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ISSN : 1226-525X(Print)
ISSN : 2234-1099(Online)
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea Vol.20 No.7 Special pp.509-516
DOI : https://doi.org/10.5000/EESK.2016.20.7.509

Preliminary Study on the Enhancement of Seismic Performance of Korea Hospital Buildings

Namhee Kim1)*, Sung-Gul Hong1)
1)Department of Architecture and Architectural Engineering, Seoul National University
Corresponding author: Kim, Namhee namheek@snu.ac.kr
November 22, 2016 December 5, 2016 December 5, 2016

Abstract

Secure operation of hospitals during and right after earthquake is essential. Past lessons from earthquake damages have shown that most of the injured and the death occurred within 30 minutes after earthquake and the portion of nonstructural damage has become significant. However, hospital buildings in Korea have not prepared fully to address such rising issues. This paper is to study what type of damage patterns are related to hospital buildings and how to develop a preparedness plan to keep hospitals operational at all earthquakes if possible. This paper first reviews on past earthquake damages reported as critical to hospital buildings while classifying them into four groups: (1) structural element; (2) architectural-nostructural element; (3) medical equipments and contents; and (4) utility facility. Upon such classification, some detailed concerns can be specified under each group explicitly. Then a hierarchy for hospital building is also developed for the classified groups, which enables us to identify required things for the enhancement of seismic performance of hospital building that consists of heterogeneous elements. To upgrade the level of seismic performance for existing hospital buildings, the concept of performance-based approach can be adopted to address the heterogeneous problems in a systematic and stepwise manner. Finally a conceptual framework for the seismic risk assessment for hospital building is proposed toward the seismic enhancement of hospital buildings using performance-based approach.


우리나라 병원건축물의 내진성능향상을 위한 기초연구

김 남희1)*, 홍 성걸1)
1)서울대학교 건축학과

초록


    Ministry of Land, Infrastructure and Transport
    16AUDPB066083-04

    1.서 론

    2016년도 최근 발생한 경주지진 지진에 의한 병원피해사례는 다행히 보 고되지 않았다. 또한, 국토부 조사통계에 의하면 의료시설물의 50% 이상 이 구조물에 대한 내진설계는 수행한 것으로 파악되었다. 그러나 기존 지진 피해사례를 살펴보면 지진발생 초기 30분 동안에 97% 지진피해 사상자가 발생하였으며[1], 구조물 이외의 비구조 요소의 지진피해가 병원건축물 전 체피해의 상당부분을 차지했다[2]. 이러한 보고사항들을 감안할 때, 국내 병원건축물에 대한 내진성능 확보는 매우 시급해 보인다. 그러나 아직까지 국내 병원건축물의 내진성능에 대한 전문적인 연구가 거의 이뤄지지 않았 기에, 총체적인 내진성능수준은 어느 정도이며, 또한 내진성능수준을 얼마 까지 높여야 하는 지 가늠하기 어려운 실정이다. 한편, 미국 캘리포니아에 서는 어떠한 크기의 지진이 발생해도 모든 의료시설이 정상 운영될 수 있도 록 구조 및 비구조 시스템의 내진성능 향상에 대한 집중적 연구가 활발하게 이뤄지고 있다[3]. 또한, 뉴질랜드에서도 2011년 크라이스트처치에서 발 생한 지진으로 병원건축물들 피해가 매우 심각했고[4] 이러한 문제점을 해 결하기 위해서 병원건축물에 대한 내진성능수준을 크게 높여서 설계하고 있다[5].

