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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 16(3); 2016 > Article
진동측정에 따른 한옥 건축물의 고유주기

Abstract

In Recent, researches for the earthquake-resistant performance of Korean wooden house are insufficient, although earthquake occurrencesare steadily increased in Korea. The primary purpose of this research is to find out dynamic characteristics such as natural frequencyand damping factor of Korean wooden house. To evaluate the dynamic characteristics, micro tremor measurements areperformed for 24 sites. And for each site, the natural frequency is determined by Fast Fourier Transform analysis, and damping factoris analyzed by synchronized human excitation. From the test results, the damping factor was measured less than 5%, and primary naturalfrequency of 24 sites were ranged from 1.9 Hz to 7.45 Hz due to the period of house use, the types of construction method, structuralchanges and so on. And natural frequency is affected by plan type, and plan aspect ratio. Using regression analysis with 24houses, the natural period equation regarding to the height is suggested.

요지

최근 저층 건축물에 대한 지진피해 위험성이 높아진 반면, 한옥에 대한 내진성능에 대한 연구는 부족한 현실이다. 이에 24개 한옥을 대상으로 상시미동측정실험을 실시하여, FFT(Frequency Response Function) 분석을 이용하여 한옥의 동적특성을 분석하였고 인력가진 실험을 통하여 감쇠정수를 파악하였다. 실험결과 한옥의 1차 고유진동수는 1.95 Hz에서 7.45 Hz까지로 나타났다. 감쇠율은 5% 이하로 측정되었고, 건물높이에 따른 고유주기는 T=0.0616h로 나타났다. 평면 형태에서 ㄱ자 형태 건축물은 장단비가 크며 고유진동수가 낮다. 하지만 ㄱ자 형태 건축물은 장단비가 작지만 고유진동수는 높은 경향을 가지고 있다.

1. 서론

최근 세계적으로 지각활동이 빈번하게 발생하여 2015년 4월에 발생한 네팔 카트만두 지진은 약 9천여명 사망, 22만명이 부상하는 등 대규모 지진재해 피해로 인해 비내진 구조물, 특히 기존 건축물이나 문화재로 지정된 건축물에 대한 지진재해에 관한 관심이 높아져가고 있는 추세이다.
역사적으로 지진피해가 많았던 일본은 1995년 고베지진 이후 구조실험과 연구를 통해 방대한 DB를 확보하여 성능평가 및 내진설계에서 목구조설계라는 영역을 구축하기도 하였다. 또한 문화재 건축물의 지진피해 예방을 위해 2001년 일본 문화재청에서 「중요문화재 건축물의 내진진단 지침」을 발표(The Japanese guideline for Seismic Capacity Evaluation of Important Cultural Property, 2001)하여 전통목조 건축물에 대한 내진성능평가 방법을 구체적으로 제시하고 있고, 일본건축방재협회에서 제시하는(Seismic Evaluation and Retrofit of Wooden Houses, 2004) 목조 건축물의 고유주기식 T=0.03 h은 내진설계시 활용되고 있기도 하다.
국내 문화재 건축물에 대한 보존과 안전관리를 위해 구조물의 구조특성 파악이 시급하지만 지금까지 연구가 부족하기도하고, 목구조 건축물은 목구조 부재의 내력과 접합부의 불확실성, 열화 가능성 등 다양한 문제로 인해 정확한 내력 산정에 어려움이 있었다. 그러나 최근에는 지진재해에 대비한 연구가 활발히 이루어지고 있는 상황으로 다수의 전통목조건축물에 대한 동적특성 측정결과(Kim et al., 2006)와 고유주기에 대한 연구(Hwang et al., 2013) 등을 들 수 있다.
우선 기존연구와 본 연구와의 차이점은 기존 문화재급 전통목조건축물을 연구한 논문과 달리 민가로 불리우는 한옥을 대상으로 한 동특성 데이터 자료 확보와 함께 내진성능평가 및 설계에 이용되는 고유주기식을 제안하였다. 이 중 측정대상 건축물 일부는 2000년 전후로 수리되거나 개축된 곳들이기 때문에 기존 한옥보다 높은 고유진동수를 나타내는 경우도 있었지만, 이 문제점은 향후 전통목조건축물에 대한 측정자료가 축적될 경우, 문화재와 한옥, 시공방법과 건축연대 등 세밀하게 분류하여 구분할 수도 있다. 본 논문에서는 연구대상 구조물 24개동에 측정방법과 분석방법에 대하여 설명하고, 내진설계시 일반적으로 활용되고 있는 건축물 높이와 고유주기의 상관관계로부터 고유주기식을 제안하였다.

