포스코 강건재 솔루션 “튼튼함에 안전까지 더했다”

한반도에 지진발생 횟수는 계속 증가하고 있는 추세다. 우리나라는 2000년 이후 건축물의 내진설계 의무화가 본격화되었으며 신축 건물과 주요 공공시설에 내진설계가 반영되어 꾸준히 내진성능 확보율이 높아지고 있다.

내진 설계에 꼭 필요한 존재인 내진 강재는 지진 발생 시 인명 피해, 2차 참사 등을 막는데 중요한 역할을 한다. 포스코는 최근 발생한 지진의 영향으로 대형건축물, 공공이용시설 등에 안전한 내진 강재가 쓰이는 것이 더욱 중요해질 것으로 보고, 관련 솔루션의 개발과 적용 확대에 더욱 박차를 가할 예정이다.

내진은 지진에 견디는 것으로, 내진설계는 건축물이 지진에 버티며 붕괴하지 않도록 하여 인명의 손상을 막기 위한 목적의 구조설계를 말한다. 내진설계 대상 구조물은 건축물의 하중을 지탱할 수 있도록 충분한 강도를 갖춰야 하며 지진의 흔들림에 유연하게 대응할 수 있는 ‘연성’도 지니고 있어야 한다.

‘연성’은 당기는 힘을 받아 파괴되기 전까지 늘어나는 것으로 철강이 지닌 대표적인 특성이다. 반대로 부서지거나 깨지는 성질을 ‘취성’이라 하는데 콘크리트가 대표적이다. 콘크리트에 철근을 함께 사용하는 가장 큰 이유도 연성을 확보하기 위해서다.

건축물의 구조재로 가장 많이 사용되는 재료로 철강, 콘크리트, 목재를 꼽을 수 있는데, 이 중 외부 충격을 가장 잘 흡수하면서 균열이나 파괴 가능성이 가장 낮은 것이 철강이다. 지진이 자주 발생하는 일본과 대만에서는 건축물, 교량 등 구조물의 내진성능을 확보하기 위해 강구조를 우선적으로 적용하고 있다.


현재 설계 기준상 항복비 0.85 이하면 내진용 강재로 분류된다. ‘항복비’는 항복강도를 인장강도로 나눈 값이다. 물체를 양쪽에서 당길 때, 어느 정도 힘까지는 물체가 늘어나다가도 힘을 놓으면 원래 크기로 돌아간다. 이때 원래 상태로 돌아갈 수 있는 최대 힘을 ‘항복강도’라고 한다.

항복비가 낮을수록 내진성능이 우수하다고 하는데, 이는 지진 등의 충격으로 건축물이 기울어지기 시작해서 붕괴되기 전까지 대피 등 지진에 대응할 수 있는 시간을 그만큼 더 확보할 수 있다는 것이다.
포스코의 ‘SN(Steel New)강’은 항복비가 0.8으로 내진강의 대명사다. 포스코는 1995년 SN강재개발 상용화에 성공하고 1999년 KS규격(KS D 3632) 인증을 획득했다. 포스코의 SN강재는 신도림 테크노마트, 고양 체육관 등 일반 건축물에서부터 대형 공공시설까지 널리 사용되고 있다. 삼성물산이 시공중인 대만 타오위안 국제공항 제3터미널 신축 공사에 소요되는 건설용 후판 7만T을 포스코가 전량 수주했는데, SN재가 90% 이상을 차지한다.

‘HSA’는 내진 성능을 가진 건축구조용 전용 강재이다. 그중 인장강도 600Mpa(메가파스칼)과 항복비 0.8을 보증하는 HSA600은 포스코만 생산이 가능하다. 기존 건축구조용 일반 강재보다 약 1.7배 강하고, 중량은 약 30% 가벼워 초고층 건물에 적격이다. 서울대 관정도서관, 동대구역 복합환승센터 그리고 우리나라에서 가장 높은 롯데월드에 등에 적용됐다.


건축물이 제대로 된 내진성능을 확보하기 위해서는 내진 강재의 품질 확보 뿐 아니라 강재와 강재를 접합하는 용접 기술과 보기둥 접합부의 디테일이 동시에 갖춰져야 한다.

바람이나 지진으로 건축물이 휘거나 변형되는 정도를 층간변위라 하는데, 보기둥 접합부의 내진 등급은 층간변위의 정도에 따라 보통모멘트, 중간모멘트, 특수모멘트 접합부로 구분된다. 중간모멘트, 특수모멘트로 갈수록 내진성능이 높아지는 것이고, 내진성능이 높아진만큼 안정성을 인정받아 구조부재의 물량을 추가로 10~20% 절감할 수 있는 효과가 있다.

하지만 중간모멘트나 특수모멘트 접합부로 설계, 제작, 시공할 수 있는 기술이 국내에 보급되지 않아 내진접합부를 이용하는 사례가 거의 없다가 최근에 포스코에서 세계최대 사이즈의 특수모멘트 개발 및 설계, 제작 기술을 제공하면서 원가 절감 및 구조물의 내진안정성을 위하여 발주처나 건설사에서 내진접합부를 적용하는 사례가 증가하고 있는 추세이다.


‘Pos-H’는 포스코의 내진강을 절단 후 용접하여 만든 맞춤 형강이다. 건축물의 안전에 필요한 최적의 사이즈로 제작할 수 있기 때문에, RH형강 대비 15~20% 상당의 강재량 절감이 가능하다. 진정 지진에 안전한 강구조 건축물인지는, 사용된 강재의 항복비가 0.8 이하인지, 대형단면에서도 최고 내진등급인 특수모멘트 골조의 성능 구현이 가능한지를 확인하면 된다. Pos-H는 세계 유일하게 보 높이 1500mm에 대해서도 특수모멘트를 구현했다. 고양 데이터센터, 창원 스타필드 등에 적용되었다.

물탱크의 파손 원인은 다름 아닌 탱크 속 물 때문이다. 물과 지진파의 진동이 일치하게 되면 수면이 요동쳐 물탱크의 천장이나 벽면이 파손된다. 포스코가 개발한 ‘STS 웨이브 물탱크’는 STS304 수준의 내식성을 가지면서도 항복강도는 STS304 보다 1.7배 높은 고강도 스테인리스강(PossHN1), STS316HN3, STS329LD) 패널로 구성되어 있다. 지진 모의실험에서 설계 지진력(진도 약 6.5 수준) 보다 2.5배 큰 지진에서도 주요한 구조적 손상 없이 충분한 내진 성능을 확보하는 것으로 나타났다. 여의도 파크원 등 건축물부터 각종 산업시설에 적용되었다.


채명석 글로벌이코노믹 기자 oricms@g-enews.com