2. 연구 수행 내용

상시진동이 석조 조적식 문화재에 미치는 영향과 피해를 막는 방 법에 대한 연구 – 진주성과 첨성대를 중심으로

1. 개요

□ 연구 동기 및 목적

○ 연구동기

인간은 언제, 어디서 일어날지 모르는 지진이라는 자연재해에 언제나 노출되어있다. 우리는 그 거대하고 무자비한 재해를 완전히 막을 수는 없지만 그로 인한 피해를 최소화하기 위해 끊 임없이 노력해왔다. 내진설계를 그 예로 들 수 있는데, 이는 건축물을 짓는 것에 있어서 없어 서는 안 될 중요한 과정 중 하나이다.

하지만 이와 같은 지진은 과거부터 계속 지속되었고 현재처럼 과학과 기술이 발달하지 않았 던 과거에는 지진에 어떻게 대처하였는지 의문이 생긴다. 과연 선조들은 어떤 방법으로 지진의 피해를 최소화 했을지, 현재에 존재하는 내진 설계와 비슷한 원리가 사용되었을까?

이런 점에서 우리는 첨성대에 자체적으로 내진설계가 되어있지 않을까하고 궁금증을 가지게 되었고 첨성대 속의 비녀석, 정자석 등과 같이 내부 구조에 따른 여러 가지 변인을 설정하여 첨성대의 내진효과의 비밀을 밝혀보고자 본 연구를 시작하게 되었다.

그리고 교통이 발달하여 의도치 않게 문화재 근처에 도로가 생성되고 그 위를 많은 양의 자 동차가 지나다님으로 인해 발생되는 상시진동의 영향을 받는 문화재들이 있다. 그 중 도로와의 거리가 불과 25m 가량 떨어진 진주성은 상시진동에 영향을 받을 것이라 예측된다. 실제 진주 성 앞 도로는 교통량이 매우 많으며 대형화물차들도 지나다님을 많이 목격 할 수 있었다. 상시 진동이 진주성에 어떤 영향을 주는지도 밝혀보고 더 나아가 첨성대의 구조에 숨겨진 내진구조, 진주성의 상시진동에 따른 영향을 현대 건축물에 적용시키기 위해 첨성대와 진주성의 내진구 조와 현대 내진기술 간의 상관관계를 연구해보고 그로써 첨성대와 진주성의 축조원리를 적용 한 현대건축물의 내진설계 활용방안에 대해 탐구해 보았다.

○ 연구목적

첨성대와 진주성의 내진설계 구조를 밝히고 전통내진기술을 찾아 현대내진기술을 비교하고 자 실시하는 본 연구의 목적은 다음과 같다.

- 첨성대 모형제작 및 진동실험을 통해 첨성대 내부구조의 자체적 내진효과의 원인을 밝힌 다.

- 진주성을 답사하고 성에 담겨있는 내진구조를 찾는다.

- 첨성대와 진주성의 전통 내진기술과 현대 내진기술 간의 상관관계를 알아본다.

○ 지역 특성 및 학교 여건

경주는 천년의 역사가 고스란히 남아있는 문화재의 보고이다. 많은 문화재와 주요 건축물들

이 경주시내 일대에 밀집되어 분포하고 있고, 경주의 지질학적 특징이 아래 그림과 같이 활성 단층과 근접하게 위치하여 역사적으로도 많은 지진피해를 받은 것으로 나타난다. 또한 오랜 기 간 유명한 관광지였기 때문에 문화재와 주요 건축물들이 소형차량부터 대형차량까지 수많은 차량통행량과 소음들로 인한 상시진동의 영향을 받고 있다. 실제로 첨성대는 현재 몸통부분이 약 5˚정도 기울어 ‘한국의 피사의 사탑’이라고 불리기도 하며 눈에 띄게 기울어진 상태이 다. 석가탑도 많은 피해 때문에 전부 해체하고 보수를 진행하고 있다. 설상가상으로, 첨성대 주 변의 지반이 약화되어 지반 침하현상이 계속 진행되고, 산성비로 인한 화강암의 부식도 함께 진행되고 있다.

두 번째로, 진주지역을 선정 하였다. 진주는 삼국시대 때부터 있었던 고도로써 역사를 거쳐 오면서 전국의 주요 길목 중 하나였다. 그로인해 임진왜란에 왜적들과의 전투를 벌였으며 그 왜란으로부터 나라를 지켜낸 역사적 가치가있다. 그중에서 진주성은 임진왜란 때 호남으로 진 출하려는 왜적을 철통같이 막아 낸 관문이었다. 하지만 임진왜란의 3대첩 중 하나로 불리는 진주성싸움이 일어난 곳인 진주성이 우리 국가를 지키는데 이바지한 역사적 가치에도 불구하 고 차량 통행량이 많은 큰 도로가 주위를 둘러싸고 있는 등 주변 환경이 임진왜란에도 굳건하 게 버티고 있던 진주성을 위협하고 있다.

위의 이유들로 본 팀은 경주와 진주를 답사하여 주요 진동의 특성을 파악하고 문화재와 여 러 건축물들이 어떤 영향을 받고 있는지 알아보며, 가장 효과적인 내진설계 기법에 대한 탐구 를 진행 할 것이다.

2. 연구 수행 내용

□ 연구 전 과정

○ 이론적배경

- 경주 첨성대와 경주지역 지진 발생 사례

경상북도 경주시에 위치한 첨성대는 1962년 국보 제 31호로 지정되었으며, 높이 9.17m, 밑 지름 4.93m, 윗지름 2.85m에 달한다. 밑에서부터 4.16m 되는 곳의 남쪽 허리에 한 변이 1m 인 정사각형 문이 달려 있다. 전체 돌의 개수는 약 401개로 총 27단까지 쌓여있다. 내부에는 제12단까지 흙이 차 있고, 제19단에서 제20단까지와 제25단에서 제26단까지의 두 곳에 정 (井)자형 장대석(비녀석)이 걸쳐 있는데 그 양끝이 밖으로 돌출되어 있다. 꼭대기에는 정자석 (井字石)이 2단으로 짜여 있고 이는 동서남북의 방위를 가리키는 기준으로 삼았던 것으로 보 인다.

첨성대는 신라시대의 대표적인 문화재 중 지진과 풍화에 견뎌 온전하게 남아있는 몇 없는 건축물 중의 하나이다. 석굴암이나 불국사는 일제시대의 대규모 보수공사를 통해 현재와 같은 모습을 볼 수 있게 된 반면, 첨성대는 풍화와 지반 침식에 의한 기울어짐을 제외하고는 흠잡을 때가 없는 수준으로 옛 모습이 그대로 보존되어 있다.

그림 1. 첨성대의 구조

표 1. 첨성대의 구조

첨성대는 기단부, 원주부, 정자형 두부로 크게 세 부분으로 나눌 수 있다.