2. 측정대상과 진동실험

2.1 측정대상 건축물

국내 한옥이나 민가 건축물에 대한 현황은 다음의 Table 1, 2와 같다.
Table 1
Important cultural property of Hanok
Treasure Historical Landmark Important Folklore Cultural Heritage Total
15 5 160 180

*Cultural Heritage Statistics, 2012

Table 2
Hanok villages
Hanok villages  Tiled Roof   Thatched Roof   etc.   Total 
Andong Hahoe 162 211 85 458
Seongeup 18 370 287 675
 Gyeongju Yangdong  180 220 78 478
Goseong Wanggok 39 99 9 147
Asan Oeam 57 151 28 236
Seongju Hangae 117 11 98 226
Total 573 1,062 585 2,220

*Cultural Heritage Statistics, 2012

문화재청 자료에서 국가지정 문화재급 건축물 가운데 보물급 한옥, 민가는 11채, 지방자체단체가 지정한 시·도 유형문화재급 건축물 64채, 중요민속자료 252채, 문화재 자료로 인정받고 있는 건축물 218채 등 총 545동이다. 아울러 등록되지 않은 한옥 건축물에 대한 현황은 Table 3과 같이 국토해양부 자료 2008년 16개 시도와 37개 한옥마을에 분포한 한옥이 약 5만5천여 동, 2012년에는 약 8만9천여 동으로 증가했다고 한다.
Table 3
Non-important cultural property of Hanok
Hanok + Modernized Hanok 2008 55,000 House
2012 89,000 House

*Urban Architecture Business Handbook, Ministry of Land, Infrastructure and Transport

한옥건축물에 대한 진동측정실험은 측정대상에 대한 섭외에 어려운 점이 있었지만, 본 연구에서는 2008년 서울 북촌한옥마을과 남산골 한옥마을 목조 건축물 11동, 2009년 안동 하회마을 6동, 2010년 아산 외암민속마을 7동까지 총 24동의목조 건축물에 대한 진동측정을 실시하였다.
그 중 전통목조기법으로 설계되지 않은 신축 한옥과 건물평면이 복잡하였던 북촌한옥마을의 목조 건축물 4동을 포함한 총 24동의 목조 건축물에 대한 구조 상세와 건축물 형태를 나타내면 Table 4와 같다. 건축물의 구조상세는 서울시와 문화재청 보고서를 참고하거나 자료가 없는 건축물은 직접 실측하였다.
Table 4
Specimens
Korean-style House Height (m) Front (m) Side (m) Construction Repair Plan Type
Namsangol Hanok Village Outhouse of Lee Seungeop 4.11 6.80 7.20 1860 1998 ㄱ Type
Inner house of Lee Seungeop 4.51 12.45 11.20 1860 1998 丁 Type
Outhouse of Park Yeonghyo 5.11 7.20 3.60 1800 1998 一 Type
Reception house of Park Yeonghyo 5.25 12.00 6.60 1800 1998 ㄱ Type
Ancestral shrine of Yun Taekyeong 6.10 9.80 4.90 2005 1998 一 Type
Study room of Yun Taekyeong 6.35 24.60 17.22 1907 1998 元 Type
House of Queen Yun’s parents 7.15 14.76 22.30 1910 1998 ㅁ Type
Andong Hahoe Folk Village Wonji-Jeongsa 5.10 7.50 4.10 1630 1999 一 Type
Outhouse of Yeom Haengdang 5.10 10.40 3.00 1797 2001
Binyeon-Jeongsa 5.20 6.40 4.20 1583 1999
Sesimjae of Ogyeon-Jeongsa 5.30 10.00 4.50 1586 2000
Wonrakjae Ogyeon-Jeongsa 5.30 6.6 3.0 1586 2000
Lecture Hall of Hwacheon 5.40 11.90 5.50 1786 -
Asan Oeam Village Outhouse of Geonjae House 3.86 10.14 9.29 - 2001 ㄱ Type
Inner house of Champan small house 4.43 11.57 10.43 - 1991
Inner house of Songhwa-daek 4.57 8.86 9.07 - 1994
Inner house of 4.86 10.57 10.79 - 1989
Reception house of Champan’s Big House 4.90 12.30 3.95 - - 一 Type
Reception house of Songhwa 4.90 10.25 6.50 - - ㄱ Type
Reception house of Champan’s Small House 5.70 14.30 4.00 - 1980 一 Type
Bukchon Hanok Village 2-31th street of Gye-dong 5.11 8.74 8.3 2009 - ㄱ Type
32-10th street of Gye-dong 4.74 12.1 8.3 2009 - ㄱ Type
Bukchon Traditional Culture Center 6.00 - - - 2002 丁 Type
House of Baekongbeom 5.00 8.0 6.0 1910 - ㄱ Type

