'강철 공'의 마술…7.4 강진에도 끄떡없는 대만 최고층 빌딩 '타이베이 101'

타이베이 101 빌딩은 철근 콘크리트와 강철을 결합한 구조 덕분에 7.4의 강도 높은 지진파에 흔들려도 큰 피해 없이 버틸 수 있었다.

최근 발생한 규모 7.4의 지진은 섬나라 대만 전체를 뒤흔들었다. 그 여파로 섬 전역에 엄청난 피해가 발생했지만, '강철 공'을 설치한 놀라운 공학기술 덕분에 타이빼이의 초고층 빌딩은 혼란 속에서도 끄떡없이 견딜 수 있었다.

지진으로 인해 많은 건물이 무너졌지만 한때 세계에서 가장 높은 마천루였던 타이베이 101은 살아남았다. 그 비결은 바로 혁신적인 설계 요소, 특히 '튜닝 매스 댐퍼'라는 거대한 강철 구슬에 있다.

타이베이 101의 조정된 '튜닝 매스 댐퍼'는 92개의 두꺼운 케이블을 이용해 마천루 안에 매달린 거대한 황금색 구슬을 말한다. 이 구슬은 87층과 92층 사이에 설치되어 있다.
무게 660t에 달하는 이 장치는 운동 에너지를 효과적으로 흡수하여 타워의 구조적 고장을 방지하는 역할을 한다. 지진공학에서 건물이나 교량과 같은 구조물에 지진력의 영향을 완화하기 위해 자주 사용된다.

과연 이 황금 구는 어떻게 작용했을까? 질량은 지진 운동에 반응하여 진동하도록 설계되었지만 구조의 공진 주파수에 대응하도록 조정된 주파수로 진동한다.

지진이 발생하면 건물이나 구조물의 공진 주파수를 포함하여 다양한 주파수에서 땅이 흔들린다. 이 공명은 흔들림을 증폭시켜 구조물 손상이나 붕괴로 이어질 수 있다. 타이베이 101은 튜닝된 질량 댐퍼를 설치하여 건물의 자연 진동과 위상을 달리하는 질량을 도입함으로써 이 공진에 효과적으로 대응할 수 있었다.

건물이 흔들리면 댐퍼의 질량이 반대 방향으로 움직여 지진파의 에너지를 흡수하고 소멸시킨다. 이를 통해 건물의 움직이는 진폭을 줄이고 구조적 손상을 최소화할 수 있다.

조정된 '튜닝 매스 댐퍼'는 일반적으로 고층 또는 초고층 빌딩과 기타 지진력에 취약한 구조물에 사용된다. 이 방식은 건물의 내진 복원력을 강화하고 지진 발생 시 거주자의 안전을 보장하는 효과적이고 비용 효율적인 방법으로 알려져 있다.


김진영 글로벌이코노믹 기자