기단부는 5m×5m, 높이 30cm의 석판 9개가 두 개의 단으로 이루어진 부분이다. 첨성대의 바 닥면에 위치하며, 하나의 판이 아니라 여러 조각으로 나누어져 있는 것이 특징이다.

원주부는 총 27단의 벽돌로 쌓여있는데 하부, 중부, 상부의 총 세 부분으로 나뉜다. 하부는 흙 채움재가 쌓여있는 12단까지이다. 바닥에서 12단까지 지름이 5m에서 4m까지 서서히 감소 한다. 흙 채움재는 첨성대 내부에 바닥부터 12단까지 자갈과 흙의 혼합체가 쌓여 있는 것을 가리키는 말이다. `김광재(2003).모형실험을 통한 경주 첨성대의 구조적 특성 연구` 에 따르 면 이때 이 흙채움재는 첨성대의 전체적인 관성질량을 증가시켜 지진에 대한 응답 가속도를 줄여준다. 중부는 13단부터 첨성대 원주부의 지름의 감소가 멈추는 20단까지이다. 13단부터 20단까지 지름이 3.9m에서 3.0m정도로 감소한다. 13단에서 15단까지는 총 3단에 걸쳐서 창 문이 나있다. 19단에는 비녀석 2개가 서로 수평으로 19단을 가로지르며 놓여있다. 20단에도 19단의 비녀석의 위치와 수직으로 비녀석 2개가 놓여있다. 19단과 20단의 비녀석 주변의 벽 돌들은 각 비녀석의 모양에 맞게 맞추어져 있다. 상부는 21단부터 27단까지로, 지름의 변화는 나타나지 않고 수직으로 올라간다. 25, 26단에 비녀석이 존재하는데 19, 20단의 비녀석과는 달리 원주부의 벽돌들을 가로지르지 않고, 각각 그 아래층에 걸쳐서 놓여있다. 이때 이 비녀석 은 현대 건축에서 수평적인 휨을 막기 위해 사용하는 보부재와 같은 역할을 하여 수평적인 지 진에 의한 가속도를 견뎌낸다.

정자형 두부는 원주부 상부에 놓여있는 구조물로, 우물 정(井)자의 형태이다. 총 두 개가 서로 겹쳐져서 존재하며 가로, 세로 3m의 크기이다. 같은 단의 정자석끼리는 그 연결부위에 홈이 파여 있어 서로 끼워져 있으며, 흔들리기 쉬운 상부를 그 무게로 눌러주고 있다. 따라서 지진에 노출된 조적식 건축물에서 가장 붕괴하기 쉬운 상부구조를 안정적으로 유지시켜주는 역할을 한다.

경주는 우리나라에서 가장 활동성이 높은 양산단층과 울산단층이 만나는 곳에 위치한다. 이 단층들은 상당히 최근에 형성되었기 때문에 그 활동성을 무시할 수 없다.

<기상청(2011). 삼국사기, 삼국유사로 본 기상, 천문, 지진기록>에 따르면 신라시대 경주에서 실제로 많은 수의 지진이 발생했음을 알 수 있다. 경주지역에서 일어났던 지진에 대한 기록은 다음 표와 같다.

연도 횟수 비고

~200 6

201~400 5 민가 피해, 인명피해 기록 존재

401~600 6 땅이 갈라졌다는 기록 존재

601~800 29 땅이 갈라졌다는 기록 존재, 땅과 탑 진동 기록 존재 801~1000 12 황룡사 탑 진동 기록 존재

합계 58

표 2. 경주지역의 지진발생사례

- 현대 내진 설계 현황

우리가 흔히 내진 설계라 말하는 것은 사실 내진, 제진, 면진 설계를 모두 포함하는 말이다.

첫 번째, 내진 설계는 구조의 강성을 강화시켜 지진하중을 정면으로 견디는 방법이다. 보통 은 구조물이 지진하중에 의해 변위가 생기도록 허용하되 허용 후의 거동이 고정된 것이 아니 라 휘어지면서 견디게 만든다. 내진구조의 가장 대표적인 예는 가새나 보이다. 이 때 가새와 보는 모두 수평적으로 덧댄 가로대로 가새는 완전히 수평적이지 않고 조금 비스듬하게 연결되 어있는 구조이다. 이로써 지진하중의 대부분을 차지하는 수평방향의 힘으로부터 구조물의 파괴 를 막아낸다.

두 번째, 제진 설계는 지진을 제어한다는 뜻으로 주로 구조물에 가해진 지진하중을 흘려 보 내는 설계이다. 앞서 말한 내진설계와는 달리 구조자체의 내진능력이 아니라 지진하중을 흘려 보내는 장치를 추가하여 지진을 막아낸다. 이 제진은 주로 댐퍼를 통해 이루어진다. 댐퍼는 스 프링이나 고무, 연성이 좋은 금속 등을 이용하여 지진하중이 구조물에 주어졌을 때 스프링과 고무 등이 그 하중을 흡수하고 흘려 보내도록 설계되어있다.

세 번째, 면진 설계란 지진을 피한다는 뜻으로, 지진하중이 건축물에 전달되기 전에 지진을 흘려 보내는 것이다. 보통 건축물이 땅과 접촉하는 부분에 용수철이나 고무와 같이 탄성력을 가지는 구조를 설치하는데, 지진에 의해 지면이 흔들릴 때 건축물 아래의 면진 장치가 대신 흔 들리기 때문에 지면이 건축물에게 전달하는 가속도가 최소가 되는 것이다. 가장 효과적인 내진 효과를 가지고 건축물의 외관훼손과 파괴가 거의 없다는 장점을 가지고 있다. 하지만 구조물과

지면 사이를 띄워야 하기 때문에 이미 지어진 대형 건축물에는 적합하지 못하고 설치에 비용 이 많이 든다.

위와 같은 관점으로 첨성대의 특징들을 논의해보면 첨성대의 내부를 가로질러 수평적인 힘 을 막는 정자석은 그 형태와 위치가 유사한 현재 내진설계의 보와 같은 역할을 하여 안정성을 유지하고 첨성대 최상부의 정자석은 현대의 내진과 제진역할을 하여 상부의 안정성을 제공하 는 것으로 추측된다. 또 최하부의 기단석은 불안정한 기반에서 첨성대가 그 구조를 유지할 수 있도록 역할을 하였을 것이다.

- 경남 진주성

경상남도 진주시에 위치한 진주성은 1963년 사적 제 118호로 지정되었으며 면적 173,036

^의 크기를 자랑한다. 본시 토성이던 것을 고려조 우왕 5년인 1379년에 진주목사 김중광이 석축하였다. 기록에 의하면 1605년(선조 38)때에 병사 이수일이 성이 너무 넓어 수비하기에 부 적절하다고 판단하여 내성을 구축하였고, 그 뒤의 병상 김태허가 1607년 포루 12개를 증축하였 고, 18(광해군 10)때 병사 남이흥이 성 수축에 많은 노력을 가한 것으로 추정된다. 이렇게 몇 번의 수축을 겪어 최종적으로 지어진 진주성이 내성의 둘레가 1.7km, 외성의 둘레가 약 4km이 다.