2.2 진동측정실험

2.2.1 측정방법

한옥의 진동측정방법에 대한 설명과 계측위치에 대한 설명은 다음과 같고 실험전경은 Fig. 1과 같다.
Fig. 1
Measuring points of Hanok
KOSHAM_16_03_281_fig_1.gif
(1) 상시미동
바람이나 지반의 움직임에 의해 진동하는 건축물의 미동(약0.001~0.1 mm)을 측정하는 측정방법으로, 특히 전통 목조 건축물에서는 건축물에 손상을 주지 않으며 고유진동수, 강성,감쇠 등의 공학적 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있다.
우선, 한옥 건축물의 X, Y방향 거동을 잘 표현할 수 있는 위치에 계측기를 설치하였고, B&K Pulse를 이용한 12채널을 동시 측정하였다. 측정주파수 범위는 0.5~25 Hz, 주파수 간격은 0.0156 Hz, 샘플링(Sampling Rate)은 4,096으로 선정하고 5분30초간 상시미동 신호를 저장하였다. 또한 건축물의 탁월주파수를 파악하기 위하여 지반에 2개, 구조물에 그물망 형태로 계측기를 설치, 총 12개 계측기를 동시측정하며 수평방향의 진동모드를 파악하였다.
(2) 인력가진
전통 목조 건축물은 소수인력으로도 건물 전체를 가진시킬 수 있기 때문에 상시미동에서 얻어진 고유진동수로 가진을 할 경우, 건축물에 공진이 발생하여 진폭이 커지면서 측정변위도 상시미동보다 약 10배 이상 커지게 된다. 다만, 목조 건축물의 고유진동수는 변위의존성이 있기 때문에 진동변위가 증가함에 따라 고유진동수가 저하하는 경향을 나타내어 고유진동수로 가진이 어렵거나 감쇠곡선이 깨끗하게 얻어지지 않을 경우, 고유진동수의 변위의존성을 고려하여 고유진동수를 5%씩 감소시키며 인력가진을 실시하였다. 측정주파수 범위는 0.5~25 Hz이며 주파수 간격 0.0156 Hz, 샘플링은 4,096으로 선정하여 인력가진을 3~5회 반복 수행하였다.
(3) 충격가진
충격가진은 구조물의 전체 고유진동수 및 구조감쇠를 동시에 산정할 수 있는 장점이 있으며, 진동전달 경로에 따른 진동전파특성 자료도 동시에 얻을 수 있다. 그러나 목조건축물과 같은 경우는 부재연결 지점에서 원활한 힘 전달이 이루어지지 않아 원하는 수준의 측정자료를 얻기 힘든 단점이 있지만, 본 연구대상인 규모가 작은 목조건축물을 대상으로 Impact시험을 수행하여 진동특성을 분석하고 평가하였다.
임팩트햄머를 이용한 가진을 사용하여 가진력에 의한 응답치(Frequency Response Function)와 응답신호간의 기여도(Coherence)를 이용하여 고유진동수를 확인하였다. 측정시 임팩트 해머는 3~5회 가진하였고, 측정주파수 범위는 0.5~100 Hz이며 주파수 간격은 0.25 Hz로 선정하였다.

