"지진에 버티는 철강재"..포스코, 내진 강건재 늘린다

내진 관련 강재 솔루션 개발·적용 확대 박차
초고층빌딩, 국제공항 등에 포스코 내진강 사용

서울 여의도의 초고층 빌딩 파크원에는 포스코가 개발한 내진강화 시스템 STS 웨이브 물탱크가 적용됐다. 파크원은 지난 2020년 7월 준공됐다. 포스코 제공

[파이낸셜뉴스] 포스코가 개발한 내진 강재의 활용 영역이 넓어지고 있다. 내진 강재는 지진 발생 시 인명 피해, 2차 참사 등을 막는데 중요한 역할을 한다. 내진은 지진에 견디는 것이다.

■포스코 "내진 강재 솔루션 개발 확대"
31일 포스코는 "대형건축물, 공공이용시설 등에 안전한 내진 강재가 쓰이는 것이 더욱 중요해질 것"이라며 "내진 관련 강재 솔루션 개발과 적용 확대에 박차를 가할 예정"이라고 밝혔다.

내진 설계는 건축물이 지진에 버티며 붕괴하지 않도록 해 인명 손상을 막기 위한 목적의 구조 설계를 말한다. 내진 구조에는 내진구조, 제진구조, 면진구조가 있다.

내진구조는 구조물 자체가 지진에너지에 견디는 것이다. 면진은 구조물에 전해지는 지진에너지를 줄이는 것, 제진은 지진에너지 자체를 소산시키는 것을 말한다.

내진설계 대상 구조물과 구성 부재는 건축물의 하중을 지탱할 수 있도록 충분한 강도를 갖춰야 한다. 지진의 흔들림에 유연하게 대응할 수 있는 연성도 지니고 있어야 한다.

연성은 철강이 지닌 대표적인 특성이다. 당기는 힘을 받아 파괴되기 전까지 늘어나는 성질이다. 반대로 부서지거나 깨지는 성질이 취성이다. 콘크리트가 대표적이다. 콘크리트에 철근을 함께 사용하는 가장 큰 이유도 연성을 확보하기 위해서다.

건축물의 구조재로 가장 많이 사용되는 재료는 철강, 콘크리트, 목재다. 이 중 외부 충격을 가장 잘 흡수하면서 균열이나 파괴 가능성이 가장 낮은 것이 철강이다. 포스코 관계자는 "지진이 자주 발생하는 일본과 대만에서는 건축물, 교량 등 구조물의 내진성능을 확보하기 위해 강구조를 우선적으로 적용하고 있다"고 했다.

현재 설계 기준상 항복비(항복강도를 인장강도로 나눈 값)가 0.85 이하면 내진용 강재로 분류된다. 항복비가 낮을수록 내진성능이 우수하다. 이는 지진 등의 충격으로 건축물이 기울어지기 시작해서 붕괴되기 전까지 대피 등 지진에 대응할 수 있는 시간을 그만큼 더 확보할 수 있다는 것이다. 항복강도는 원래 상태로 돌아갈 수 있을 때의 최대 힘이다. 항복강도를 넘어 더 많은 힘을 가하면 물체가 늘어나면서 마지막에는 절단된다. 절단되기 전까지 가해지는 힘 중 가장 큰 힘을 인장강도라고 한다.

삼성물산이 시공중인 대만 타오위안 국제공항 제3터미널 신축 공사에 들어가는 건설용 내진 후판 7만t을 포스코가 전량 수주했다. 대만 타오위안 공항 제3터미널 조감도. 포스코 제공

포스코가 개발 제작하는 SN(Steel New)강, HSA600이 항복비 0.8로 대표적인 내진강이다. 포스코는 1995년 SN강재개발 상용화에 성공했다.

포스코의 SN강재는 신도림 테크노마트, 고양 체육관 등 일반 건축물에서부터 대형 공공시설까지 사용되고 있다. 삼성물산이 시공중인 대만 타오위안 국제공항 제3터미널 신축 공사에 들어가는 건설용 후판 7만t을 포스코가 전량 수주했다. 후판 7만t 중 SN재가 90% 이상을 차지한다.

■롯데월드타워에 1.7배 강한 내진강재 적용
HSA는 내진 성능을 가진 건축구조용 전용 강재이다. 그중 인장강도 600Mpa과 항복비 0.8을 보증하는 HSA600은 포스코가 생산하고 있다. 기존 건축구조용 일반 강재보다 약 1.7배 강하다. 중량은 약 30% 가벼워 초고층 건물에 쓰이고 있다. 롯데월드타워와 서울대 관정도서관, 동대구역 복합환승센터 등에 적용됐다.

건축물이 제대로 된 내진성능을 확보하기 위해서는 내진 강재의 품질 확보가 중요하다. 이뿐 아니라 강재와 강재를 접합하는 용접 기술과 건물의 연성능력을 유도하는 보기둥 접합부의 디테일이 동시에 갖춰져야 한다.

구체적으로 알아보면, 바람이나 지진으로 건축물이 휘거나 변형되는 정도를 층간변위라 한다. 보기둥 접합부의 내진 등급은 보와 기둥 접합부가 견뎌내는 층간변위의 정도(층간변형각)에 따라 세가지로 구분한다. 보통모멘트(1%), 중간모멘트(2%), 특수모멘트(4%) 접합부다. 중간모멘트, 특수모멘트로 갈수록 내진성능이 높아지는 것이다. 내진성능이 높아진만큼 안정성을 인정받아 구조부재의 물량을 추가로 10~20% 절감할 수 있는 효과가 있다.

최근 포스코는 세계 최대 사이즈의 특수모멘트 개발 및 설계, 제작 기술을 상용화했다. 그간 국내에는 중간모멘트나 특수모멘트 접합부로 설계·제작·시공할 수 있는 기술이 없어 내진접합부를 이용 사례가 거의 없었다.

포스코의 상용화 이후 발주처나 건설사에서 내진 접합부를 적용하는 사례가 늘고 있다. 포스코의 내진강을 절단 후 용접해 만든 맞춤 형강(Pos-H), ES-Column, P-Box, 강재댐퍼(HIPER-DAMPER), 삼축내진말뚝, STS 웨이브 물탱크 등이 그것이다. Pos-H는 세계 유일하게 보 높이 1500mm에 대해 특수모멘트를 구현하고 있다. 고양 데이터센터, 창원 스타필드 등에 적용됐다. ES-Column은 각형 강관의 내부에 구멍이 있는 원형 강관을 삽입, 구멍 안에 콘크리트를 채우는 합성기둥시스템이다. 넥센 R&D센터 등에 적용됐다.

포스코가 개발한 STS 웨이브 물탱크는 벽체가 평평한 형태의 패널이 아닌, 물결 모양이다. 높은 내식성(STS304 수준)을 가지면서도 항복강도가 높은 고강도 스테인리스강 패널로 구성돼 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 적용됐다.