이러한 진주성은 현재까지 몇 번의 보수를 받았어야 했는데, 이는 일제강점기 당시 일본이 일본인 거주지를 만들기 위하여 시행했던 도시계획에 의해 내부에 민가가 들어서면서 성의 많 은 부분이 헐리고 메워지는 등 손상을 입었기 때문이다. 일제강점기 동안 해체되고 한국전쟁으 로 인해 방치되었던 진주성은 1969년부터 시작된 진주성 복원사업에 의해 1972년 촉석문이 준공되었고 1975년에는 성곽 보수를 완료하였다. 그리고 1979년엔 제2차 복원사업, 1992년 이후엔 제3차 복원사업으로 성 외곽의 정비를 마지막으로 진주성의 복원을 완료하였다.

- 진주 지진 발생 사례

우리나라는 지진이 많이 발생하는 판의 경계에 속해 있지 않기 때문에 강한 지진이 많이 발 생하지는 않았지만 예전 선조들의 기록들을 보면 분명히 지진을 관측해놓은 기록들이 보인다.

이러한 지진들 중에는 대부분이 진도 4.0 내외의 지진으로써 그렇게 강한 지진들은 아니었지 만 충분히 문화재에 손상을 입힐만한 정도의 지진들이다. 이러한 지진들의 원인에는 우리나라 단층 중에서 가장 활동성이 높은 양산단층과 울산단층이 있다. 이 지역에는 밀양단층, 울산단 층, 양산단층, 동래단층 등 신생대 4기에 형성된 단층대들이 걸쳐서 존재하는데, 이들은 상당 히 최근에 형성되었기 때문에 그 활동성을 무시할 수 없다. 그러나 진주는 이러한 단층들이 지 나가지 않는 안전한 지역에 위치해 있어 사실상 지진피해는 없다고 봐도 무방하다.

- 상시진동

상시 진동은 지진이나 건물의 관측점에서 상시 관측되는 미약한 진동을 일컫는다. 지면과 상 관관계가 있으며, 지반이 끊임없이 진동하고 주기는 1초 이하이다. 주로 교통 기관 기계 등의 인공 가진원이나 해양의 파도 등의 영향으로 발생한다. 상시 진동의 파형을 분석하여 지반이나  구조물의 진동 특성을 판단할 수 있다. 또한, 지반의 성질과 탁월주기는 밀접한 관계가 있다.

□ 연구과정

○ 첨성대의 내진기술 - 첨성대 모형 설계 및 제작 1) 변인 설정

선행 연구를 바탕으로 첨성대 내부의 흙 채움재, 비녀석, 기단석, 정자석 등의 구조가 내진효 과에 기여했을 것이라는 가설을 설정하였고, 이를 검증하기 위한 모형 실험을 수행하였다.

첨성대는 조적식 건축물 형태로 높이가 높아질수록 폭이 좁아지는 항아리의 모습을 하고 있다.

이에 따라 우리는 원주부로만 이루어진 첨성대의 형태만을 대조군으로 하고, 첨성대 내부의 흙 채움재, 비녀석, 기단석, 정자석의 존재 유무를 각 실험군으로 정하였다.

[변인 1] 내부 흙 채움재의 유무

첨성대의 내부에는 12단까지 흙과 자갈이 채워져 있다. 이는 구조물 하부에 관성질량을 증가 시켜 지진하중의 전달을 막아주는 역할을 하는 것으로 추정되어 변인으로 설정하였다.

[변인 2] 비녀석의 유무

첨성대의 내부에는 19, 20단, 25, 26단에 탑 내부를 가로로 가로지르는 ‘비녀석’이라는 돌 이 얹혀져 있다. 이것은 조적식 건축물의 특성 상 따로 흔들리기 쉽고 지진응답속도가 느린 상 부의 벽돌을 고정시키기 위한 목적으로 사용되었을 것이라 추정되어 변인에 추가하였다.

[변인 3] 비녀석, 흙 채움재의 유무

첨성대 모형의 내부에 비녀석과 흙 채움재를 함께 넣는 것의 효과를 알아보기 위해 변인으 로 설정하였다.

[변인 4] 정자석의 유무

정자석은 첨성대 상부의 2단의 정사각형 구조물로서, 원주부 최상층을 고정시킴과 함께 상부 의 관성질량을 증가시켜 하부와의 관성질량의 차이로 인한 전단력을 방지하는 역할을 하는 것 으로 추측된다. 따라서 정자석을 통해 얻을 수 있는 효과를 알아보고자 변인으로 설정하였다.

[변인 5] 기단석의 유무

첨성대가 위치한 곳의 토양은 단단하지 못한 풍적층으로 이루어져 지진 피해를 줄이기 위해 서는 기단석이 필수적이었을 것이다. 따라서 진동대 바닥에 기단석을 깐 후 그 위에 첨성대를 쌓았을 때, 기단석이 모형 하부 혹은 전체에 미칠 수 있는 효과를 알아보기 위해 변인으로 설 정하였다.

[변인 6] 정자석, 비녀석, 기단석, 흙 채움재의 유무

정자석과 비녀석, 기단석, 흙 채움재 네 가지 변인을 함께 넣은 경우 각 변인을 한 가지씩 넣었을 때보다 내진에 탁월한지 알아보기 위해 추가적인 변인으로 설정하였다.

2) 첨성대 모형 설계

실험에 사용한 진동대의 규격(500 X 500mm)에 맞게 실제 첨성대 크기를 약 25배로 축소 시킨 첨성대 모형을 제작하였다. 가장 아랫부분의 지름이 20cm이고, 전체 모형의 높이가 32cm 로 하부, 중부, 상부로 나누어 실제 첨성대를 같은 비율로 축소 제작하였다.

우리가 첨성대 모형을 만들 때 사용한 재료는 시바툴이다. 시바툴은 주재료 1kg, 경화제 1kg 를 1 : 1의 비율로 섞어 반죽한 것을 원하는 형태로 만들 수 있는 재료로, 약 반나절의 시간이 지나면 돌처럼 매우 견고하게 굳어지는 성질을 가지고 있다. 사용하는 재료에 있어서 가공성이 나 효율성 등 여러 가지 면을 비교해보았을 때 석고, 나무, 점토 등의 타 재료에 비해 가장 적 합한 재료로 판단되어 시바툴로 모형을 제작하게 되었다.