    이 연구에서는 국외 병원건축물의 지진피해사례와 내진성능향상 방안 을 토대로 우리나라 병원건축물의 내진성능향상 전략을 마련하기 위해서 필요한 기본개념들을 정리해서 제시한다. 먼저, 과거 지진피해로 병원건축 물에 발생한 문제점이 어떠한 것인지 (1) 구조 요소, (2) 건축적 비구조 요 소, (3) 의료시설 및 장비 외와, (4) 유지관리 시설물로 구분해서 살펴본다. 우리나라의 건축구조기준(이하, KBC 2016)[6]에서는 ‘건축비구조요소’ 는 건축구조물을 구성하는 부재중에서 구조시스템의 내력을 부담하지 않 는 구성요소로 정의한다. 이는 건축물의 실내․외에 위치하는 배기구, 부가 물·장식물, 부착물, 비구조벽체, 악세스플로어(이중바닥), 유리·외주벽, 천 장, 칸막이, 캐비닛, 파라펫, 표면마감재, 표지판·광고판 등을 포함한다. 이 연구에서는 이러한 건축비구조요소들을 병원건축물의 특성에 적합하도록 세분화 한 것이다. 건축비구조요소 설계계수 내진성능향상 방안과 관련해 서는 세계적으로 인정받고 있는 성능기반 접근법(performance-based approach)을 도입하고, 성능기반 접근법을 이용한 내진성능향상에 필요한 주요 사항들을 정리한다. 이에, 성능기반 병원건축물의 위계구조, 병원건축 물의 성능수준(performance levels), 지진재해수준 (seismic hazard level) 및 성능목표(performance objectives)를 정립한다. 앞서 언급하였듯이 우 리나라 병원건축물의 상당수가 구조적 내진성능이 확인되지 않았으며 비 구조 요소에 대한 평가는 거의 수행되지 않았다. 따라서 지금 현황에서 우리 나라 병원건축물의 내진성능향상을 의한 첫 단계는 우리나라 지진특성을 반영한 병원건축물의 지진위험도평가(seismic risk analysis)이다. 이 연구 에서는 성능기반 접근법에 근거한 지진위험도평가를 위한 개념적 프레임 워크(conceptual framework)를 제시한다.

    2.과거지진에 대한 병원건축물의 피해

    지진에 의해서 병원건축물이 피해를 입는 경우에는, 개별 병원 구조물과 인명 피해 및 기능수행에 지장이 있을 뿐 아니라 상호 연계되어 있는 의료조 직에도 심각한 문제점을 안겨준다. 왜냐하면 하나의 의료시설이 피해를 입 어서 기능을 상실한 경우에는 인근 의료시설로 옮겨지는데, 이때 갑작스럽 게 크게 늘어난 환자의 수를 모두 수용하지 못하게 되기 때문이다.

    이 연구에서는 지진에 대한 병원건축물의 피해사례를 의료기관들이 인 접하여 집적되어 있는 경우와 개별적으로 떨어져 있는 경우로 구분해서 살 펴봤다. 또한 개별적 의료기관의 피해조사에서는 크게 구조요소와 비구조 요소로 구분하였다. Fig. 1에서 보여주는 바와 같이 병원의 특성상 비구조 요소와 내용물의 비중이 다른 용도의 건축물에 비해서 매우 높고[2], 다양한 요소들이 복합적으로 존재하므로 보다 세분화하여 조사하는 것이 필요하다. 이 연구에서는 다음 4가지 그룹으로 구분해서 조사하였다. (1) 구조 요소, (2) 건축적 비구조 요소, (3) 의료기기 및 장비 외, (4) 유지관리 시설물.

    2.1.의료기관 집합지역의 피해

    기존 지진피해를 입은 병원건축물사례를 통하여 의료기관의 피해사례 는 그룹으로 또한 개별적으로 모두 살펴봐야 한다. 여러 의료기관이 인접해 있는 경우에는 라이프라인들을 공유하게 된다. 이때 서로 공동으로 의존하 고 있는 라이프라인의 손상은 연계된 여러 의료기관에도 연쇄적인 문제점 을 일으키기 때문이다. 2011년 2월 22일 뉴질랜드 캔터베리의 크라이스트 처치를 강타한 규모 6.3의 지진으로 뉴질랜드 역사상 가장 광범위한 수준의 의료시설이 피해를 입었다(Fig. 2)[4, 5]. 실제 병원의 구조적인 피해보다 는 액상화로 인해서 배수관 (sewer line)(Fig. 2(c), (d))이 심하게 손상을 입었다. 이러한 라이프라인의 피해로 인근 병원의 의료시설의 가동이 어려 웠다. 크라이스트처치의 경우에서는 지진발생 직후 3주 동안 가정 의료 서 비스를 가동하였다. 현재 2018년 완성을 목표로 $600 million 이상의 재정 을 들여서 의료시설을 재건하고 있다(Fig. 2(b).

