기호설명

1. 연구배경 및 목적

2017년 11월 15일 발생한 포항 지진은 규모 5.4의 중규모 지진으로, 계측 이래 대한민국에서 두 번째로 큰 규모의 지진에 해당한다. 이 지진은 학교, 병원, 산업시설 등 다양한 건축물에 구조적 손상을 유발하였을 뿐만 아니라, 배관, 설비, 기계 시스템과 같은 비구조 요소에도 광범위한 피해를 발생시켰다.⁽¹⁾ 특히 포항 지진은 비교적 단주기 성분이 지배적인 지진으로 보고되었으며, 이러한 지진 특성은 구조체보다 고유주기가 짧은 설비 및 배관 시스템의 동적 응답을 크게 증폭시킬 수 있는 조건으로 작용한다. 포항 및 경주 지진 이후 국내에서도 구조물 중심의 내진 설계에서 나아가, 설비 및 배관 시스템을 포함한 비구조 요소의 내진 성능 확보에 대한 중요성이 본격적으로 인식되기 시작하였다.

설비 배관 시스템은 구조체에 비해 상대적으로 강성이 낮으며 배관의 지지 조건, 배치 형상 및 연결 방식에 따라 동적 거동 특성이 크게 달라지는 특징을 가진다. 특히 냉각수 배관은 설비 배관 중에서도 관경이 크고 배관 길이가 길게 구성되는 경우가 많아, 지진 하중 작용 시 질량에 기인한 관성력의 영향이 상대적으로 크게 나타난다. 이러한 특성으로 인해 지진 발생 시 냉각수 배관에서는 응력 증가, 과도한 변위 발생, 그리고 앵커 및 지지부에 작용하는 반력 증대가 발생할 가능성이 있으며, 이는 설비 시스템의 구조적 안정성뿐만 아니라 운전 신뢰성 측면에서도 중요한 문제로 작용할 수 있다. 따라서 냉각수 배관은 설비 배관 중에서도 지진 하중에 대한 동적 응답 평가가 요구되는 중요한 대상이라 할 수 있다.⁽²⁾

설비 및 소방 배관과 같은 비구조 요소의 내진 성능 평가는 설계 기준에서 제시하는 등가 정적 해석(Equivalent Static Analysis) 절차에 기반하여 수행되고 있다. 이러한 설계 방식은 설비 중량, 구조물의 중요도 등을 고려하여 지진하중을 산정하므로 설계 절차가 간소하고 실무 적용성이 높다는 장점이 있다. 그러나 배관 시스템의 고유주기나 실제 지진 입력의 주파수 특성을 직접적으로 반영하지 못한다는 한계점을 가진다. 특히 포항 지진과 같이 특정 지역에서 관측된 실제 지진은 단주기 성분이 지배적인 특성을 보이는 것으로 보고되었으며, 이러한 지진 특성은 고유주기가 짧은 배관 시스템의 동적 응답을 증폭시킬 가능성이 있다. 이에 따라 설비 배관 시스템의 중요도가 높거나 보다 정밀한 응답 평가가 요구되는 경우에는 현행 기준에 따른 정적 하중 검토 외에도 지진 입력의 주파수 특성과 배관 시스템의 고유 진동 특성을 고려한 동적해석 검토가 필요하다.

건축물 내진 설계 기준(Korean Design Standard(KDS) 41 17 00 : Seismic design of building, 이하 17' code)의 설계 응답 스펙트럼은 다수의 지진 기록을 통계적으로 표준화한 것이므로⁽³⁾, 특정 지역에서 관측된 실제 지진의 주파수 특성과 에너지 함유 특성을 어느 정도까지 대변할 수 있는지에 대해서는 추가적인 검증이 필요하다. 특히 국내에서 관측된 실제 지진 기록 기반의 응답 스펙트럼과 설계 기준 스펙트럼을 동일한 설비 배관 시스템에 적용하여 그 동적 응답을 직접 비교·분석한 연구는 아직 미비한 실정이다. 해외 연구에서는 실제 지진 기록과 설계 스펙트럼 간의 차이가 비구조 요소의 응답 평가에 유의미한 영향을 미칠 수 있음이 지적된 바 있으나⁽⁴⁾, 국내 설비 배관을 대상으로 한 정량적 비교 데이터는 충분히 축적되지 않았다.

