하중

면진과 제진 — 버티는 대신 피하고 흡수하는 내진

2026년 9월 5일

지진하중에서 지진력은 관성력이고, 내진상세에서 그 힘을 연성으로 버티는 법을 다뤘습니다. 버티는 것 — 그것이 내진(耐震)입니다.

그런데 다른 길이 둘 더 있습니다. 힘이 덜 들어오게 피하거나(면진), 들어온 에너지를 대신 먹어주거나(제진). 세 전략의 갈림길은 그림 하나로 설명됩니다.

응답스펙트럼 — 세 전략이 한 그림에 있습니다

응답스펙트럼은 “고유주기 T인 구조물이 이 지진에 얼마나 흔들리는가”를 주기별로 그린 곡선입니다.

 응답가속도
   │      ┌────┐ ← 단주기 영역(대략 0.1~0.5s): 증폭 최대
   │     ╱      ╲            보통 중저층 건물이 여기 있다
   │    ╱        ╲
   │   ╱          ╲___
   │  ╱               ╲──── ← 장주기로 갈수록 급감
   │ ╱                     ╲────
   └─┴────┴────┴────┴────┴────→ 주기 T
    0   0.5   1.0   2.0   3.0 (s)

  전략 ①  내진: 제자리에서 버틴다 (강도 + 연성 = R로 나눔)
  전략 ②  면진: 곡선의 오른쪽으로 도망간다 (주기 이동)
  전략 ③  제진: 곡선 자체를 아래로 누른다 (감쇠 증가)

면진의 산수

건물과 지반 사이에 유연한 층(면진층)을 끼우면 고유주기가 늘어납니다.

T = 2π√(m/k)  —  면진층의 낮은 강성 k가 주기를 지배

일반 중층 건물   T ≈ 0.5 s  →  스펙트럼의 봉우리 근처
면진 후          T ≈ 2.5~3 s →  곡선의 꼬리

응답가속도: 대략 1/3 ~ 1/5 수준으로 감소
+ 면진층 감쇠(납 코어 등)가 추가로 깎음

지진력을 몇 분의 일로 만드는 것 — 상부 구조는 거의 탄성 범위에 머물고, 내진상세가 전제하던 소성 손상 자체가 크게 줄어듭니다. R로 나누고 연성으로 갚는 대신, 애초에 빚을 안 지는 전략입니다.

공짜가 아닙니다 — 변위로 지불합니다

스펙트럼에서 가속도가 줄어드는 장주기 영역은 변위가 커지는 영역이기도 합니다.

면진층 설계 변위: 수백 mm 단위 (±300~500mm급도 흔함)

지불 목록
  · 면진층 주위로 그 변위를 허용하는 틈(해자, moat) 확보
  · 건물로 들어오는 모든 것 — 배관·전기·계단·EV — 가
    그 변위를 수용하는 상세 (플렉시블 조인트)
  · 대변위를 견디는 면진장치 자체의 비용·교체 계획

교량받침에서 “움직임을 막지 않고 관리한다”고 했던 그 문법입니다 — 면진은 건물 전체를 가동받침 위에 올리는 일이고, 신축이음의 고민이 건물 스케일로 커집니다. LRB(납면진받침)가 교량받침 표에 이미 등장했던 것이 우연이 아닙니다.

면진이 안 통하는 곳

· 연약지반: 지반 자체가 장주기 성분을 증폭 → 주기 이동이
  오히려 공진 쪽으로 이동할 수 있음. 지반 조건 확인이 선결
· 초고층: 원래 장주기(T가 이미 큼) → 이동해봤자 이득이 작음
· 경량 건물: 풍하중 대비 지진이 작으면 투자 효율이 낮음

면진의 최적 고객은 “단주기 + 견고한 지반 + 멈추면 안 되는 기능” — 병원, 데이터센터, 방재거점, 주요 문화재가 목록의 상단에 있는 이유입니다. 지진 후에도 “서 있는 것”이 아니라 “작동하는 것”이 목표일 때 면진의 값이 나옵니다.

제진 — 에너지를 대신 먹는 장치

제진은 구조물 안에 에너지 소산 장치(댐퍼) 를 심는 전략입니다.

지진 에너지 입력 = 구조가 어떻게든 소화해야 할 총량

내진: 부재의 소성힌지가 소화 (= 구조 손상으로 지불)
제진: 댐퍼가 우선 소화 (= 교체 가능한 부품으로 지불)

“손상을 부재에서 부품으로 옮긴다” — 이것이 제진의 본질입니다. 소성힌지가 에너지를 먹으면 보를 수리해야 하지만, 댐퍼가 먹으면 댐퍼를 갈면 됩니다.

[이력형]   강재의 소성변형으로 소산 (좌굴방지가새 BRB 등)
           — 싸고 튼튼. 큰 지진에서 본격 작동
[점성형]   유체의 저항으로 소산 (오일댐퍼)
           — 속도 비례라 작은 진동부터 일하고, 변형과 위상이
             달라 부재력 증가 부담이 적음
[동조형]   TMD(동조질량댐퍼) — 꼭대기의 질량이 반대로 흔들리며
           흡수. 바람 거동 제어 목적의 초고층에서 주로

BRB(좌굴방지가새)가 실무의 주력입니다. 일반 가새는 압축에서 좌굴해 버려 인장에서만 일하지만, BRB는 심재를 강관+모르타르로 감싸 좌굴을 막아 압축에서도 항복 소산합니다. 가새이면서 댐퍼인 부재 — 신축과 내진보강 양쪽에서 널리 쓰입니다.