    2.2.구조 요소 피해

    병원건축물의 내진성능향상에 대한 집중적인 연구를 이끌고 있는 미국 에서는 지진에 대한 병원건축물의 내진성능의 중요성에 대한 경각심을 촉 발 시킨 사건과 내진성능 향상에 대한 효과를 살펴볼 수 있는 지진이 발생했 었다. 1971년 미국 산페르난도에서 발생한 규모 6.5의 Sylmar지진으로 65 명이 사망했고 2,000여명이 심한 부상을 입었다.(7-9) 피해규모는 미국달 러 $2.4 billion이상으로 추정된다. 그런데 사상자 대부분이 재향군인병원 (the Veteran Hospital)에서 발생한 것이다. Fig. 3(a)는 당시 극심한 구조 적 피해를 입은 재향군인병원의 모습이다. 조사결과 구조물의 피해원인으 로 열악한 건축물 설계기준을 비롯하여 구조설계의 잘못 및 시공적 결함 등 총체적 문제점을 가지고 있었던 것으로 드러났다. 이외에도 Fig. 3(b)의 the Olive View Hospital 에서는 약층 (weak story)의 심각한 구조적 피해 를 입어서 병원의 정상가동이 순조롭지 못했다.

    1971년 산페르난도 지진 이후 1973 Seismic Safety Act가 발효된 것을 포함해서 미국에서는 병원건축물의 구조물에 대한 내진성능향상수준을 높 이기 위한 노력은 더욱 높아졌다[10, 11]. 그런데 23년이 지나서 거의 비슷 한 위치에 노스릿지 지진이 발생했다. Table 1은 노스릿지지진이 발생한 23곳의 위치에서 병원들의 피해 현황을 살펴본 것이다. 실제 1994년 노스 릿지 지진에 대해서 병원건축물의 구조적 피해가 1971년 경우에 비해서 훨 씬 줄어들었지만 비구조 요소 피해는 광범위하게 퍼져 있음을 알 수 있다.

    Fig. 4는 1994년 노스릿지 지진으로 병원건축물에 발생한 피해사례를 보여준다. 산타모니카 병원(Fig. 4(a))에서는 X-방향 균열피해를 보였으 며, 다른 보건소 (Fig. 4(b))의 구조물은 심각한 구조적 피해를 입었다.

    병원건축물의 구조 요소(structural element) 피해는 일반 건축물의 구 조피해와 같이 다음 사항들을 포함한다.

    • 인접건물과의 충돌(pounding)

    • 하중경로 (load path)의 불연속성

    • 구조시스템의 입면적 비정형성

    • 구조시스템의 평면적 비정형성

    • 구조시스템의 잉여체계 결여

    하중경로의 불연속성과 구조시스템의 비정형성은 약층(weak story), 연약층 (soft story), 비틀림(torsion)을 유발시키는 매우 위험한 요인 이다. 이러한 구조 요소 피해는 일반건축물의 내진설계 향상방안을 적용하여 최 소화 시킬 수 있다.

    2.3.건축적 비구조 요소 피해

    병원건축물의 건축적 비구조 요소(architectural-nonstructural element) 는 천장재, 비구조 칸막이벽, 커트월이나 건축물 외장재 등 여러 가지이다. 사실상 미국에서는 1971년 Sylmar지진이후 구조물의 내진성능수준을 끌 어 올렸기에 1994년 노스릿지 지진에서 구조 요소 피해는 줄어들었다. 그 런데 비구조 요소 피해에 의한 피해액은 여전히 상당한 피해액으로 산정되 었다. 캘리포니아의 20여 곳 이상의 병원들이 피해를 입었고, 일부 병원에 서는 서비스가 중지되었고, 피해액은 $3 billion이상으로 추정된다[15].

    특히 환자가 누어있는 곳에서의 비구조 요소의 피해는 더욱 심각한 인 명피해로 이어질 수 있다. Fig. 5(a)와 같이 천장재가 환자 침상위치에서 발 생하는 경우에는 직접 환자에게 피해를 줄 수 있을 뿐만 아니라, 병실을 사 용할 수 없어서 병원의 정상적 운영에 피해를 준다. Fig. 5(b)의 의료장비가 설치되어 있는 곳에서도 장비손상으로 연쇄피해를 유발 시킨다. 이와 같이, 병원 내부에서 발생하는 건축적 비구조 요소 피해는 인명피해와 병원의 정 상적 운영에 큰 장애가 된다.

    비구조재의 피해는 비구조 요소가 주요 구조물에 어떠한 방식으로 지 지되어 있는 지에 따라서 그 안전성이 크게 좌우된다. 이에, 천장재와 같이 수평으로 펼쳐져 있는 비구조의 경우, 중력방향의 하중저항과 더불어 Fig. 6과 같이 수평방향의 흔들림에 저항하도록 브레이싱을 추가하여 내 진성능확보가 중요하다[16]. 한편, 천장재의 마감이나 건축물 외장재의 피 해종류는 각 비구조의 개체조합 구성방식과 단위 중량의 크기에 따라서 손 상현상이 매우 다르다. 만일 전체적으로 연속적인 부재가 아닌 조각조각 떨 어질 수 있는 개체로 형성된 형식이라면 피해를 일으키는 양상이 매우 다르 다 (Fig. 7). 산티아고에 위치한 Felix Bulne Hospital은 건축조 비구조 요 소의 피해로 병원 문을 닫았다[17] .