2.2.2 분석방법

(1) 고유진동수
고유진동수 분석은 Lower 25 Hz, High 0.5 Hz pass filter를 사용하며 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하였다. 분석시 75% 또는 Max로 데이터를 Overlap 시키고 Averaging은 Exponential로 50회, Overload 되는 데이터는 Reject로 처리하였다.
(2) 감쇠
인력가진과 충격가진으로 발생하는 Fig. 2와 같이 감쇠가 있는 시간이력곡선에서 연속적인 최고점 간의 비인 xi/xi+1는 감쇠비의 형태로 아래의 식과 같이 나타낼 수 있고, 이 비의자연대수를 대수감쇠라 부르며 δ로 표기한다. 본 연구에서는 인력과 충격가진의 감쇠곡선으로부터 감쇠를 구하였다.
Fig. 2
Damping ratio
KOSHAM_16_03_281_fig_2.gif
(1)
δ=lnxixi+1=2πζ1ζ2
(3) FRF와 진동모드
충격가진 분석은 Lower 20 Hz, High 0.5 Hz pass filter를 사용하여 FFT 수행하여 Coherence 및 FRF 진동신호를 분석하였다. 또한 진동모드는 STAR software 또는 FFT 분석시절대치와 실수부 및 허수부로부터 arctan값으로부터 진동모드를 분석하였다.

2.2.3. 계측기와 계측위치

계측장비는 Table 5와 같이 B&K의 가속도센서와 임팩트해머, 진동분석기를 이용하였고, 가속도센서는 12개를 가지고 동시에 진동측정을 실시하였다. 또한, 계측기 성능검증을 위해 흥인지문, 팔달문 측정실험을 실시하여 기존 실험연구결과와 유사함을 확인하였다.
Table 5
Velocity sensor
Equipment model Initial Value Image
 Accelerometer 8340 (B&K) Sensitivity 10 V/g KOSHAM_16_03_281_fig_3.gif
393B12 (PCB)
731A (Wilcoxon)
Impact Hammer 8210 (B&K) Weight 5.4kgf Sensitivity 0.225mV/N KOSHAM_16_03_281_fig_4.gif
FFT Analyzer 3560B (B&K) 0Hz to 25.6kHz @65.536kHz sampling rate KOSHAM_16_03_281_fig_5.gif
Fig. 1에서와 같이 건축물에서 계측기 위치는 우선 최상층구조부재에 계측기를 올려놓거나 설치가 어려울 경우, 철물지그를 이용하여 X방향(장변), Y방향(단변)부재의 측면에 고정하여 계측을 실시하였다.
또한 건축물의 탁월주파수를 파악하기 위하여 지반에 2방향으로 가속도센서를 설치하고 나머지는 건축물 평면상 중심부과 단부에 해당하는 구조부재에 계측기를 설치하였다. 각 방향으로 3개 이상씩 계측되는 가속도센서로 건축물의 1차 고유진동수와 비틀림 등의 진동모드를 분석하였다.

