Myongji University Microsystems Laboratory Directed by Prof. Sang Kug Chung

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올해 7월 공진(共振)으로 대피소동이 벌어졌던 서울 광진구 강변테크노마트에 이상 진동을 줄일 수 있는 진동제어기가 내년 8월 설치된다. 공진은 바깥에서 발생한 진동수가 물체의 고유 진동수와 맞아떨어지면서 진동량이 커지는 현상이다. 그동안 초고층빌딩의 진동을 없애기 위한 장치 대부분은 수입에 의존했지만 테크노마트에 들어서는 제어기는 순수 국내 기술로 만들었다.

국토해양부 초고층빌딩 설계기술 연구단은 2009년 4월 초고층 빌딩 ‘진동제어기술’ 개발에 착수해 2년 4개월 만인 올해 8월 기술개발을 완료하고 내년에 테크노마트에 적용한다고 16일 밝혔다. 이에 앞서 국토부와 테크노마트 건물주인 프라임산업, 장비 제작사인 TE솔루션은 이 기술을 테크노마트에 적용한다는 내용의 양해각서를 9월 체결했다.

정란 연구단장(단국대 건축공학과 교수)은 “현재 테크노마트에 적합하도록 장비 설계를 수정하고 있다”며 “내년 2월 적용 설계가 끝나면 제작과 테스트를 거쳐 8월경 테크노마트 옥상에 설치할 수 있을 것”이라고 말했다. 이어 “설치 후 올해 했던 태보 시연을 통해 기술력을 검증받을 것”이라고 덧붙였다.

○ 국산 기술로 테크노마트 ‘공진’ 잡는다

연구단이 개발한 진동제어기는 크기는 컨트롤박스를 포함해 가로 세로 각 10m 정도며 옥상에 설치한다. 옥상에 충격을 흡수하는 용수철을 설치하고 그 위에 넓은 철판을 놓은 뒤 다시 사각형으로 된 무게 50t의 철판을 올려놓는다. 용수철 위에 놓인 철판은 다시 레일로 연결돼 좌우로 움직일 수 있다. 옥상에서 50t의 무거운 철판이 건물에서 발생하는 진동의 반대 방향으로 움직이면서 진동을 상쇄시킨다.

진동제어기는 건물이 하중을 이겨낼 수 있도록 옥상의 기둥 위치에 설치한다. 기둥 위치에 하중이 실리는 지지대를 설치하고 철판을 올려놓기 때문에 힘이 분산돼 50t이라고 해도 무너지는 염려는 없다고 연구진은 설명했다.
테크노마트에서 발생했던 상하 방향의 진동이 발생하면 철판은 진동과 반대 방향으로 움직인다. 진동이 위로 향할 때는 용수철이 눌리면서 철판이 아래로 내려와 진동을 상쇄시킨다. 진동이 아래로 향할 때는 용수철이 늘어나면서 철판이 위로 올라간다. 정 단장은 “자동차에 있는 충격흡수 장치와 비슷하다”고 설명했다.

○ 태풍 등의 바람 진동도 막아줘

고층건물에서 신경을 써야 하는 진동은 공진뿐만이 아니다. 상층부에서 발생하는 강한 바람에 의한 좌우 진동도 문제를 일으킬 수 있다. 바람이 불어 건물이 한쪽으로 움직이면 철판이 레일을 따라 반대쪽으로 이동하면서 균형을 잡아준다. 정 단장은 “태풍이 불어와도 견딜 수 있을 정도로 설계했다”며 “이번에 개발한 진동제어기 하나로 수직과 수평 방향의 진동을 모두 없앨 수 있다”고 말했다.

초고층 빌딩에서 발생하는 진동을 없애는 기술은 이제껏 외국 기술을 수입해 사용했다. 캐나다, 일본, 미국 등이 관련 기술을 갖고 있지만 설계 기술을 공개하지 않았기 때문이다. 또 수평 방향과 수직 방향의 진동을 함께 제어할 수 있는 장비가 개발되지 않아 건물주들이 이를 해결하려면 수평·수직 방향의 진동제어 장비들을 따로 구입해야 했기 때문에 비용도 많이 들었다.

하지만 연구단이 개발한 장비의 가격은 수입하는 장비의 절반 정도인 10억 원대인 것으로 알려졌다. 정 단장은 “수평과 수직 방향의 진동을 모두 감쇄할 수 있는 데다 기술력도 캐나다나 일본에 뒤지지 않는다”며 “수입 대체 효과도 누릴 수 있어 경제적이다”라고 말했다.

원호섭 동아사이언스 기자 wonc@donga.com
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