    2.4.의료기기 및 장비 외

    병원은 각 실의 기능에 따라서 설치하는 의료기기와 장비가 상당히 다르 다. 의료기기는 천장에 매달린 경우, 바닥에 지지되어 있는 경우, 홀로 바닥 에 의지해서 서 있는 경우 다양하다. 각 경우에 따라서 피해 현상은 다르게 나타난다. 천장에 매달린 경우는 앞서 살펴 본 바와 같이 천장재의 피해에 의한 2차적인 피해를 입을 수 있으므로, 이러한 문제점을 피하기 위해서는 확실한 지지기반을 제공해 줄 수 있는 구조재에 정착해야 한다. 바닥에 위 치하는 대부분의 의료기기는 강체로 간주할 수 있다. 그러므로 바닥에 놓인 의료기기에 작용하는 지진에 의한 관성력이 피해의 주요 원인이다. 또한, 의료기기의 관성력에 영향을 미치는 가속도가 강체의 놓인 위치에 따라 민 감하게 반응한다. Fig. 8(a)는 방사선 장비가 넘어져 손상되었다. 그런데 이러한 강체의 무게와 규모는 넘어지면 인명피해로 이어질 수 있는 수준 이다. Fig. 8(b)는 의료기기에 공급하는 전력 장비가 손상된 사례를 보여주 고 있다.

    의료기기 및 장비 피해사례에서 알 수 있듯이, 이러한 피해를 줄이기 위 해서는 의료기기를 강체로 간주하고 지진발생시 강체에 작용하는 회전력 을 계산하여 정착 앵커리지를 설치하거나 바닥 미끄러짐을 고려해서 저항 마찰력을 검토해야 한다. 일반적으로 강체의 세장비와 작용하는 지진수준 의 크기에 따라서 회전 (rocking) 또는미끄러짐 (sliding) 거동을 한다. Fig. 9 는 강체로 가정할 수 있는 비구조 요소 대한 지진거동을 역학적으로 보여주 고 있다.

    의료기관의 지진피해 가운데 매우 중요한 사항은 의약품에 대한 피해이 다. 개체구성이 가볍고 흔들기 쉬운 의약품은 작은 진동에도 쓰러지기 십상 이다. 특히, 액체 타입의 의약품인 경우에는 용기가 파손되면, 내용물이 주 변으로 흘러 나가게 된다(Fig. 10). 만일, 일반인에게 노출되어 2차 피해를 일으킬 수 있는 문제점을 줄이기 위해서 액체 약물에 대한 안정적 보관이 필 요하다.

    2.5.유지관리 시설물

    병원건축물과 의료기기 운영에 필요한 유지관리 시설물은로 통신시설, 전기배관시설, 기름공급시설, 컴퓨터 전산장비 등 다양하다. 이러한 유지 관리 시설물의 거동은 의료기기 및 장비와 유사한 조건으로 건축물에 위치 하고 있어서 피해 현상 또한 유사하다 (Fig. 11). 옥외에 놓인 라이프라인이 나 HVAC관련 설비들을 배치할 때 개별적으로 배치하는 것보다 한꺼번에 전체적으로 지진력에 대비하도록 하는 것이 안정적인 지 분석해보고 배치 해야 한다.

    3.병원건축물의 성능기반 내진성능

    지진에 의한 일련의 병원건축물의 피해를 경험하고 또한 대응하는 노력 을 기울이는 과정에서 성능기반 접근법(performancebased approach)이 합리적임을 여러 연구에서 보여주고 있다. 성능기반 접 근법은 1994년 노스릿지 지진피해를 통해서 구조물의 피해 못지않게 비구 조 요소에 대한 피해가 총체적 피해의 상당부분을 차지함을 이해하고, 이에 대한 체계적인 대응방안으로 발전된 개념이다. 이러한 성능기반 접근법은 다음 2가지 측면에서 매우 유용할 것이다. 첫째, 지진위험도를 보다 세분화 하여 관리할 수 있다. 둘째, 다양한 요소들이 복합적으로 얽혀진 병원건축 물에 대하여 각 요소별로 또한 총체적으로 성능수준을 정의할 수 있다. 이 에, 성능기반 접근법을 위해서는 다음 사항들에 대한 절차들이 필요하다.