3. 연구결과

3.1 측정결과

Fig. 3는 一Type인 아산외암마을 참판큰집 사랑채의 측정결과이다. 측정결과, X방향으로 설치하였던 CH3, 9번 계측기 그래프에서 탁월주파수는 4.39 Hz로 0.23 sec의 고유주기, Y방향으로 설치하였던 CH4, 5번 계측기의 그래프의 탁월주파수는 3.5 Hz로 0.29 sec의 고유주기를 갖는 것을 알 수 있다.
Fig. 3
Results of FFT analysis
KOSHAM_16_03_281_fig_6.gif
인력가진 실험시 사랑채 내부에 거주하는 주민의 생활용품,가구 등에 의해 좋은 가진위치를 선정하지 못한 이유와 장변길이 방향의 인력가진은 깨끗하게 얻기 어렵기 때문에 고유주기가 나타난 CH3의 감쇠곡선은 깨끗하게 얻지 못했다. 대신 X방향의 CH10의 감쇠곡선과 Y방향 CH4의 감쇠곡선은 깨끗하게 측정되었다. 그리고 감쇠곡선의 진폭비를 이용한 대수감쇠비로부터 감쇠정수를 구하였다.
임팩트햄머 가진 결과, FRF는 X, Y방향 모두 고유주기에서 피크점이 나타났고, 양방향 고유진동수에서의 Coherence도 90%이상으로 나타나 유효한 값을 측정한 것을 알 수 있고, 진동모드는 각 방향 고유진동수에서 병진모드를 가지는 것을 확인하였다.
Fig. 4는 ㄱ, 丁, ㅁType에서의 주요 측정결과로 (a)는 ㄱType인 남산골한옥마을 박영효 사랑채에 대한 측정결과로 계측기 위치와 고유진동수 X방향 2.25 Hz, Y방향 2.08 Hz, 충격가진 결과 FRF와 Coherence, 계측기가 수평, 수직일때의 진동모드를 얻었다. (b)는 丁Type인 이승업 안채로 고유진동수는 X방향 2.39 Hz, Y방향 2.39 Hz, 진동모드와 함께 지반에서 계측된 X/Z, Y/Z방향 탁월주기 결과이고, (c)는 ㅁType인 순정효황후 윤씨 친가로 고유진동수 X방향 2.36 Hz, Y방향 2.28 Hz, 진동모드와 함께 인력가진시 X, Y방향의 감쇠곡선을 표시하였다.
Fig. 4
Analysis of ㄱ, 丁, ㅁ Type
KOSHAM_16_03_281_fig_7.gif

3.2 진동특성

측정대상 건축물 24개동에 대한 진동실험 측정결과, 상시미동에서 얻어진 X, Y방향 고유진동수, 인력가진에 의한 감쇠정수, 측정대상 건축물의 장변과 단변길이 비율인 장단비(X/Y)를 나타내면 다음의 Table 6과 같다.
Table 6
Results of Dynamic Characteristic
Korean-style House 1st Natural Frequency (Hz) Damping Coefficient (%) Fineness Ratio X/Y
X-Dir. Y-Dir. X-Dir. Y-Dir.
Namsangol Hanok Village Outhouse of Lee Seungeop 2.36 2.83 2.2 2.6 0.94
Inner house of Lee Seungeop 2.39 2.39 2.0 2.3 1.11
Outhouse of Park Yeonghyo 2.78 2.75 2.0 2.0 2.00
Reception house of Park Yeonghyo 2.25 2.08 3.0 3.0 1.82
Ancestral shrine of Yun Taekyeong 2.56 2.31 3.0 2.8 2.00
Study room of Yun Taekyeong 2.25 2.75 2.8 2.5 1.43
House of Queen Yun’s parents 2.36 2.28 2.1 2.1 0.66
Andong Hahoe Folk Village Wonji-Jeongsa 3.56 1.95 3.0 3.3 1.83
Outhouse of Yeom Haengdang 3.47 2.54 3.7 3.0 3.47
Binyeon-Jeongsa 2.98 2.39 3.5 3.5 1.52
SesimJae of Ogyeon-Jeongsa 2.64 2.59 3.6 3.8 2.22
Wonrakjae Ogyeon-Jeongsa 2.88 3.22 3.0 3.2 2.20
Lecture Hall of Hwacheon 3.08 3.13 3.0 3.3 2.16
Asan Oeam Village Outhouse of Geonjae House 6.50 5.17 - - 1.09
Inner house of Champan small house 3.83 4.28 3.0 2.7 1.11
Inner house of Songhwa-daek 3.73 4.42 3.2 2.9 0.98
Inner house of 3.47 3.84 3.4 3.7 0.98
Reception house of Champan’s Big House 4.39 3.50 2.7 3.7 3.11
Reception house of Songhwa 2.98 3.50 - - 1.58
Reception house of Champan’s Small House 6.23 3.31 - - 3.58
Bukchon Hanok Village 2-31th street of Gye-dong 5.00 4.59 - - 1.05
32-10th street of Gye-dong 7.45 5.92 - - 1.46
Bukchon Traditional Culture Center 4.25 3.58 2.5 2.5 -
House of Baekongbeom 4.00 3.13 3.0 3.0 1.33

