고유주기 (natural period)
쉽게 풀면
건물이 스스로 한 번 흔들렸다가 제자리로 돌아오는 데 걸리는 시간이에요. 건물을 옆으로 밀었다 놓았을 때 스스로 한 번 흔들리는 데 걸리는 시간으로, 건물마다 고유한 값을 가진다.
왜 중요한가
고유주기는 지진동의 주기 성분과 얼마나 공진하는지를 결정하기 때문에, 내진 설계에서 지진력을 산정하는 응답스펙트럼의 입력값이 됩니다. 실무에서는 층수로 고유주기를 어림하는 약산식을 쓰며, 지진공학 연구에서는 실측 고유주기와 해석값의 차이로 비구조 요소나 손상의 영향을 추정합니다. 건물의 고유주기는 설계 단계에서 근사식으로 추정한 뒤, 상세 구조해석을 거치며 실제 질량과 강성 분포를 반영해 더 정밀한 값으로 보정된다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
산정된 고유주기 값을 근거로 장주기 지진동과의 공진 가능성을 검토한 사례를 설명한다.
건물이 흔들리는 주기와 땅이 흔들리는 주기가 비슷하면 진동이 서로를 키워 피해가 더 커질 수 있다는 설명이다.
조금 더 깊게 보면
고유주기는 질량과 강성으로 정해지므로 같은 층수라도 벽식 구조는 짧고 라멘 구조는 깁니다. 지진 후 손상이 생기면 강성이 줄어 주기가 길어지는데 이 변화 자체가 손상 지표로 쓰이기도 합니다. 면진은 고유주기를 의도적으로 늘려 공진을 피하는 기술이며, 연약 지반처럼 장주기 지진동이 우세한 곳에서는 장주기 건물이 오히려 취약하다는 점이 중요합니다. 고유주기는 건물의 질량이 클수록, 강성이 작을수록 길어지며, 지반의 고유주기와 건물의 고유주기가 가까워지면 공진에 의해 진동이 증폭되는 위험이 커지므로 내진설계에서 중요하게 다뤄진다.
주의할 점
고유주기는 건물이 높고 유연할수록 길어지는 경향이 있어, 초고층 건물은 단주기보다 장주기 지진동에 더 민감하게 반응할 수 있다는 점을 유의해야 한다. 실제 완공된 건물의 고유주기는 마감재나 비구조요소의 강성 기여로 인해 설계 단계의 계산값보다 짧게 측정되는 경우가 있어, 계측을 통한 검증이 이루어지기도 한다. 리모델링으로 벽체를 철거하거나 무거운 설비를 추가하면 건물의 강성과 질량이 변해 고유주기가 준공 당시와 달라질 수 있다.