그림 2. 시바툴 반죽 과정 그림 3. 시바툴을 반죽하는 조원들의 모습 그림 4. 제작된 벽돌

첨성대 모형에 사용할 벽돌을 대량으로 제작하기 위해, 아크릴 판으로 틀을 제작했다. 아크 릴 틀은 사다리꼴 형태로 바깥쪽 변, 안쪽 변, 폭의 길이가 각각 (4cm, 2cm, 5cm), (3cm, 1.5cm, 4cm), (2cm, 1cm, 3cm)인 세 종류로 나뉜다.

최종 제작한 원주부만으로 이루어진 대조군 모형은 27단까지 175개의 하부 벽돌, 129개의 중 부 벽돌, 111개의 상부 벽돌로 총 415개의 벽돌로 이루어져 있다.

대조군을 제작하는 과정에서 단이 높아질수록 그 지름은 감소하는데 같은 크기의 벽돌이다 보니 원형 형태의 모양의 곡률이 맞지 않아 틈이 생기고 고정이 되지 않았다. 그래서 벽돌 끝 부분을 날카롭게 만든 쐐기를 제작하여 그 문제점을 해결하였다. 그리고 다시 쌓는데 많은 시 간이 걸려 벽돌 2~3개 정도를 본드로 붙여서 사용하였다. 이 때 각 단 별 벽돌을 몇 개씩 접착 시키는 것은 단 사이의 상대적인 가속도의 크기를 비교하고자 하는 본 실험의 의도에는 영향 을 주지 않아 이로 인한 실험 결과의 오차는 고려할 필요가 없다.

그 뒤 벽돌에 단의 수와 그 각각의 번호를 표시하고 각 단별 1번 벽돌의 위치를 사진으로 찍어둠으로써 모형을 다시 쌓을 때마다 벽돌들의 위치가 변하지 않게 하여 매 실험을 동일한 조건에서 진행할 수 있도록 통제하였다.

- 진동실험

제작한 첨성대 모형을 통해 진동실험을 실시하였다. 진동대는 500×500mm Flask shaker SH800S를 사용하였다. 데이터 측정은 MBL 가속도 센서를 이용하였다.

우리가 사용하는 진동대의 진동 크기의 척도는 RPM이다. 그래서 어느 정도의 RPM이 우리 실험에 적합한지 알아보기 위해 RPM당 가속도를 측정하였다.

참고문헌에 따르면 경주지역에서 발생하는 대규모의 지진으로는 약 1.372㎨의 가속도를 가지

는 1000년 주기의 지진과 1.96㎨의 가속도를 가지는 2400년 주기의 지진이 있다. 우리는 주기 가 더 짧아 실제로 첨성대가 겪었을 가능성이 큰 1.372㎨의 세기를 가지는 지진의 강도를 실험 에 사용하기로 하였다. 이 때 평균 가속도 값이 1.372㎨에 가장 근접한 110rpm이 본 실험에 적 합한 rpm 수치라 판단하였다.

그림 4. 진동대 rpm에 따른 가속도의 최댓값과 평균값

본 실험에 사용한 진동대는 원운동의 형태로 진동을 가하는 것으로, 실제 지진파(P파, S파, 표면파) 중에서 가장 건축물의 파괴에 큰 영향을 주는 표면파의 재현을 설정한 것으로 진동실 험이 실제의 지진과 같은 조건에서 진행된다고 가정할 수 있다.

가속도 측정을 위해 설치한 가속도 센서는 각각 9단과 19단의 벽돌에 부착하였고, 초고속 카 메라를 모형 전면으로부터 약 1m 되는 지점에 설치하였다.

그림 6. 모형제작에 이용한 평면도

그림 7. 대조군과 가속도센서

그림 8. 대조군 실험 장면

그림 9. 초고속 카메라 영상 장면

1) 실험 과정

변인 실험과정

대조군 ① 첨성대 평면도와 지름에 유의하여 27단까지 쌓아 올린다.

② 9단과 19단에 각각 가속도 센서를 부착하고, 초고속 카메라를 설치한 후 진동실험을 실시한다.

③ 모형을 복원시켜 같은 과정을 5회씩 반복한다.

변인 1 [변인 1] 내부 흙 채움재의 유무에 대한 실험

① 충분한 양의 흙을 준비한다.

① 벽돌을 대조군과 같은 형태로 13단 까지 쌓는다.

① 흙을 12단과 13단의 사이까지 넣은 후에 흙에 고르게 힘을 주어 흙을 압착시키고, 나머지 27단까지 모형을 완성한다.

변인 2 [변인 2] 비녀석 유무에 대한 실험

① 19, 20, 25, 26단을 첨성대 평면도를 통해 비녀석을 고려하여 최 대한 비녀석이 다른 벽돌과 잘 들어맞게 새로 제작한다.

① 대조군 모형에서 19, 20, 25, 26단은 비녀석이 들어있도록 만든 층을 넣고 상하의 비녀석이 수직으로 교차하도록 한다.

변인 3 [변인 3] 비녀석과 내부 흙 채움재의 유무에 대한 실험

① 변인 1과 같이 12단에서 13단까지 흙을 채운다.

① 변인 2와 같이 19, 20, 25, 26단에는 비녀석을 넣는다.

① 대조군과 같은 방법으로 27단까지 모형을 완성시킨다.

변인 4 [변인 4] 정자석의 유무에 대한 실험

① 첨성대의 규격에 맞게 정자석을 제작한다. 정자석은 정사각형의 서로 만나는 두 변이 조립될 수 있도록 제작한다.

① 27단까지 모형을 완성한 후 제작한 정자석을 첨성대 모형의 최 상부에 놓는다.

변인 5

[변인 5] 기단석의 유무에 대한 실험

① 첨성대의 규격에 맞게 기단석을 제작한다. 기단석은 작은 직사 각형 조각들로 하나의 큰 정사각형을 만든 것으로 총 13개의 직사 각형 조각들로 제작한다.

① 제작한 기단석을 첨성대 모형의 바닥에 깔고 그 위에 27단까지 쌓아 올린다.

변인 6

[변인 6] 정자석, 비녀석, 기단석, 흙 채움재의 유무에 대한 실험

① 변인 1, 2, 4, 5와 같이 흙 채움재, 비녀석, 정자석, 기단석을 모 형에 모두 첨가하여 27단까지 완성한다.

2) 운동 센서를 이용한 가속도 측정

앞선 실험 과정에 더하여, 초고속 카메라와 가속도 센서로 구한 결과의 타당성을 검증하기 위해 버니어 운동 센서를 이용하여 가속도를 측정해보기로 하였다.

먼저 대조군 모형에 대해 실험을 수행하였다.

① 진동대 위에 대조군 모형을 27단까지 쌓는다.

② 완성된 모형으로부터 약 30cm 거리에 양 측면으로 버니어 운동 센서를 설치한다. 이 때, 각 각 책상 면으로부터 20cm, 30cm 높이에 오도록 설치하여, 운동 센서의 초음파 발생 부분이 모 형의 하단과 상단, 즉 앞선 실험에서의 9단과 19단 주위에 오도록 한다.