이에 본 연구에서는 2017년 포항 지진 당시 관측된 가속도 기록으로부터 산정된 실제 응답 스펙트럼과, 현행 내진 설계 기준에서 규정하는 설계 응답 스펙트럼을 각각 입력 지진 하중으로 설정하였다. 이를 바탕으로 배관 해석 전문 프로그램인 Bentley사의 AutoPIPE를 이용하여 냉각수 배관 시스템에 대한 응답 스펙트럼 해석을 수행하고, 응력 비율, 최대 변위 및 Anchor force 를 주요 응답 지표로 설정하여 두 스펙트럼 간의 동적 응답 특성을 체계적으로 비교·분석하였다. 이러한 연구를 통해 실제 지진 기록과 설계 기준 스펙트럼이 배관 시스템의 내진 성능 평가 결과에 미치는 영향을 규명하고, 향후 설비 배관 내진 설계 시 표준 설계 응답 스펙트럼 적용의 적정성 검토 및 실무적 활용 가능성을 제시하고자 한다.

2. 포항 지진기록 및 응답 스펙트럼 특성 분석

연구에서는 설비 및 배관 시스템의 내진 응답 평가를 위하여 2017년 포항 지진 본진의 관측 가속도 기록을 입력 지진으로 사용하였다. 분석 대상은 기상청 국가지진종합정보시스템(National Earthquake Comprehensive Information System, NECIS)에 수록된 자료 중 진앙거리 200 km 이내 관측소에서 계측된 가속도 시간 이력 기록으로 총 287개 수평 성분을 선정하였다. 선정된 가속도 시간 이력은 5% 감쇠비를 적용하여 응답 스펙트럼으로 변환하였으며, 지반 조건의 영향을 고려한 설계 응답 스펙트럼으로는 GMRS150(Generalized Multi-Regional Response Spectrum for Vs ≈ 150 m/s) 스펙트럼을 적용하였다.⁽⁵⁾

Fig. 1은 포항 지진의 수평 응답 스펙트럼을 17' code 내진 설계 스펙트럼과 1997년에 제정된 한국 표준 내진 설계 스펙트럼(이하 97' code) 그리고 2016년 경주 지진의 수평 응답 스펙트럼과 비교한 결과를 나타낸다. 포항 지진의 수평 응답 스펙트럼은 약 0.1 s 전후의 단주기 영역에서 가장 큰 증폭을 보이며, 단주기 증폭 계수($a_A$)는 3.15로 평가되었다. 이는 ‘17' code’의 단주기 증폭 계수 2.8보다 큰 값으로, 포항 지진이 표준 설계 스펙트럼에 비해 단주기 성분이 상대적으로 강하게 발달한 지진임을 보여준다. 또한 가속도에 민감한 주기 구간이 비교적 좁게 형성되어 단주기 영역에서 급격한 증폭 이후 빠르게 감소하는 형상을 나타낸다. 한편 장주기 영역에서는 전이주기($T_L$)이 4.475 s로 평가되어, ‘17' code’의 전이주기보다 3.0s 길게 나타나는 특징을 보인다.

Fig. 2는 포항 지진의 수직 응답 스펙트럼을 동일한 기준으로 ‘17' code’, ‘97' code’, 그리고 경주 지진의 수직 응답 스펙트럼과 비교한 결과를 나타낸다. 포항 지진의 수직 응답 스펙트럼은 단주기 영역에서 뚜렷한 증폭 특성을 보이며, 실제 관측된 수직 방향의 단주기 증폭 계수는 3.25로 수평 응답 스펙트럼보다 다소 크게 나타난다. 수평 및 수직 지진운동의 상관관계와 지역적 부지 특성을 반영하기 위하여 수직/수평 응답 스펙트럼비(V/H ratio)를 고려한 결과, 수정된 수직 방향 단주기 증폭 계수는 2.67로 산정되었다. 또한 V/H ratio는 단주기 영역에서 약 0.82, 장주기 영역에서 약 1.05로 평가되어, 장주기 영역에서 수직 응답의 상대적 증가 가능성을 시사한다.