* is Max or Min of Dynamic Characteristic

측정결과, 24개동 전통한옥의 고유진동수는 X방향에서2.25 Hz부터 7.45 Hz까지, Y방향에서 1.95 Hz에서 5.92 Hz까지의 범위로 나타났다. 남산골 한옥마을과 안동하회마을의 13개동은 2~3.5 Hz 정도의 유사한 고유진동수를 나타내고, 아산외암마을과 북촌한옥마을 11개동은 3~7.5 Hz 범위인 것을 알 수 있다.
마을별 고유진동수에 차이가 발생하는 이유로 실제 주민의 거주 유무와 건축년대를 들 수 있는데 관광을 목적으로 수리·이축되어진 남산골한옥마을의 고유진동수가 4개 마을 중 고유진동수가 가장 낮은 것으로 나타났다. 그 다음으로 관광목적이면서도 일부 주민들이 거주하는 안동하회마을과 실제 거주목적으로 건물을 사용하고 있는 아산외암마을은 생활 편리성을 위한 보일러실, 화장실 등의 설치, 난방을 위한 문과 창문 보수공사 등을 통해 측정대상 건축물별 고유진동수의 편차가 가장 큰 것으로 나타났다. 현대식 한옥공법으로 최근에 지어진 북촌한옥마을의 계동 건물들은 프리컷(Precut)공법으로 접합부, 이음부의 틈새가 적고, 콘크리트 기초에 부재연결에서는 철물을 사용하였기에 가장 높은 고유진동수를 가지는 것을 알 수 있다.
인력가진에 의한 감쇠정수는 감쇠곡선이 깨끗하게 얻어진 데이터를 위주로 각 방향 평균값을 표시하였다. X방향 0.02~0.037, Y방향 0.02~0.038로 나타나 양방향 모두 2~4%의 감쇠율을 가지는 것으로 나타났고, 임팩트햄머를 통한 구조감쇠측정값도 일정하지는 않지만 대체로 5% 이하로 나타났다.
Fig. 5는 측정대상 건축물 고유주기와 건물높이의 관계를 나타내었다. 회귀분석 결과, X, Y방향 모두 건물높이와 상관성이 있는 것으로 나타났고, 고유주기식으로 나타낼 경우 다음의 식(a)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 상관계수를 더 높이기 위하여 최근에 지어진 북촌한옥마을을 제외한 20개동의 고유주기식을 나타내면 식(b)와 같다.
Fig. 5
Natural Period and Height of building
KOSHAM_16_03_281_fig_8.gif
(a)
T = 0.0616h
(b)
T = 0.0653h
T: 고유주기, h: 건물높이
건축년대에 따른 고유진동수는 Fig. 6에 나타난바와 같이, 1550년대부터 2000년대 초까지에 지어진 전통한옥의 고유진동수는 2~4 Hz 범위에 있는 것을 알 수 있고, 2009년도 최근에 지어진 전통한옥의 고유진동수는 가장 높은 것을 알 수 있다.
Fig. 6
Construction and Repair
KOSHAM_16_03_281_fig_9.gif
건축물 평면 형태와 고유진동수, 건축물 정면과 측면길이의 비율인 장단비와의 상관관계를 나타내면 Fig. 7과 같다. 一자형 평면 건축물은 10개동으로 장단비가 약 1.5~3.5범위에 있으며 고유진동수는 약 2~6.2 Hz로 장단비가 증가할수록 고유진동수도 증가하는 경향을 보였고, ㄱ자형 평면 건축물도 10개동으로 장단비는 약 1~1.8범위이며 고유진동수는 약 2~6.5 Hz로 건물의 정면, 측면길이가 같은 장단비가 1인 평면형태가 많은 것을 알 수 있다. 복잡형 평면 건축물은 4개동으로 장단비는 약 0.5~1.5범위이며 고유진동수는 약 2.2~2.7 Hz로 낮은 것으로 나타났다.
Fig. 7
Natural Frequency and Plan type
KOSHAM_16_03_281_fig_10.gif
一자형 평면 건축물의 X, Y방향 고유진동수를 비교할 경우, 장단비 2.0에서는 양방향 고유진동수가 비슷하지만, 그 외는 양방향 고유진동수 차이가 있으며 차이가 큰 곳은 약 3 Hz인 것으로 나타났다. ㄱ자형 평면 건축물은 정면과 측면 길이가 같은 장단비 1.0인 형태가 많고, X, Y방향 고유진동수 차이가 크지는 않지만 장단비 2.0에 가까울수록 양방향 고유진동수값이 같아지는 경향을 보이고 있다.
一자형, ㄱ자형 평면 건축물 모두 X방향 고유진동수가 Y방향보다 크게 나타나는 경우가 많은데 이는 전통목조건축물일경우, 벽체의 구조성능보다는 높이와 두께가 큰 기둥과 무거운 지붕이 구조성능을 좌우하기 때문에 직렬로 이어진 X방향의 고유진동수가 높게 나타나게 된다.