③ 운동 센서의 데이터 수집을 시작한 후, 진동실험을 5회 반복한다.

○ 첨성대의 내진설계 - 상시진동 측정

진주성과 도로는 불가 약 25m가량 떨어져 있다. 또한 도로위의 교통량 또한 많다. 이에 따라 진주성이 상시진동에 영향을 받을 것이라 예상하여 상시진동을 도로에서 10m, 20m, 30m 떨어 진 지점에서 측정하였다.

1) 실험과정

① 차가 다니는 도로의 중앙선에서부터 10m 간격으로 10m, 20m, 30m 구간을 측정한다.

② 각 구간에 가속도 측정 센서가 연결된 LABQUEST를 설치하고 테이프로 가속도 센서 로 부 터 15cm 가량 떨어진 부분을 테이프로 고정시킨다. (LABQUEST가 움직이면서 센서가 움직이는 것을 방지하기 위한 것이다.

③ 30분 동안 도로의 진동을 측정한다.

그림 9. 주차장과 인접한 진주성

그림 10. 진주성과 도로 간의 거리

-진주성 답사 및 내진구조 조사

첨성대의 모형을 제작하고 진동 실험을 한 후 내진구조를 찾는 연구를 위에서 시행할 것이 고, 그로부터 나온 결과를 통해 진주성을 답사하고『김준형. 2013. 조선시대 진주성의 규모와 모양의 변화』에 의해 진주성이 보수된 상황을 고려하여 내진구조를 조사한다.

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구결과

○ 첨성대의 내진기술

- 초고속 카메라를 통한 최대변위 관찰

고정되어 있는 초고속카메라로 진동대 위에서 움직이는 첨성대 모형을 변인에 따라 9단, 19 단, 25단에 대해서 각 변인들의 최대변위를 비교, 관찰해 보았다.

<표 3>는 대조군과 실험군들의 9단, 19단, 25단의 최대 변위 관찰결과를 같은 크기로 확대시 켜 비교한 것이다. (확대 정도에 따라 길이가 다르므로 단위 없이 상대적으로 비교.)

대조군 변인 1 변인 2 변인 3 변인 4 변인 5 변인 6

9단 1.08 0.91 1.05 1.00 0.9 1.02 0.77

19단 1.11 1.1 1.18 1.19 0.78 1.17 0.93

25단 1.48 1.15 1.15 1.38 1.00 1.53 0.85

대조군과 비교 (절댓값)

9단

-

0.17 0.03 0.08 0.18 0.06 0.31

19단 0.01 0.07 0.08 0.33 0.06 0.18

25단 0.33 0.33 0.10 0.48 0.05 0.63

차이의 평균값 - 0.17 0.14 0.09 0.33 0.06 0.41

표 7. 각 실험군들의 최대변위 비교결과

대조군과 각 실험군과의 9단, 19단, 25단의 차이를 평균으로 내어 그 값이 대조군과 가장 차 이가 적을수록 효과적인 변인이라고 가정할 때 변인 5, 변인 3, 변인 2, 변인 1, 변인 4, 변인 6 순으로 비교되었다. 하지만 이는 눈대중과 자를 이용해 상대적으로 비교한 것이기 때문에 다 소 부정확할 수 있다고 판단하였고, 이에 우리는 대조군과 변인들 사이의 차이를 알기 위해 가 속도 센서를 이용하여 정확한 값을 도출해내어 분석해 보기로 하였다.

- 가속도 센서를 통한 가속도 측정 1) 진동면과 변인 별 가속도 측정

변인 별 실험을 진행함에 앞서, 110rpm에서의 진동면의 가속도를 먼저 측정하였다. 진동면의 가속도는 진동대 위에서 첨성대 모형을 내려놓은 상태에서 측정하였는데, 변인 별 실험에서 얻 은 가속도와 그 차이를 비교해보았을 때 가속도 차이 값이 작을수록 지진에 안정하다는 사실 에 근거하여 진동면과의 상대적 가속도를 비교하고자 하였다. 아래 표는 진동면과 대조군, 각 변인의 9단, 19단 X, Y축 평균 가속도를 구한 값이다.

진동면 대조군 변인 1 변인 2 변인 3 변인 4 변인 5 변인 6

9단

X축 1.10 0.88 1.27 1.15 1.15 1.10 1.17 1.15 Y축 1.11 0.91 1.13 1.14 1.21 1.10 1.20 1.16

19단

X축 1.10 0.93 1.09 1.06 1.17 1.11 1.20 1.04 Y축 1.11 0.95 1.25 1.16 1.28 1.10 1.15 1.15

표 8. 진동면과 각 변인에 대한 9단, 19단의 평균 가속도 값 (단위 : m/s²)

2) 해석 및 비교

그림 11. 변인에 따른 가속도의 110 rpm 진동면에 따른 상대적인 값

[그림 11]는 변인에 따른 X축과 Y축의 상대적인 가속도를 나타낸 것이다. 110rpm에서의 진 동면의 가속도와 측정한 가속도 차이의 절댓값이 작을수록 지진에 안정하다는 결론을 내릴 수 있는데, 위 그래프에서 보면 9단과 19단 모두 전체적으로 변인을 추가한 경우가 대조군 에 비해 가속도 차이가 적게 나온 것을 알 수 있다. 특히 정자석과 비녀석에서 다른 변인들 에 비해 대조군과 눈에 띄는 차이를 발견할 수 있는데, 이는 위의 변인들 중 정자석과 비녀 석이 첨성대의 구조적 안정성에 가장 많이 기여한다는 결론이다.

그림 12. 각 변인별 9단과 19단 상대적 가속도 값 비교

이어서 변인 3(비녀석과 내부 흙 채움재를 모두 넣은 경우)과 변인 6(기단석, 비녀석, 정자석, 흙 채움재를 모두 넣은 경우)을 설정할 때 여러 가지 변인을 동시에 적용한 경우가 각 변인을

독립적으로 넣었을 때에 비해 거둔 효과를 분석해본다면, 비녀석과 흙 채움재를 동시에 넣은 경우 비녀석만을 넣은 경우에 비해서는 오히려 좋지 않은 결과가 나왔고, 19단의 경우에는 Y 축 가속도는 대조군과 비교했을 때에도 높은 수치를 나타내고 있다. 이는 진동 실험 시 발생한 오차로 판단되어지며, 또한 전체적으로 19단의 수치가 9단에 비해 높은 점 역시 19단이 9단에 비해 벽돌의 크기가 작고 불안정한 상층이라 잘 무너졌기 때문에 발생한 오차로 생각된다. 그 리고 모든 요소를 다 적용시킨 변인 6의 경우, 대체적으로 다른 변인들에 비해 좋은 결과를 나 타내고 있다. 건물의 안정성을 논하는데 있어서 진동면에 대한 건물의 상대적인 가속도를 비교 할 수도 있지만, 다른 관점으로는 건물 자체에서의 9단과 19단 각각의 가속도 값이 얼마나 유 사한가를 통해 건물 상하부의 균형, 즉 건물 전체의 안정성과 일체성의 정도를 비교할 수 있 다. 따라서 [그림 12]에서 변인 6의 경우가 9단과 19단의 가속도 값의 차이가 심한 다른 변인 들과는 달리 9단과 19단 모두에서 같은 값의 가속도 차이를 나타내는 것으로 보아 모든 요인 들을 추가한 점이 첨성대 상하부 전체의 안정성에 영향을 준 것으로 해석할 수 있다.

