Seismic Analysis of Ground for Seismic Risk Assessment of Architectural Heritage in Seoul

(1)

건축문화재 지진 위험도 평가를 위한 지반의 내진해석 : 서울지역을 중심으로

Seismic Analysis of Ground for Seismic Risk Assessment of Architectural Heritage in Seoul

한중근

¹

, 전성곤

²

, 홍기권

³

*

Jung-Geun Han

¹

, Seong-Kon Keon

²

, Kikwon Hong

³

*

1

Member, Professor, School of Civil and Environmental Engineering, Urban Design and Study, Chung-Ang Univ., 84, Heukseok-ro, Dongjak-gu, Seoul, 156-756, Republic of Korea

2

Non-Member, Professor, Dept. of Civil Engineering, Yeoju Institute of Technology, 338, Sejong-ro, Yeoju-eup, Yeoju-gun, Gyeonggi-do, 469-705, Republic of Korea

3

Member, Research Professor, School of Civil and Environmental Engineering, Urban Design and Study, Chung-Ang Univ., 84, Heukseok-ro, Dongjak-gu, Seoul, 156-756, Republic of Korea

ABSTRACT

This paper describes the earthquake risk evaluation of 15 sites of architectural heritages, which are considered ground conditions of sites in Seoul. In order to acquire the input data of earthquake response analysis, surface wave exploration was performed at the site. Earthquake response analysis and 3D earthquake safety evaluation were carried out under the base of scenario earthquakes. Ground displacements of areas, which are located on architectural heritages, are showed about 0.5 mm ~ 9.7 mm, and it was analyzed to small affected by earthquakes. In case of Naksungdae three -story stone pagoda, ground displacement is similar to the others. However, displacement of three-story stone pagoda with granite is 30 mm on the top, because the greatest occurrence of that is caused by stress release at seismic wave effect.

요 지

본 연구에서는 시울지역 내 분포하고 있는 15개 지역의 문화재 주변지반에 대하여 표면파탐사를 바탕으로 하는 지반조사결과 를 이용하여 수치해석 기반의 3차원 내진해석을 수행하였으며, 해석결과를 기반으로 지반변위를 분석하였다. 해석결과, 지반 의 변위는 (구)공업전습소 본관이 최대 약 9.7mm로 나타났다. 이와 같이 변위가 작게 나타난 원인은 문화재가 위치한 지역의 토층이 매우 단단하기 때문으로 표면파 탐사를 통해서 분석된 지반가속도를 비교해 보아도 하부에 매우 단단한 암층이 존재하 는 것으로 확인되었다. 그러나 낙성대 삼층석탑에 있어서, 지반 자체의 변위는 다른 지역과 유사하게 나타났으나 화강암으로 구성된 석탑은 상부에서 최대 30mm의 변위를 나타냈다. 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 응력해방에 기인하여 변위가 가장 많이 발생한 것으로 판단된다.

Keywords : Architectural heritage, Seismic risk assessment, Ground movements, Acceleration factor, Earthquake zone

한국토목섬유학회논문집 제12권 4호 2013년 12월 pp. 133 ∼ 141

J. Korean Geosynthetics Society Vol.12 No.4 December. 2013 pp. 133 ~ 141

DOI: http://dx.doi.org/10.12814/jkgss.2013.12.4.133 ISSN: 1975-2423(Print) ISSN: 2287-9528(Online)

Received 21 Nov. 2013, Revised 7 Dec. 2013, Accepted 9 Dec. 2013

*Corresponding author

Tel: +82-2-813-5345; Fax: +82-2-813-5346 E-mail address: [email protected] (K. Hong)

1. 서 론

최근 기상이변으로 인한 풍수해, 지진 등 자연재해가 급

증하고 있으며, 화재 및 산불 등의 인적재해로 인하여 많

은 문화유산이 훼손 및 소실 위험에 노출되어 있다. 특히,

2002 년 강릉 지역에 발생한 집중호우(1일 최대강우량

870mm), 2010 년 아이티와 칠레에서 발생한 강진, 2008년

2 월의 숭례문에서 발생한 방화사건 등 자연재해 및 인적

재해에 대한 문화재 재해예방이 국가적인 현안과제로 부

(2)

상하고 있다. 즉, 다양한 건축문화재를 자연적 또는 인위 적 재해로부터 보호하기 위해서는 보다 체계적이고 종합 적인 접근이 필요하며, 이에 대한 중장기적 연구를 통하여 재해 및 재난으로부터 보다 안전하게 문화재를 보존/보호 하기 위한 기반을 확립하여야 한다.

