[공학저널 전찬민 기자] 현재 토목구조와 관련해 이슈를 꼽으라면 그 중 하나가 ‘공통하중기준(안)’이다.
항만시설물을 구축하면서 가설 크레인의 설계를 할 때 풍하중은 주요 하중의 하나이기 때문에 적정 수준의 설계하중을 재하해 설계를 하게 된다. 또한 다른 시설물이지만 해상교량을 건설하려고 할 때에도 역시 설계 풍하중은 중요하다.
하지만 관리주체가 다르다 보니 활용하는 설계기준도 다르다. 이는 시설물마다 목표하는 수명이나 중요도가 다르므로 안전율도 다르고 설계방법도 다른 것이 당연할 수 있다. 다만, 다른 시설물이라도 동일한 지역과 환경에 놓인다면 설계 풍하중의 근간이 되는 재현주기별 기본풍속은 동일한 수준이 되는 것이 이치에 맞다. 시설물이 다르더라도 풍하중을 결정하는 풍속은 공학적으로 같기 때문이다.
‘국토의 계획 및 이용에 관한 법률’ 제2조 제6호에 따르면 기반시설을 교통시설, 공간시설, 유통공급시설, 공공문화체육시설, 방재시설, 보건위생시설, 환경기초시설로 크게 구분하고 있다. ‘지진재해대책법’ 제 14조에도 배수갑문, 공항시설, 수문, 농업생산기반설, 댐, 도로시설물, 가스저장시설, 도시철도, 크레인과 리프트, 석유저장시설, 송유관, 폐수처리시설, 수도시설, 어항시설, 원자로와 관계시설, 변전설비와 송전설비, 철도시설, 매립시설, 하수처리시설, 고속철도, 항만시설, 공동구, 궤도, 유기시설, 전기통신설비, 물류시설, 공급시설, 기타 대통령령으로 정하는 시설 등 다양한 시설물이 규정돼 있다.
이외에도 국방시설도 중요한 영역 중 하나다. 이러한 시설물의 설계에 대해서는 현재 국가건설기준센터에서 공통편, 시설편, 사업편 등으로 구분해 설계기준을 코드화함으로써 시설물간 중복을 피하고 일관성 있는 설계가 가능하도록 추진하고 있다. 하지만 모든 시설물이나 사업편에 공통적으로 적용될 수 있는 하중기준은 아직 논의가 진행되지 못하고 있다.
대한토목학회 구조위원회는 이러한 토목시설물에 대한 구조공학적 발전에 기여함을 목표로 강구조위원회, 콘크리트위원회와 더불어 구조관련 이슈를 공동으로 해결해 나가고 있다. 특히 구조위원회가 올해 발표한 사업목표 중 가장 중요한 것이 바로 토목시설물에 적용할 ‘공통하중기준(안)’의 제정이다.
구조위원회의 공통하중기준 도출의 목표는 올해 처음 논의되는 것은 아니다. 이미 지난 2020년 7월 대한토목학회 자체사업으로 구조위원회에서 보고서를 발행한 바 있다. 이노스기술㈜ 조성국 대표가 연구책임을 맡아 진행한 ‘국가 공통하중기준 개발 연구’ 보고서에 따르면 고정하중, 토압과 정수압, 활하중, 홍수하중, 적설하중, 강우하중, 결빙하중, 지진하중, 풍하중, 교량하중, 선박 충돌하중, 차량하중, 기타하중으로 구분해 안을 제시한 바 있다.
이번에 목표로 하는 기준은 이 보고서를 토대로 ASCE 7-16, Eurocode 뿐만 아니라 현재 관리주체별로 적용하고 있는 시설물 기준들도 참고해 업그레이드할 계획이다.
대한토목학회 구조위원회 김호경 위원장(사진)은 “이미 시설물편에서 잘 정의된 하중은 그 하중을 담당하는 기준을 언급해 따르도록 하면 될 것”이라며 “이를테면 차량활하중의 경우, KDS 24 00 00에서 제시한 하중을 따르는 것이 합리적이라고 판단되며 이를 언급함으로써 코드 간 중복도 피할 수 있게 된다”고 말했다.
그는 이어 “또한 교량과 장대교량 분야에서 도입하고 있는 신뢰도기반 설계법의 축적 기술을 적용해 하중에 대한 확률특성도 한 단계 발전시키는 계기가 됐으면 한다”며 “하중의 재현주기에 대한 확률적 접근은 앞으로 받아들이게 될 성능기반설계법(Performance-based Design)으로의 전환에도 크게 기여할 것”이라고 덧붙였다.
그 과정에서 주요 자연재해하중 사이에는 재현주기별 목표성능을 일관성 있게 맞추는 노력이 필요하다. 예를 들어 지진하중에서의 붕괴방지수준에 대한 비초과확률과 풍하중에서의 플러터 발현을 방지하는 한계풍속에 대한 비초과확률을 공학적 일관성 있는 개념 하에 제시하는 것을 의미한다. 이러한 시도는 외국에서도 아직 체계적으로 접근하지 못하는 실정이며, 작지만 저력을 갖고 있는 한국형 제안이 K-브랜드 가치를 갖고 미래 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
하지만 지금의 노력은 학회 울타리 내에서 관련 전문가들이 모여 재능기부식의 기여에 의지하는 상황이다. 공통하중기준이 어느 정도 모양을 갖추기 시작한다면 국가건설기준센터나 국토교통부와 협의해 공통설계기준의 정식 안을 도출하는 공공 과제화할 필요가 있다는 것이 김 위원장의 의견이다.
김 위원장은 “이러한 움직임은 앞으로 1-2년 정도면 가시화될 것으로 보이며, 보다 많은 분들이 다양한 분야에서 관심을 갖고 참여해 주기를 바란다”며 “비록 구조위원회에서 시작됐지만 다양한 시설물의 관리주체들이 공감하는 공통하중기준을 도출하기 위해 대한토목학회 내 다른 전문위원회 뿐만 아니라 유관학회, 협회와의 논의를 지속적으로 이어갈 예정”이라고 말했다.