세 전략 비교 — 선택의 지도

	내진	제진	면진
원리	강도+연성으로 버팀	댐퍼가 에너지 흡수	주기 이동으로 회피
지진 후 손상	부재 소성힌지 (수리 큼)	주로 댐퍼 (교체)	최소 (기능 유지)
비용	기본	+α	+α~++
대변위 처리	—	—	필수 (수백 mm)
약점	손상 전제	층간변형 있어야 작동	연약지반·초고층
대표 적용	일반 건물 전부	중고층, 내진보강	병원·전산센터·문화재

셋은 배타적이지 않습니다 — 면진 + 면진층 댐퍼, 내진골조 + BRB처럼 조합이 오히려 표준입니다. 그리고 어떤 전략이든 기본 내진 성능 위에 얹는 것이지 대체가 아닙니다.

실무에서 자주 틀리는 지점

면진층 변위 처리를 건축·설비와 공유하지 않는 경우

구조가 500mm 변위를 설계해도 배관이 강접이면 지진 때 배관이 끊어집니다. 면진은 구조 단독 결정이 아니라 전 공종의 설계 조건입니다. 해자 틈을 후속 공사가 막아버리는 사고(화단·경사로 증설)도 유지관리 단계의 고전적 실패입니다.

연약지반에서 주기 이동만 믿는 경우

지반 응답 스펙트럼이 장주기에서 봉우리를 가지면 면진이 공진 쪽으로 걸어 들어가는 꼴이 됩니다. 부지 응답 해석이 면진 타당성의 전제입니다.

제진 댐퍼를 “많을수록 좋다”로 배치하는 경우

이력형 댐퍼는 강성도 추가하므로, 배치가 편심되면 전단벽 배치와 같은 비틀림 문제를 만듭니다. 댐퍼도 강성·질량 중심의 균형 위에서 배치합니다.

점검·교체 계획 없이 장치를 넣는 경우

면진받침도 댐퍼도 소모·점검 대상입니다. 교량받침의 잭업 포인트와 같은 논리 — 교체 가능하게 설계되지 않은 장치는 수십 년 뒤 대공사가 됩니다. 지진 후 점검(이력형 댐퍼의 소성 여부, 받침 잔류변위)도 운영 계획에 들어가야 합니다.

층간변형이 작은 건물에 변형 의존형 댐퍼를 거는 경우

이력형·마찰형은 층간변형이 있어야 일합니다. 강성이 큰 벽식 건물에서는 댐퍼가 변형을 못 받아 놀게 됩니다 — 건물의 변형 모드와 장치의 작동 원리가 맞아야 합니다.

자주 묻는 질문

면진 건물은 큰 지진에서 절대 안전한가요?

설계 변위 안에서는 탁월하지만, 설계를 넘는 변위가 오면 해자 벽과 충돌하는 별도의 위험이 생깁니다. 그래서 설계 변위 산정(장주기 성분·인접 단층)과 여유, 그리고 스토퍼 계획이 면진 설계의 핵심 논점입니다. “절대”가 아니라 “설계 범위 안에서 매우 우수”가 정확합니다.

기존 건물에도 면진을 넣을 수 있나요?

기둥을 임시 지지하고 잘라 면진장치를 삽입하는 면진 레트로핏이 있습니다. 문화재·청사급에서 실적이 있지만 비용이 커서, 일반 내진보강에서는 BRB·댐퍼·전단벽 증설이 먼저 검토됩니다.

TMD는 지진용인가요, 바람용인가요?

주로 바람에 의한 사용성(거주자 멀미) 제어용입니다. 특정 주기에 동조하는 장치라, 광대역·비정상인 지진 입력에는 효과가 제한적입니다. 지진 에너지 소산은 이력형·점성형의 영역입니다.

면진층은 어디에 두나요?

기초 위(기초면진)가 기본이고, 중간층에 두는 중간층 면진도 있습니다. 중간층 면진은 하부는 내진·상부는 면진으로 나뉘는 셈이라 면진층 아래위의 설계 조건이 완전히 달라지고, 면진층 화재·방재 구획 등 별도 논점이 붙습니다.

반응수정계수 R과는 어떻게 정리되나요?

내진은 R로 나눈 힘으로 설계하고 연성으로 갚는 체계입니다. 면진은 입력 자체를 줄이므로 상부 구조를 낮은 R(탄성에 가깝게)로 설계하는 것이 사상에 맞습니다 — 힘도 줄었는데 R까지 크게 쓰면 이중 할인이 됩니다. 제진은 감쇠 증가를 응답 감소로 반영하는 별도의 절차를 따릅니다.

정리

세 전략은 응답스펙트럼 한 장입니다 — 내진은 버티고, 면진은 곡선 오른쪽으로 도망가고, 제진은 곡선을 누릅니다.
면진의 산수: 주기 0.5→2.5s 이동으로 응답가속도 1/3~1/5. 대가는 수백 mm의 변위와 그것을 수용하는 전 공종의 상세입니다.
면진의 최적 고객은 “단주기 + 견고한 지반 + 지진 후에도 작동해야 하는 건물“입니다. 연약지반·초고층에서는 이득이 사라집니다.
제진의 본질은 손상을 부재에서 교체 가능한 부품으로 옮기는 것. BRB는 좌굴을 봉인해 압축에서도 소산하는 주력 장치입니다.
셋은 조합이 표준이고, 어느 것도 기본 내진의 대체가 아닙니다.
장치를 넣는 순간 점검·교체 계획이 설계의 일부가 됩니다.

지진력의 산정은 지진하중과 내진설계 개요, 버티는 쪽의 상세는 내진상세와 강기둥 약보, LRB와 받침의 세계는 교량받침과 신축이음, 가새 좌굴은 세장비와 좌굴에 정리해 두었습니다.