수많은 재해 및 재난의 원인 중, 최근 들어 지진의 영향 으로 인한 크고 작은 피해가 속출하면서 지진 위험도에 대 한 관심이 증대되었다. 특히, 시간이 경과할수록 지진 발 생량과 진도가 점점 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 국내･외 지진 위험도 평가를 위한 연구가 지속적으로 수 행되고 있으며, 특히 역사적으로 가치가 높은 문화재를 보 전하기 위한 연구가 증대되고 있다. 세계문화유산기구인 UNESCO 는 2008년에 문화재 관리자들이 이상기후로 인 한 자연재해로부터 문화재 보호 및 관리를 위한 매뉴얼 제 시하였으며, 일본의 경우 리츠메이칸 대학에서 “문화유산 방재학”을 새로운 연구 분야 선정하여 건축·토목·지리·역 사·정책 등 분야별 전문가집단을 구성하였다. 또한 지진재 해정보시스템은 현재 일본, 미국 등 지진관련 선진국에서 개발 운영되고 있다. 특히, 일본은 지진에 대한 피해를 최 소화하고자 진도분포, 건물피해, 인명피해 등 지진피해조 기평가시스템 구성하였으며, 미국은 지진으로 인한 재해 손실을 추정하는 기능을 가진 HAZUS 시스템 가동하고 있다. 따라서 본 연구에서는 역사도시 서울지역의 문화재 에 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 고 찰하였다.

2. 서울지역 역사 지진 기록 및 지진 위험도 평가 사례

2.1 서울지역 역사 지진 및 계기 지진기록

지진활동에 대한 기록은 지진계가 발명되기 이전인 19 세기까지의 문헌에 기록되어 있는 역사학적 지진자료와 19 세기 이후 아날로그 및 디지털 지진계에 기록된 계기지 진자료로 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

1977 년 기상청에서 서울과 광주에 이동식 지진계를 설치 한 이후이다(Kim et al., 1997). 역사학적 지진자료는 문헌 에 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 중 후반부터 1700년대 중반까지 진도 5.0 이상을 기록한 지 진은 약 70여 차례인 것으로 나타났다. 또한 계기 지진기 록을 확인한 결과, 1917년부터 최근까지 진도 3.0~5.0을 갖는 20여 차례의 지진이 발생한 것으로 확인되었다. 이와 같이, 다양한 문화재가 집중되어 있는 서울지역에서 발생 한 과거의 지진기록은 적지 않은 빈도를 갖는 것으로 판단 된다.

2.2 국내･외 지진 위험도 평가 사례

미국 및 일본과 같은 지진연구와 관련된 선진국의 경우, 지진발생으로 일어나는 구조물과 자연재해적인 피해에 관 한 연구 뿐만 아니라 지진으로 일어날 수 있는 추가적인 피해상황까지도 연구의 대상으로 보고 있는 것이 특징이 다. 일본의 경우 1923년 관동 대지진과 1995년 고베지진 이후 지진 발생으로 일어날 수 있는 부가적인 피해상황 연 구를 통해 문화재건조물 등의 지진시 일어날 수 있는 안정 성 확보에 관한 지침과 중요 문화재 건조물 내진진단지침 이 정해져 지진 발생 시 우기관리 및 내진 진단, 보강시 유의사항 등에 활용하고 있다. 미국의 경우도 일본과 유사 한 지진으로 인한 재해손실을 추정하는 기능을 가진 HAZUS(Hazard U.S.) 시스템을 가동하고 있다. HAZUS 는 대상지역의 건물군, 지형도, 지진의 위치 및 규모, 경제 관련 데이터 등 재해피해 규모를 추정하는 시스템으로 미 국 재난관리청(FEMA)에서 개발된 것으로 재해피해 규모 를 신속히 파악함으로서 재해대책본부의 긴급한 재해대처 능력을 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 관점에

서의 진원 연구 분야 및 이러한 지진 피해와 직･간접적으

로 연결되어 있는 방재연구 분야로 볼 수 있다. 국내의 경

우, 1978년 홍성지진을 계기로 본격적으로 연구가 시행되

었으며(Seo, 1979), 지진으로 인한 큰 피해를 입은 경우가

(3)

(a) Sungjeongjeon (b) Heunghwamun (c) The past rusia legation (d) Gigigukbeonsachang

(e) Yangcheonhyanggyo (f) The past industry educational

institution main building (g) The past seoul national

university main building (h) Donggwanwangmyo

(i) Samgun buchongmudang (j) Naksungdae three-story

stone pagoda (k) Hwanghakjeong (l) Hongjimun and Thangchundaeseong

(m) Jongmyo yeongnyeongjeon (n) Sajikdan front gate (o) Daehanuiwon Fig. 1. Surveyed heritages for 3D seismic analysis

