0.2)을 바탕으로 결정되었다. 또한 벽배율도 지금까지의 많은 실험결과를 토대로 대체로 탄성한계 또는 손상한계를 허용내력으로 간주하여 다시 평가하였다. (극히 일반적인 목조주택인 경우에는 허용응력도가 계산된 것은 극히 드문 지진동(대지진동)에 대해서 간신히 붕괴하지는 않을 것으로 추측되고 있다.)
1.3.6 한신·아와지 대지진과 기준의 명확화
1995년에 효고현 남부 지진이 일어나 한신·아와지 대지진으로 이름 붙여진 대재앙이 일어났다. 이 지진은 고베라는 대도시 바로 아래 단층이 움직인 것으로 고베 중심부 등에서 진도 7(기상청 진도층에서 가장 강한 흔들림)의 진동이 발생해 많은 빌딩과 목조주택이 붕괴되었다. 단, 신내진기준이 시행된 1981년 이후의 것에는 비교적 피해가 적어 신내진기준이 유효했던 것으로 평가되었다.
목조주택 피해 조사가 활발하게 이루어졌으며 그 결과 무너지거나 큰 피해를 입은 목조주택은 내력벽 배치가 편중되어 있거나 기둥과 횡가재(토대 등)의 접합부가 허술한 것으로 나타났다.
내진기준으로는 1950년 건축기준법 제정 당시부터 내력벽은 균형 있게 배치해야 한다는 것과 기둥 접합부는 긴결(binding)해야 한다는 것이 규정되어 있었지만 그것이 이른바 정신 규정적이어서 실무상 구체적으로 어떻게 하면 어떻다는 것인지 명확하지 않았다. 그러한 점이 위와 같은 미비를 초래했다는 반성이 있었다.
이런 반성을 교훈 삼아 신내진기준의 목조 관계 규정을 명확히 한 고시가 새롭게 나와 2000년에 시행됐다. 이것을 (내진) 기준의 명확화라고 부르고 있다.
내력벽의 균형이 잘 맞는 배치에 대해서는 4분할법이 제시되었으며, 접합부에 대해서는 철물에 의한 구체적인 접합방법이 제시되었다.
1.3.7 현행 내진기준과 구마모토 지진
2016년 규슈에서 구마모토 지진이 일어났다. 마시키 마을이라고 하는 쿠마모토시의 옆 마을에서, 진도 7이 2회 관측되고 신축주택을 포함해 많은 목조주택이 붕괴되었다. 그 중에는 2000년 기준이 명확화된 후에 지어진 목조주택도 붕괴된 것이 있었다. 그러나 2000년 이후의 목조주택 전체 중 무너진 것은 매우 적었으며, 또한 목조 이외에도 신내진기준 이후의 건축물 피해가 적었다는 점에서 신내진기준(기준 명확화 포함)을 개정하려는 움직임은 아직 보이지 않고 있다.
따라서 목조건축물의 내진기준은 당분간 신내진기준(기준의 명확화 포함)이 유지 될 것으로 생각된다.
제２장 재료
본장에서는 중목구조에 사용하는 재료에 대하여 한국의 구조용 제재, 구조용 집성재, 구조용 합판의 규격과 강도를 정리한다. 다음으로 한국의 목구조에 대응 가능한 일본의 구조용 제재, 구조용 집성재, 구조용 합판의 규격과 강도에 대한 대응관계를 나타낸다.
2.1 한국 및 일본의 목구조 재료 개요
목구조공법의 구조 골조에는 제재, 집성재, 단판적층재(LVL)의 구조용 구조재료 및 합판, OSB 등의 구조용 면재료를 사용할 수 있다. 또한, 한국의 목구조공법에 관한 기준에는 목구조（KDS 41 33 01：2016）（이하, KDS 41 33 01）, 소규모건축구조기준（KDS 41 90 33：2018）（이하, KDS 41 90 33）, 목구조 주요 구조재간의 접합부에 철물을 사용하지 않고 전통공법에 따라 목재끼리 맞추는 것으로 접속하는 전통목구조（KDS 41 33 06：2016）（이하, KDS 41 33 06）등이 있다. 모두 일본의 목구조공법으로 사용하는 재료를 사용할 수 있다고 생각되지만, KDS 413301에서는 공칭치수 125×125㎜(실치수 114×114㎜)이상의 부재, KDS 419033에서는 한 조각이 117㎜ 이상의 부재, KDS 413306에서는 주요 구조부가 공칭치수 125×125㎜)이상의 부재, KDS 413306에서는 주요 구조부가 공칭치수 125×125㎜)로 정해져 있다. 또한 한국의 목재제품의 품질기준을 정한 규격에는 침엽수 구조용재(KSF3020:2018), 구조용합판(KSF3113:2016), 국립산림과학원 고시 제2019-10호(이하 고시)가 있으나 2020년 12월 현 시점에서는 고시가 최신이기 때문에 목재제품의 품질기준에 대해서는 고시한 내용을 설명하기로 한다. 또한 고시에서는 제재, 집성재, 합판의 품질기준을 부속서로 정하고 있다.
한편 일본의 목구조공법에서는 기둥이나 대들보 등의 구조부재로 비교적 소규모 주택에는 재폭이 105㎜ 또는 120㎜인 재료를 사용하고, 중대규모 건축물에는 재폭이 150㎜인 재료를 사용하는 경우가 많다. 그렇게 때문에 각각의 재료에 대하여 설정하고 있는 강도의 대응 관계 등을 파악할 필요가 있다. /나무신문
이 연재는 일본목재수출진흥협회가 최근 한국어로 발행한 <한국의 목구조 설계·시공자 대상, 중목구조 : 설계와 시공 안내자료>를 순서에 따라 게재합니다. 나무신문 인터넷 ‘홈페이지 → 여론광장 → 자료실’에서 전문을 PDF 상태로 내려받을 수 있습니다. <편집자 주>