즉, 그래프 자체에서 볼 수 있는 가속도 값뿐만 아니라, 9단과 19단 사이의 가속도 차이값을 비교하면 기단석, 비녀석, 정자석과 흙 채움재를 모두 넣은 변인 6의 경우에서 네 가지 요소들 의 상호간의 영향과 첨성대 전체의 구조적 안정성에 대한 결정적 기여를 설명할 수 있다.

네 가지 변인들 중 대조군과 비교했을 때 지진에 견디는 효과를 비교해보기 위해 각 단의 가속도와 평균 가속도, 대조군에 대한 효과를 계산해보면 다음과 같다.

대조군 변인 1 변인 2 변인 3 변인 4 변인 5 변인 6

9단

(㎨)

19단

(㎨)

평균

(㎨)

효과

(%)

표 9. 각 변인별 가속도와 효과

그림 13. 변인별 대조군 기준 효과

단, 이 때에는 비녀석, 흙 채움재, 정자석, 기단석 각각의 개별적인 효과를 비교하는 것이므로 변인 3과 변인 6에 대해서는 구체적으로 비교하지 않도록 한다.

위의 그래프에서 정자석(변인 4)가 약 95.89%의 효과로 첨성대의 구조적 안정성에 가장 큰 역 할을 한 것으로 보인다. 정자석에 이어 비녀석(변인 2), 기단석(변인 5), 흙(변인 1)의 순서대로 대조군을 기준으로 한 효과가 높게 나타났다.

- 운동 센서를 통한 가속도 측정 결과 비교

그림 14. 운동 센서를 통한 대조군 가속도 측정

그림 15. 가속도 센서를 통한 대조군의 가속도 측정

가속도 센서로 구한 결과가 어느 정도의 타당성을 가지는지 검증하기 위해서, 버니어 운동 센서를 이용하여 수행한 추가실험에 대한 결과이다. 대조군 모형의 가속도를 측정하였는데 [그 림 14]은 상단의 운동센서(19단 주변)의 데이터를 정리한 결과를 나타낸 것이다. 앞선 가속도 센서를 통해 측정한 대조군(19단)의 가속도 변화 그래프(그림 15)와 비교해보았을 때, 시간에 따른 가속도의 변화가 미미함을 볼 수 있다. 가속도 센서의 결과를 토대로, 변인을 넣은 경우 에는 대조군에 비해 약 1/4배 정도의 낮은 가속도 값이 나와야 함을 알 수 있다. 하지만 이미 대조군의 평균 가속도가 0.1㎨ 미만으로 매우 작아 변인을 넣었을 경우에는 거의 흔들리지 않 을 정도의 가속도 값이 나와야 한다. 실제로 운동 센서로 측정한 대조군의 가속도의 1/4배의 가속도가 측정되는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 운동 센서를 통한 측정은 적절하지 않 다고 판단하였다. 이러한 오차가 나타나는 원인을 분석해 본 결과, 9단과 19단의 각각 하나씩 의 벽돌에 직접적으로 접촉하여 가속도를 측정한 가속도 센서와는 달리 운동 센서의 경우 보 다 넓은 범위의 벽돌에 대해 측정했다는 점에서 이러한 결과가 나타난 것으로 생각된다.

○ 진주성의 내진기술

- 상시진동 측정

X축의 그래프에서 10m 구간은 약 0.6㎨가량 변화하였다. 하지만 20m는 0.2㎨의 변화를 보였 고, 10m에서는 0.1㎨의 가속도 변화를 가졌다.

Y축의 그래프에서 10m에서 0.8㎨, 20m에서 0.1㎨, 10m 에서는 변화가 없었다.

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 가속도 (㎨)

시간(min)

X축

X10 X 20 X 30

그림 16. 각 구간에서 가속도를 측정한 X축의 그래프

-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 가속도(㎨)

시간(min)

Y축

Y 10 Y 20 Y30

그림 17. 각 구간에서 가속도를 측정한 Y축의 그래프

- 기단석

진주성의 외성 벽을 둘러본 결과, 위의 사진들과 같이 기존의 성벽에서 조금씩 돌출되어 있 는 부분을 관찰 할 수 있었다. 단순히 돌들을 쌓아올려 만들기만 한 돌무더기 형태가 아닌, 규 칙적인 배열을 가지고 쌓아올린 것을 보아 이 부분은 성벽의 견고함을 높이기 위해 지면을 받 치는 형태의 기초공사 작업을 한 부분이라고 볼 수 있다.

현대의 건축기술 중에는 건물을 건축할 때 건축하기에 앞서 우선적으로 지반을 다지고 만일 이러한 과정에서 문제가 있는 토양이라고 밝혀지면 단단한 재질을 건축물 아래에 덧대어 건축 물의 구조를 단단히 하는 기술이 있다. 진주성에서 발견한 위의 구조는 앞에서 밝힌 현대의 건 축기술과 동일한 역할을 수행했다고 추정되며, 이러한 건축기술은 지진동이 있을 경우 가장 먼 저 영향을 받는 아랫부분을 성벽과 떨어뜨려 놓음으로써 효과적인 내진구조로 생각되어진다.

그림 18. 진주성 외성 벽의 돌출 구조 그림 19. 진주성 외성 벽 밑의 계단형 구조

- 진주성의 성벽경사

진주성의 외성 벽에서 지면의 각도가 상대적으로 급하거나 성벽의 방향이 바뀌어 급격하게

꺾이는 부분의 성벽은 굴곡을 가지고 있음을 확인 할 수 있었다. 진주성의 외성 벽뿐만 아니라 남강의 강가에 지어져 있는 성벽 또한 전체적으로 시야로 확인이 가능할 정도로 둥그렇게 곡 면을 그리고 있었다.

남강 강가의 성벽은 위의 그림의 빨간 원의 위치에서 발견하였는데, 이곳의 성벽 근처의 지 면엔 노두가 그대로 드러나 있었고 노두의 바로 윗부분에 성벽이 지어져 있는 것으로 보아 조 선시대에 지어진 그대로의 모습임을 추정할 수 있었다. 따라서 이러한 사실을 바탕으로 복원되 기 이전의 진주성의 성벽은 굴곡져 있었음을 추정할 수 있었다.