4. 결론

본 연구는 문화재급 전통목조건축물의 진동특성과 다르게 나타나는 전통 민가나 한옥건축물을 대상으로 상시미동 측정실험을 실시하였고, 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
1) 남산골 한옥마을의 고유진동수는 2.08 Hz에서 2.83 Hz, 안동 하회마을은 1.95 Hz에서 3.56 Hz, 아산 외암마을은 2.98 Hz에서 6.50 Hz, 북촌 한옥마을은 3.13 Hz에서 7.45 Hz로 나타났다. 고유진동수는 실제 거주여부와 시공공법에 따라 크게 차이가 발생하였다. 현대 목조공법을 활용한 북촌한옥마을 한옥은 7.45 Hz의 높은 진동수를 보이기도 하여 고유주기식 제안시 제외시켰다.
2) 전통 한옥의 감쇠율은 X방향 2~3.7%, Y방향 2~3.8%로 나타나 양방향 모두 2~4%로 측정되었고, 건물높이에 따른 고유주기는 24동일 경우 T=0.0616h, 신축된 북촌한옥마을 제외할 경우 T=0.0653h으로 나타났다.
3) 한옥건축물 정면과 측면 비율인 장단비와 고유진동수의관계를 보면, 一자형 건축물 장단비는 최대 3.5까지이고 장단비가 증가할수록 고유진동수도 증가하는 경향이 있고, ㄱ자형건축물은 一자형보다 장단비는 작지만 고유진동수는 높은 경향을 가지고 있다.
향후에는 문화재건축물과 달리 실제 주민이 거주하고 있는 한옥의 지진피해 위험성 및 내진성능평가를 위해 대표 벽체를 선정하고, 구조벽체로 사용되는 흙벽에 대한 내력실험 및 재료실험 등을 통하여 흙벽에 대한 구조특성을 파악하고, 한옥건축물의 내진성능 평가시 본 연구결과를 활용할 계획이다.

감사의 글

본 연구는 2010년 국립재난안전연구원 주요사업으로 이루어진 “목조 건축물의 내진성능 평가기술 개발연구”(NIDP-주요-2010-05-01)의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.

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