    • 지진거동에 상호연계성이 밀접한 요소끼리 구분하여 위계구조를 만든다.

    • 병원건축물에 적합한 내진등급을 정의한다.

    • 병원건축물의 성능수준을 정의한다.

    • 병원건축물에 요구되는 지진수준을 정한다.

    • 병원건축물에 대한 성능목표를 총체적 목표와 위계구조의 각 요소에 대하여 설정한다.

    3.1.병원건축물의 성능기반 위계구조

    이 연구에서 제시하는 내진성능 향상을 위한 성능기반 위계구조는 일반 적인 건축물에서 구분하고 있는 구조 및 비구조 요소의 구분(Fig. 12)을 시 작점으로 하되 병원건축물의 특수성을 고려해서 Fig. 13와 같이 개발하였 다. (1) 구조 요소, (2) 건축적 비구조 요소, (3) 의료시설 및 장비 외, (4) 유 지관리 시설물이다. 이러한 위계구조는 내진성능평가나 설계를 수행하는 데 필요한 자료구축에서부터 실제 개별요소를 평가한 후 총합하여 전체평 가를 도출하는데도 매우 유용하게 사용할 수 있다.

    구조 요소는 지반에서 전해오는 지진하중에 일차적으로 대응하는 요소 로 건축구조기준에서 분류하는 구조시스템이 가지는 내진성능의 특성을 지니고 있다고 가정할 수 있다. 건축적 비구조 요소는 천장재, 커튼월이나 외부마감재와 같이 구조시스템의 거동에 의존적인 요소이다. 따라서 구조 시스템의 어느 부분과 어떠한 상태로 결속되어 있는 가에 따라서 그 내진거 동은 현저하게 다른 모습으로 움직인다. 의료시설과 장비 외의에 포함되는 것들은 건축적 비구조 요소와 같이 구조시스템의 거동에 의존적인 요소이 다. 그런데 각 실의 기능에 따라서 배치되는 의료장비들의 규모와 설치위치 는 매우 다르다. Fig. 14에서 쉽게 이해할 수 있듯이 중환자실, 수술실 등 이 확연한 차이를 보여주고 있다. 그러므로 이러한 사항을 고려해서 다시 세분 화하여 분류하는 것이 필요하다. 한편, 유지관리 시설물의 경우에도 의료기 기 및 장비와 같이 각 시설물의 기능에 따라서 체계화해야 한다. 참고로 병 원건축물 내부에 위치하는 경우와 외부에 위치하는 경우에 대해서도 평가 또는 보강방법이 다르므로 상호 구별해서 고려해야 한다. Table 2-Table 3-Table 4

    3.2.병원건축물의 내진등급

    설계 또는 평가를 위해서는 목표가 필요하다. 성능기반 접근법에서는 다 양한 성능목표를 성능수준별로 정의하게 된다. 개정된 KBC 2016에서는 구조물에 대해서는 기능수행과 붕괴방지에 대하여 건축물의 중요도에 따 라서 다르게 설계지진 수준을 정의하고 있다. 병원건축물의 중요도는 KBC 0103.건축물의 중요도 분류에 근거해서 Table 2와 같이 구분할 수 있다. 또 한, 의료법 제3조에 의거해서 의료기관을 병상 수 및 필요 의료시설을 갖추 는 것에 따라서 의료기관을 Table 3과 같이 구분한다. 이 연구에서는 Table 3에 분류된 의료기관에 대해서 건축법을 적용해서 병원건축물의 내진등급 을 정의 하였다. 결국 우리나라 병원건축물의 내진등급은 건축법과 의료법 에 의하여 결정할 수 있는 것이다.

    3.3.병원건축물의 성능수준

    KBC 2016에서는 성능수준에 따라서 설계가속도스펙트럼의 값은 다르 게 제시하고 있지만 명확한 정의는 아직 제시되어 있지 않다. 더욱이 구조 요소와 비구조 요소를 함께 아울러야 하는 병원건축물에 대하여 적용 가능 한 성능수준의 정의는 새롭게 개발되어야 한다. 한편, 미국에서는 Table 5 에서 보여주는 바와 같이 구조 요소와 비구조시 요소의 성능수준을 하나의 매트릭스에서 정의함으로써, 개별적으로 또한 총체적으로 성능수준이 상호 연계성을 가질 수 있도록 마련하고 있다. 개념적으로는 우리나라 병원건축 물에 대한 내진성능수준을 정의하는데도 사용될 수 있을 것으로 보여 진다.