이렇게 성벽이 굴곡을 띄고 있는 이유는 성벽을 쌓은 구조에서 찾을 수 있었는데, 성벽을 쌓 은 구조를 보면 성벽이 하단부로 갈수록 성벽을 이루고 있는 돌들의 폭이 넓어짐을 볼 수 있 었다. 따라서 진주성의 성벽은 하단부로 갈수록 폭이 넓어지는 구조를 띄어 지진동 등의 진동 이 가해졌을 때, 충격을 최대한 완화시켰을 것으로 생각되어진다.

그림 20. 남강 강가의 진주성 성벽

그림 21. 남강 강가의 성벽의 위치

- 아치형 성문

진주성의 성문은 위의 사진과 같이 아치형의 구조로 되어 있다. 물론 이러한 아치형 성문은 성문을 이루고 있는 암석의 상태를 보아 복원당시에 건축된 것으로 보이지만 조선시대의 성문 들이 축조될 당시에는 아치구조로 건축하는 기술이 이미 사용되고 있었을 시기였고, 다른 조선 시대의 성문들이 아치형 구조를 띄고 있는 것으로 보아 진주성의 원래 성문 또한 아치형 구조 를 띄었을 것이란 추정이 가능하다.

이러한 아치형 구조는 건축물의 축조방법 중에서도 가장 안정적인 방법 중 하나로 손꼽히며, 이러한 예는 불국사의 백운교와 청운교 등에서 볼 수 있다. 그렇기 때문에 진주성의 아치형 성 문 또한 지진동 등의 진동이 가해졌을 때, 피해를 감소시키고 충격을 완화시키는 역할을 했을 것이라 생각되어진다.

그림 22. 진주성의 아치형 성문

○ 첨성대와 진주성의 내진기술과 현대 내진기술 비교

전통 내진 기술 역할 현대내진설계와의 비교 비고

흙채움재

첨성대 내부에 흙을 넣어 관성질량을 증가시켜 첨성대가 지진에 흔들리는

가속도를 감소시켜준다.

기둥 안에 시멘트나 콘크리트와 같은 물질을 넣어 기둥의

강도를 증가시킨다.

첨성대/진주성

비녀석

첨성대를 수평으로 가로지르는 돌기둥으로 주로

수직적인 힘을 막는다.

첨성대에서는 주로 벽돌들의 흔들림을 막는다.

비녀석은 현대내진설계에서 사용되는 보부재와 같은 역할로

보부재는 전체구조의 수평적인 힘을 막는다.

첨성대

정자석

다른 층에 비해 지진에 약한 최상부 벽돌들을 상당한

무게로 눌러주어 그 안정성을 증가시킨다. 이는

첨성대 상부의 관성질량을 증가시켜 가속도를 최소화

시킨다.

현대의 제진에 사용되는 기술로 움직일 수 있는 무거운 물체를

놓아 건물의 관성질량을 증가시킨다.

첨성대

기단석

경주지역의 지질은 대부분 풍적층으로 불안정한 지반이다. 따라서 지진에

의한 토양의 응답시간을 줄이기 위해 아래에 화강암으로 만들어진 기단석을 2단을 깔았다.

현대 건축물을 지을 때 지반을 우선 다지고 문제가 있는 토양이라면 단단한 재질을 아래에 덧대서 건축물의 구조를

단단히 한다.

첨성대/진주성

- 첨성대

각 변인들이 첨성대의 내진효과에 기여하는 것에 대한 근거를 과학적으로 분석해본 결과는 다음과 같다. 또한 이들은 현대의 내진설계 기술과도 밀접한 연관을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

먼저 흙 채움재의 경우에는, 첨성대 내부에 흙을 넣어 관성질량을 증가시켜 첨성대가 지진에 흔들리는 가속도를 감소시킨 것이 내진효과를 가져온 근거로 판단되었다. 또한 흙 채움재는 현대 내진설계 기술 중에서 기둥 안에 시멘트나 콘크리트와 같은 물질을 넣어 기둥의 강도 를 증가시키는 기술과도 유사한 역할을 함을 알 수 있다.

이어서, 비녀석은 첨성대를 수평으로 가로지르는 돌기둥으로 주로 수직적인 힘을 막은 것

으로 분석할 수 있다. 벽돌들의 흔들림을 막으며, 이는 현대내진설계에서 사용되는 보부재와 같은 역할로 전체구조의 수평적인 휨을 막을 수 있다.

정자석은 다른 층에 비해 지진에 약한 최 상부 벽돌들을 상당한 무게로 눌러줌으로써 안 정성을 증가시킨다. 이는 첨성대 상부의 관성질량을 증가시켜 하부와의 가속도 차이를 최소 화하는 효과를 가져왔다고 볼 수 있다. 또한 이는 움직일 수 있는 무거운 물체를 건물 상부 에 놓아 건물의 관성질량을 증가시키는 현대의 제진 기술과도 상통한다.

기단석의 경우 지진에 대한 토양의 응답시간을 줄이기 위해 아래에 깐 것으로 추측되며, 이는 현대 건축물 설계에서도 지반을 다지고 건축물 하부에 단단한 재질을 덧대어 전체 구 조를 단단하게 하는 방식으로 응용되고 있다.

- 진주성 1) 기단석

진주성에서 찾아본 기단석은 첨성대에서도 찾아볼 수 있었다. 두 기단석의 형태적인 모습에는 차이가 있었지만 기단석의 기능은 동일해 보였다. 기단석은 토양이 단단하지 못하여 가장 하단 부에 기초공사와 동일한 이유에서 건설하였을 것으로 예상된다. 또한 무게중심을 아래로 낮추 어 건물의 흔들림을 최소화 하였을 것이다. 현재에도 건축물을 지을 때 가장 중요한 작업은 지 반을 단단하게 다지고 수평을 맞추는 것이다. 이때 만약 문제가 있는 토양이라면 건축물이 들 어섰을 때 많은 문제가 생길 수 있으므로 단단한 재질을 아래에 덧대서 건축물의 구조를 단단 히 하고 있다.

2) 진주성의 성벽경사

첨성대에서도 찾아볼 수 있는 옆 벽면의 경사는 하단부로 갈 수 록 폭이 넓어진다. 이는 첨성 대의 흙 채움재와 비슷한 효과를 가질 것이라 생각된다. 아래쪽으로 무게중심을 이동시켜 좌우 로의 진동의 피해를 최소화 하려는 것이다. 또한 상단부에 무거운 물체를 올려도 잘 버틸 수 있는 구조이다. 이는 전쟁 중 발생하는 상황에도 대처했음을 보여준다.