드물고 그 유형과 발생빈도가 많지 않기 때문에, 일본의 사례를 중심으로 지진의 발생 원인과 피해유형을 간접적 으로 연구하는 경우가 많았다(Kyung, 1995). 지반공학적 관점에서의 지진연구의 경우, 지반특성을 통한 지진민감 도 조사를 위해 과거 지진 발생기록이 빈번하고 양산 단층 영향권 내에 있어 지진 발생 가능성이 높은 경주 지역을 대상으로 지진 시 지반과의 상호영향을 평가하기 위해 다 수의 시추 조사와 현장 탄성파 기법이 수행된 바 있다. 또 한 지반 진동에 의해 수반되는 지반변형 중 하나인 산사태 에 관해서는 이미 많은 연구가 진전되어 GIS를 이용한 분 석기법이 활용되고 있으며, 지진재해 위험도 평가에 있어 서도 GIS를 이용하여 지질의 특성을 규명함으로서 액상 화와 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 문화 재 중 Fig. 1에 나타낸 대표적인 15개소 문화재의 주변지 반에 대한 3차원 내진해석을 수행하였다. 적용된 문화재 중, 낙성대 삼층석탑의 경우에는 주변지반 및 석탑구조물 에 대하여 각각 해석하였으며, 석탑구조물은 축조 방법에 따른 해석을 위하여, 강체거동 해석과 조인트 요소를 고려 한 해석으로 구분하여 수행하였다.

3.1 지반조사 및 지반정수

연구대상 문화재가 위치한 지역의 지반조사는 시추에

의한 시료 채취가 불가능한 점을 고려하여 다중채널분석

(4)

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

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

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

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

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

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

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

soft 14.58 21.00 3938140 0.325

Samgun buchongmudang

Soil sediments 1.75

SB

19.00 455630 0.380

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

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

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

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

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

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

soft 12.84 21.00 5792760 0.325

soft 6.25 24.00 150103520 0.250

(5)

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

() Sungjeongj

eon

Soil sediments 20 569.87 33.66 The past industry educational

institution main building

Soil landfill 32 90651.31 37.78

Hwanghakj eong

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 bed soft 50 141642.67 43.10

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

Heunghwa mun

Soil sediments 50 141642.67 43.10 The past seoul national university main building

Soil landfill 32 90651.31 37.78 Hongjimun Thangchu and ndaeseong

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

Donggwan wangmyo

Soil landfill 8 22662.83 28.46

Jongmyo yeongnyeo ngjeon

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 Gigigukbeo

nsachang

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

buchongmu dang

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

Yangcheon hyanggyo

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

Daehanuiw on

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 rocks bed

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

(a) Gyunghuigung Sungjeongjeon (b) Naksungdae three-story stone pagoda (c) stone pagoda Fig. 2. Modelling example

기법에 의한 표면파탐사(Multi Channel Analysis of Surface Waves, MASW) 로 실시하였으며, 결과는 Table 1에서 보 는 바와 같다. 동적 지반정수는 전단파속도( 

_

) 의 분포를 측정하여 산정하였으며, 이를 바탕으로 내진해석에 필요 한 기초자료로 활용하였다.

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 대 상지역 주변지반의 시추결과를 활용하였다. 이를 바탕으 로 산정된 지반정수를 Table 2에 나타내었다.

3.2 해석방법

내진설계는 지진이 발생하는 경우 예상되는 여러 가지

현상을 미리 예측하고 이에 대한 설계를 수행함으로tj 지진

피해를 최소화하는 것을 의미한다. 국내에서 1988년에 만

들어진 초기의 내진설계 기준안에서는 6층 이상의 일반건

물과 연건평 300평 이상의 건물에 내진설계를 적용하도록

규정하였다. 이후, Korean geotechnical society(1997)는 내

진설계의 기준이 되는 지역진도 값을 수정하였으며, 중요도

가 높은 구조물에는 동적인 내진설계를 적용하도록 추천하

였다. 한편 인공 구조물에 대해서는 내진설계의 적용시기가

각각 다르나, 원자력발전소의 경우는 건설 초기부터 비교적

(6)

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

(a) X axis - total section (b) X axis – half section

(c) Y axis - total section (d) Y axis – half section

Fig. 3. Analysis results of Sungjeongjeon – Design criteria for railroad 엄격한 동적인 내진설계가 적용되었다. 따라서 본 연구에서

는 지진구역에서의 평균재현주기를 각각 1000년 및 2400년 으로 적용하는 Design criteria for railroad (bridges, 2004)와 Korean building code-structural(2005) 에 명시되어 있는 내 진설계기준을 참고하였으며, 이를 바탕으로 내진해석을 실 시하였다. 즉, 본 연구대상 문화재 15개소의 주변지반에 대 한 3차원 동적 수치해석을 실시하였으며, 동적해석에 적용 된 해석법은 응답스펙트럼해석법으로 각각의 설계기준에 부합하는 스펙트럼 설계를 실시하였다.