    3.4.병원건축물의 지진수준

    병원건축물의 구조물에 요구되는 지진수준은 일반구조물에서와 마찬 가지로 (1) 건축물이 위치하고 있는 지역의 지진재해 수준, (2) 지반조건과 (3) 건축물의 중요도에 의해서 결정된다. 성능기반 접근법을 따르기 위해서 는 내진성능 평가 또는 내진설계에 사용되는 지진수준 또한 성능수준에 따 라서 다르게 정의한다. 병원건축물의 구조물의 중요도는 Table 2에서와 같 이 결정한다. 병원건축물을 구성하고 있는 비구조요소의 지진수준 또한 KBC 2016기준을 토대로 구조물의 성능수준에 걸맞은 지진수준을 정의한다.

    3.5.병원건축물의 내진성능목표

    각 병원건축물마다 관련법적 기준을 만족하는 범위에서 원하는 내진성 능목표를 결정할 수 있다. 그러함에도 불구하고, 재해발생시 병원은 국가적 차원에서 관공서, 경찰서, 소방서와 같이 주요 위기대응 시설물로 분류되므 로 이에 걸맞은 내진성능목표를 설정해야 한다. 또한, 개별 병원건축물의 중요도뿐만 아니라 주변지역사회에 미치는 의료서비스의 비중을 고려해서 내진성능목표를 결정하는 것이 필요하다. 일단, 병원건축물의 총체적 내진 성능목표가 결정되면, 이 목표에 맞춰서 구조 및 모든 비구조 요소들도 일관 된 내진성능목표를 만족해야 한다.

    4.우리나라 병원건축물의 지진위험도평가

    우리나라 건축물에 대한 내진설계기준은 1988년 이후, 시간 차이를 두 고 단계적으로 변화해오고 있다. 따라서 기존 병원건축물의 내진성능확보 수준은 건설시기에 따라서 다양할 것이다. 더욱이 지금까지 병원건축물에 대한 내진설계는 특정 시기 이후의 구조물의 내진설계에 초점을 두었다. 이 에, 국가적인 차원에서 의료시설에 대한 지진위험도평가는 시급하게 선행 되어야 할 것이다. 이는 (1) 기존병원건축물의 내진성능보강에 대한 우선순 위를 결정하는데 사용하고 (2) 신축 병원건축물의 내진설계를 위한 성능수 준 정의에 필요하기 때문이다.

    일반적으로 지진위험도는 구조물이 위치할 지역의 지진재해수준과 평 가대상 구조물의 지진취약도(seismic vulnerability)의 함수로 표현한다. 따라서 지진위험도평가를 위해서는 지진재해수준과 병원건축물의 취약도 를 마련해야 하는 일련의 과정들이 뒤따른다. 이 연구에서는 성능기반 병원 건축물의 지진위험도평가를 위한 개념적인 프레임워크를 Fig. 15와 같이 제시한다.

    다양한 성능수준에 대한 지진위험도평가를 위해서, 우선적으로 시나리 오 설정부터 시작하도록 체계화 하였다. 각 시나리오를 통하여 지진재해수 준을 정하고, 해당하는 재해수준에서 발생할 수 있는 손상수준을 결정하여 성능한계로 사용하게 된다. 또한, 병원건축물의 내진성능기반 위계구조의 각 요소에 대하여 내진성능평가를 수행한다. 요소별 내진성능평가를 마친 이후 요소별 지진취약도를 산정하게 된다. 요소별 취약도 평가결과를 토대 로 병원건축물의 총체적 지진취약도를 결정하여 시나리오에서 설정한 지 진재해수준에 대한 지진위험도를 최종 결정하게 되는 것이다. 세부과정을 거치는 동안에 상호연계성을 고려해야하는 작업에 대해서는 반복 작업이 발생할 것이다.

    구조물의 지진취약도의 평가는 평가단계의 수준(예, 예비평가 또는 상 세평가), 평가방법(경험적 방법, 구조해석적 방법, 혼합방법, 취약도함수 이용방법), 평가대상의 복합성(예, 단일 대상 또는 복합 대상) 등 여러 가지 상황에 따라서 다양한 방법들이 가능하다. 한 단계 더 나아가 예상되는 연간 피해 손실(expected annual loss)을 계산하는 방법을 이용하면, 기존 병원 건축물의 잔존 사용기간 동안에 발생할 수 있는 피해수준을 산출할 수 있을 뿐 아니라, 예상되는 피해수준에 따르는 비용과 내진설계에 소요되는 비용 을 상호 비교함으로써 경제성을 고려한 내진성능향상 대안마련에 효과적 으로 사용할 수 있을 것이다.