3) 아치형 성문

아치형은 세계 어느 곳을 가더라도 웅장한 건축물에서 찾아볼 수 있는 흔한 구조이다. 이들 모두 비슷한 모습을 띄고 있다. 아치형은 곡선을 이용하여 효과적으로 하중을 견디는 구조이 다. 이는 진주성의 성문을 만드는데 사용되었다. 이처럼 서양을 비롯한 동양에서도 아치형을 사용했으며 아치형은 진주성에도 사용되었다. 아치형의 건물은 지진 발생 시 발생되는 층밀리 기 현상을 잘 견딜 수 있다. 층밀리기 현상은 지진이 발생하였을 때 좌우로 흔들려 상단부가 밀려 전체적인 건물의 구조가 바뀌는 것이다. 이 층밀리기 현상을 대비하여 아치형 구조의 선 문을 만들었으므로 진주성에 담긴 내진기술 중 하나라고 할 수 있다.

4. 결론 및 제언

□ 결론

본 연구에서는 첨성대가 한국전쟁 때의 큰 충격에도 불구하고 미미한 정도로 기울어지기만 했다는 점에 주목하여 첨성대에 대한 조사를 실시해 보았다. 그 결과 신라시대에서부터 경주는 생각보다 많은 지진피해를 받아왔다는 것을 알게 되었다. 따라서 첨성대에 많은 내진기술들이 적용되어 있다고 추측, 첨성대의 내진 기술에 대해 분석해 보았다.

첨성대의 내진 기술에 대해 조사한 결과, 첨성대의 내진 기술에는 크게 흙채움재, 비녀석, 기 단석, 정자석으로 4가지였다.

먼저 흙채움재는 구조물 하부에 관성질량을 증가시켜 지진하중의 전달을 막아주는 역할을 하 는 것으로 추정된다. 정자석은 첨성대 상부의 2단의 정사각형 구조물로서, 원주부 최상층을 고 정시킴과 함께 상부의 관성질량을 증가시켜 하부와의 관성질량의 차이로 인한 전단력을 방지 하는 역할을 하는 것으로 추측된다. 기단석은 추정된다. 비녀석은 첨성대의 내부를 가로로 가 로지르는 돌이다. 이것은 조적식 건축물의 특성 상 따로 흔들리기 쉽고 지진응답속도가 느린 상부의 벽돌을 고정시키기 위한 목적으로 사용되었을 것이라 추정된다.

이러한 첨성대의 4가지 내진 기술에 대해서 실험을 진행하였고, 아울러 첨성대에서 발견한 내 진기술들을 다른 문화재에서 찾고자 하였다. 이러한 연구의 비교대상으로선 지역적으로 여러 가지 이점을 가지고 있는 진주성을 선택하게 되었다.

첨성대의 조사를 바탕으로 진주성에 답사를 실시하였다. 답사에서는 주로 첨성대와의 공통점 을 찾기 위해 노력하였으며 그 결과 첨성대와의 몇 가지 공통점을 알 수 있었다. 첫 번째는 진 주성 성벽에선 기존의 성벽에서 조금씩 돌출되어 있는 부분을 관찰 할 수 있었다. 이는 첨성대 의 기단석과 유사한 구조로써 이 부분은 구조물의 견고함을 높이기 위해 구조물을 짓기 전 지 면을 받치는 형태의 기초공사 작업을 한 부분이라고 볼 수 있다. 두 번째로 발견한 공통점은 성벽의 전체적인 구조로써, 성벽의 전체적인 구조가 곡면을 그리고 있는 점이다. 첨성대의 옆 면 또한 곡면을 그리며 하단 면으로 갈수록 폭이 넓어지는데, 이러한 구조는 아래쪽으로 무게 중심을 이동시켜 좌우로의 진동의 피해를 최소화 하려는 것이라 추정된다. 이는 첨성대와의 공 통점은 없었지만 내진기술의 한 가지라고 할 수 있었다.

위에서 살펴본 바와 같이 진주성과 첨성대에선 공통적으로 발견되는 내진기술들이 존재했고, 이러한 내진기술들의 추정되는 기능은 현재의 내진기술의 기초와 비교해 보았을 때 많은 유사 점이 있음을 알 수 있었다. 따라서 전통적인 내진기술은 발견된 내진기술은 현재의 내진기술의 기초라고 할 수 있을 정도로 많은 연관성이 발견되었다. 이는 다른 세계 어느 나라와 견주어도 손색이 없을 정도로 높은 과학적인 지식이 포함되어 있었다.

□ 제언

본 연구에서 조사한 진주성의 성벽과 경주 첨성대 모두 석조건물로써, 그 공통점을 발견할 수 있었지만 연구의 일반화를 위해선 석조건물 뿐만 아니라 목조건물에서의 내진기술도 분석 해야할 필요가 있다.

진주성은 과거 여러 번의 손상을 입어 어쩔 수 없이 복원 과정을 거쳐야했다. 그렇기에 본 연 구의 결과에 다소 오류가 포함되어 있을 가능성이 존재한다. 따라서 복원과정을 거치지 않은

석조 구조물에 대한 본 연구와 동일한 연구의 수행이 필요하다.

□ 홍보 및 사후 활용

진주성과 첨성대를 비롯한 많은 건축물들은 세계와 견줄만한 건축능력을 가지고 있다. 첨성대는 기단석, 정자석 등 4가지나 되는 내진기술이 확인되었고 진주성 또한 3가지의 내진기술을 갖추고 있다. 이는 현대의 내진기술과 비교해도 손색이 없을 정도이며 당시 강한 지진이 발생한 적이 있는 경주지역에 이런 점을 가만하여 건축물을 건설하였다. 이점에서는 건축하기 전 건축지역의 지진 발생빈도 또한 감안하여 건설하였다는 것을 알 수 있다. 진주성과 첨성대가 아니더라도 우리나라의 전통내진기술을 확인할 수 있는 건축물들은 많다. 첨성대와 같은 경주지역에서 찾아 볼 수 있는 문화재중 불국사에서도 이런 기술들을 찾아볼 수 있다. 불국사의 입구에 위치한 청운교와 백운교는 미적인 아름다움뿐만 아니라 공학적인 설계도 아주 뛰어나다. 아치형의 형태를 띠고 있는 다리는 힘이 아래에서 가해지던 위에서 가해지던 잘 버티는 구조를 하고 있다. 또한 보통의 아치형은 1층만을 건설하지만 2층의 아치건물을 지어 지진에도 대비하였다고 한다. 이와 같이 첨성대와 진주성을 제외 한 다른 많은 건축물들 또한 지진에 관해 많은 생각을 하여 건설하였다는 것을 알 수 있다.

□ 참고문헌

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김광재(2003).모형실험을 통한 경주 첨성대의 구조적 특성 연구

김상규(2003). 고밀도 정밀측량 및 지반조사에 의한 구조물의 안전성 평가 연구 –첨성대 중 심으로-

문화재청(2009). 경주첨성대 훼손도 조사 보고서 김준형(2013). 조선시대 진주성의 규모와 모양의 변화.