지반 모델링은 문화재가 위치한 지역을 중심으로 100

× 100m 의 면적으로 선정하였으며, Fig. 2에서 보는 바와 같다. 경계조건의 경우, 하부지반은 완전구속으로 하였으

며, 좌우지반에 대해서는 지반반력에 대한 해석을 위하여 면스프링으로 적용하였다. 스펙트럼 데이터는 Table 3에 나타낸 바와 같이, 앞서 언급한 각 설계기준에 따라 적용 하였으며, 이를 통해 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 이 때, 동일한 지반조건에서 지진발생 축방향이 미치는 영향 을 파악하기 위하여, 각 지반의 지진 발생 방향을 X축 및 Y 축으로 하였다.

4. 해석결과

설계기준에 따른 각 지반의 해석결과는 앞서 나타낸 모 델링과 같이 대표적인 지반 및 구조물에 대해서만 Fig. 3

~ Fig. 6 에 나타내었으며, 이를 바탕으로 확인된 지반 및

(7)

(a) X axis - total section (b) X axis – half section

(c) Y axis - total section (d) Y axis – half section

Fig. 4. Analysis results of Sungjeongjeon – Korean building code-structural

(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

(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

구조물의 변위결과를 Table 4와 같이 정리하였다.

먼저, 철도설계기준을 적용한 경우의 지반변위를 분석 한 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 것으

로 판단되었다. 건축구조 설계기준의 경우에도 (구)공업전

습소 본관이 9.7mm로 최대변위를 나타내었으며, 축방향

에 따른 결과는 철도설계기준의 경우와 동일한 것으로 확

인되었다. 이와 같이, 지반변위가 작게 해석된 원인은 문

화재가 위치한 지역의 토층이 매우 단단하기 때문이며, 이

는 표면파 탐사를 통해서 분석된 지반가속도를 비교해 보

(8)

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

아도 하부에 매우 단단한 암층이 존재하는 것으로 확인할 수 있었다. 그러나 낙성대 삼층석탑의 경우, 지반 자체의 변위는 다른 지역과 유사하게 나타났으나 화강암으로 구 성된 석탑은 강체거동 해석의 경우, 건축구조 설계기준이 적용되었을 때, 상부에서 최대 30mm의 변위를 나타내었 다. 이는 낙성대 삼층석탑을 지지지하는 지반의 경우 지진 파에 대한 상호 보완을 할 수 있는 구조, 즉 지반반력으로 인한 감쇠효과가 나타나기 때문에 지반의 변위 자체는 작 게 해석되었으나, 상부 구조물의 경우에는 지진파가 작용 하였을 때 응력해방이 발생되는 부분이기 때문에 지진파 가 도달하는 최상단 부분에서 변위가 가장 많이 발생한 것 으로 판단되었다. 또한 조인트요소를 고려한 해석결과의 경우에는 적용된 기준에 따라 강체거동 해석에 비하여 약 4mm 정도의 차이를 나타내었다.

5. 결 론

본 연구에서는 서울지역 내에 위치하고 있는 대표적인 15 개소 문화재에 대한 지진재해 위험도를 평가하기 위하 여 각 문화재가 위치하고 있는 주변지반의 3차원 내진해 석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻

을 수 있었다.

(1) 철도설계기준 및 건축구조 설계기준을 적용한 경우의 지반변위를 분석한 결과, (구)공업전습소 본관이 각각 약 5.7mm와 9.7mm로 최대변위가 나타났으며, 축방향 에 따른 영향은 큰 차이가 없는 것으로 평가되었다.

(2) 지반변위가 작게 해석된 원인은 문화재가 위치한 지역 의 토층이 매우 단단하기 때문이며, 이는 표면파 탐사 를 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 30mm 의 변위가 나타났으며, 조인트요소를 고려한 해 석결과의 경우에는 적용된 기준에 따라 강체거동 해석 에 비하여 약 4mm 정도의 차이를 보였다.

상기의 결론을 바탕으로, 지진재해로부터 서울지역 내

문화재의 효율적인 보전을 위하여 지진재해 예방 및 경보

시스템의 방안 마련을 위한 기초분석 자료로 활용될 수 있

을 것으로 판단된다.

(9)

Acknowledgement

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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