    5.결론 및 향후 연구

    이 연구에서는 우리나라 병원건축물의 내진성능향상을 위한 기초자료 를 마련하기 위해서 과거 병원건축물에 대한 지진피해사례를 조사 분석하 고, 성능기반 접근법에 부합하는 내진성능 설계 및 평가에 필수적인 주요 개 념들을 정립하였다.

    다양한 요소들이 복합적으로 구성되어 있는 병원건축물을 지진으로부 터 보호하기 위한 관점에서 병원건축물의 구성요소에 대한 위계구조를 마 련하였다. 건축물의 구조적 거동과 병원의 기능을 구별해서 체계적으로 다 룰 수 있도록 위계구조를 (1) 구조 요소, (2) 건축적 비구조 요소, (3) 의료시 설 및 장비 외와, (4) 유지관리 시설물의 4부분으로 구성하였다. 이러한 위 계구조는 기존 병원건축물의 지진피해사례 분석을 비롯해서 병원건축물의 성능기반 내진성능 향상 방안 제시와 병원건축물의 지진위험도평가를 위 한 프레임워크 개발에 사용되었다.

    병원건축물의 구조요소와 다양한 비구조요소에 대한 내진성능을 전체 적으로 일관성을 확보하기 위해서는 성능기반 접근법이 합리적이다. 이 연 구에서는 성능기반 접근법 사용에 필요한 병원건축물의 내진등급을 제시 하였고, 각 내진등급에 대한 성능수준별 설계지진을 연계해서 살펴보았다. 여기서 제시된 내진등급은 의료법에 근거해서 구분된 5 가지의 의료기관에 대해서만 KBC 2016을 적용하여 저자들이 제시해 본 것이다. 이 연구에서 는 근거기준에 의거해서 단순히 개별병원에 대한 내진등급을 규모와 전문 적 의료시설의 구비 수준에 따라서 특등급, I등급, II등급으로 분류한 것이 다. 실제 재해의 범위가 넓은 경우, 개별 의료기관의 대응뿐만 아니라 의료 기관의 공조체계 또한 중요하다. 이러한 상황을 고려해서 내진등급은 재조 정되어야 할 것이다.

    국가적인 차원에서 병원건축물의 지진위험도 수준을 파악하고, 병원건 축물에 대한 내진설계 수준을 정비하기 위해서는 우리나라 지진특성을 반 영한 병원건축물의 지진위험도평가가 맨 먼저 수행되어야 한다. 이를 위해 서 이 연구에서는 병원건축물의 지진위험도평가를 위해서 필요한 일련의 작업내용을 체계화한 프레임워크를 개발하여 제시하였다. 재해 시나리오 를 설정하고, 지진재해 결정과 병원건축물의 4가지 구성 요소에 대한 내진 성능 수준을 평가하여 총체화하도록 하였다. 특히, 지진위험도 평가를 예상 되는 연간 피해수준으로 산정한다면 경제성을 고려한 합리적이고 단계적 인 내진설계가 가능하다. 또한, 하나의 시나리오 설정상황에서 구체적인 작 업들은 상호 유기적으로 연계되어 있으므로 내부적으로 반복과정을 거쳐 야 할 것이다.

    실제 우리나라 병원건축물의 내진성능향상을 실현시키기 위해서는 이 연구에서 제시한 개념들 각각에 대하여 구체적인 연구들이 체계적이고 신속 하게 이뤄져야 할 것이다. 아직 병원건축물의 내진설계에 대한 개념이 미약 한 국내 현 시점에서는 병원건축물의 내진설계관련 관계자들의 합의체 구성 이 가장 중요한 상황이다. 이러한 합의체를 중심으로우리나라 병원건축물 의 지진위험도평가를 서둘러야 한다. 지진위험도평가를 반복수행해 가는 과정에서 의료기관의 내진등급과 성능수준이 보다 현실적으로 재정립 될 것 이다. 특히, 해외 병원지진피해사례를 겪을 때마다 강조되는 점이 재해가 발 생한 초기 대응시점에 병원의 정상가동이 가장 중요했다는 점을 고려하여 구조 및 비구조요소에 대한 내진등급과 성능수준이 설정되어야 한다.

    / 감사의 글 /

    본 연구는 국토교통부 도시건축 연구개발사업의 연구비지원(16AUDPB066083- 04)에 의해 수행되었으며, 연구비 지원에 진심으로 감사드립니다.

    Figure

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    Typical investment in building construction[Miranda]

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    Hospital damage due to 2011 Christchurch earthquake

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    1971 Sylmar Earthquake

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    Examples of structural damage of 1994 Northridge Earthquake

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    Examples of architectural-nonstructural damage[15]

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    Example of bracing of ceiling system [FEMA 577]

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    Examples of architectural-nonstructural damage[EERI Miranda]

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    Examples of medical equipment damage[FEMA E-74]

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    Rigid block motion of medical equipment

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    Examples of utility damage

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    Examples of utility damage

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    Classification of structural and nonstructural elements of general building[FEMA 74][15]

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    A hierarchy of Classification of structural and nonstructural elements of hospital building

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    Examples of medical facility equipped in different rooms

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    A conceptual framework for the seismic risk assessment of hospital building using performance-based approach.

    Table

    Performance of all hospital buildings in the Northridge Earthquake at 23 hospital sites with one or more yellow or red tagged buildings[12]

    KBC-based Building Importance for hospital building

    Classification of medical institution based on the medical law of Korea and its building importance

    1)medical institution whose total floor area is greater than 1,000 m2
    2)medical institution whose total floor area is less than 1,000 m2

    KBC-based Performance levels

    1)User or designer can assign performance objective level.
    2)Design spectral acceleration of 0306.3 seismic hazard map.

    Combination of structural performance and nonstructural performance levels[18,19]

    Reference

    1. Achour N , Miyajima M , Kitaura M , Price A (2011) Earthquakeinduced structural and non-structural damage in hospitals , Earthquake Spectra,
    2. Taghavi S , Miranda E (c2003) 2003 Response Assessment of Non-structural Buil ding Elements. Report No. 2003/2005, Pacific Earthquake Engeneering Research Center,
    3. (1953) http://www.oshpd.ca.gov/FDD/seismic_compliance/SB1953/SPC-4D_Regulations.html, Vol.SPC-4D_Regulations.html 0000, 00
    4. http://www.stuff.co.nz/national/health/2872344/400m-plan-for-Christchurch-hospital,
    5. http://www.stuff.co.nz/national/health/8440716/600m-for-citys-hospital-rebuild,
    6. Architectural Institute of Korea (c2016) Korean Building Code (KBC 2016),
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    8. Lew H S , Leyendecker EV , Dikkers RD (c1971) Engineering Aspects of the 1971 San Fernando Earthquake, Building Science Series 40, U. S. Department of Commerce, National Bureau of Standards,
    9. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (1973) Leonard Murphy, Scientific Coordinator, San Fernando, California Earthquake of February 9, Volume 1, Part A, U.S. Department of Commerce, NOAA,
    10. FEMA 396 (c2003) Incremental Seismic Rehabilitation of Hospital Buildings: Providing Protection to People and Buildings, Federal Emergency Management Agency,
    11. FEMA 461 (c2007) Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristics of Structural and Nonstructural Components, Applied Technology Council for the Federal Emergency Management Agency,
    12. SSC (c1994) A Compendium of Background Reports on the Northridge Earthquake, Seismic Safety Commission, SSC No. 94-08
    13. http://www.ngdc.noaa.gov/hazardimages/picture,
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    15. Huang W , Toranzo-Dianderas LA , Reynolds AD , Gacan Jr , Wallace JW (c2008) A Case Study of Performance-based Seismic Evaluation and Retrofit of an Existing Hospital Bilding in California, US , The 14th World Conference on Earthquake Engineering. Beijing China,
    16. FEMA 577 (c2007) Design Guide for Improving Hospital Safety in Earthquakes, Floods, and High Winds,
    17. file:///C:/Users/snu/AppData/Local/Microsoft/Windows/INetCache/IE/3KQU17LH/Miranda-Mosqueda-Pekcan-Nonstructural-Brief-report.pdf,
    18. FEMA E-74 2011 (c2011) Reducing the Risks of Nonstructural Earthquake Damage - A Practical Guide, Federal Emergency Management Agency,
    19. ASCE 41-13 (c2013) 2013 Publication Anticipated Seismic Evaluation and Upgrade of Existing Buildings, American Society of Civil Engineers, Public CommenEdition available through the American Society of Civil Engineers