Fig. 1과 Fig. 2의 응답 스펙트럼 비교 결과로부터 포항 지진은 수평 및 수직 방향 모두에서 단주기 성분이 강하게 발달한 지진임이 확인된다. 특히 단주기 영역에서 표준 설계 스펙트럼을 상회하는 증폭 특성이 나타나며, 이는 고유주기가 짧은 설비 및 배관 시스템의 지진응답에 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 특성을 반영하기 위해 본 연구에서는 포항 지진의 주기별 증폭 특성을 고려하여 입력 응답 스펙트럼을 구성하였다.

Fig. 1. Comparison of Pohang horizontal spectrum with the design spectra and the Gyeongju horizontal spectrum.⁽⁵⁾

Fig. 2. Comparison of Pohang vertical spectrum with the design spectra and the Gyeongju vertical spectrum.⁽⁵⁾

3. 응답 스펙트럼 해석 이론

응답 스펙트럼 해석은 지진하중에 의해 발생하는 구조 시스템의 최대 동적 응답을 효율적으로 평가하기 위해 널리 사용되는 선형 동적 해석 방법이다. 본 해석법은 구조물의 고유진동특성과 지진응답 스펙트럼을 이용하여 각 진동모드별 최대 응답을 산정한 후, 이를 적절한 조합 규칙에 따라 결합함으로써 구조물의 최대 변위, 응력 및 부재력을 평가한다. 시간 이력 해석에 비해 계산 효율이 높고 설계 실무에 적합하여, 내진 설계 및 내진 성능 평가에서 일반적으로 적용된다.

응답 스펙트럼해석에서는 먼저 구조 시스템을 다자유도계로 모델링하고 고유치 해석을 수행하여 각 모드의 고유진동수, 고유주기, 모드형상 및 모드참여계수를 산정한다. 지반가속도를 받는 다자유도계의 운동방정식은 모드 좌표계로 변환됨에 따라 각 모드에 대해 독립적인 단자유도계의 운동방정식으로 분리되며, 이는 식(1)과 같이 표현된다.^{(6- 9)}

각 모드에서의 최대 응답은 해당 모드의 고유주기와 감쇠비에 대응하는 변위 응답 스펙트럼 값으로부터 산정된다. 이에 따라 i번째 모드의 최대 일반화 좌표 응답은 다음 식(2)과 같다.

이를 이용하면 구조물의 i번째 모드에 의한 최대 변위 응답은 식(3)과 같이 계산된다.

또한 해당 모드에 의해 발생하는 최대 부재력은 구조물의 강성행렬 또는 질량행렬을 이용하여 산정할 수 있다. 각 모드에서 산정된 최대 응답은 발생 시점이 서로 다르므로, 구조물의 최종 응답을 평가하기 위해서는 모드별 응답을 조합하는 과정이 필요하다. 대표적인 모드응답 조합 방법으로는 ABS(Absolute Sum) 방법, SRSS(Square root of sum of squares) 방법, 그리고 모드 간 상관관계를 고려하는 CQC(Complete Quadratic Combination) 방법이 있다. 일반적으로 모드의 고유주기가 서로 충분히 분리된 경우에는 모드 응답의 최댓값이 동시에 발생할 가능성이 낮으므로, 이러한 모드 응답을 식(4)과 같이 통계적으로 결합하는 SRSS 방법이 널리 적용된다. 반면, 고유주기가 서로 근접한 모드가 존재하는 경우에는 모드 간 상관성이 증가할 수 있으므로, CQC 방법을 통해 보다 합리적인 응답 평가가 가능하다.

실제 지진은 서로 직교하는 수평 및 수직 방향으로 동시에 작용하므로, 응답 스펙트럼 해석에서는 각 방향에 대한 구조 응답을 독립적으로 산정한 후 이를 조합하여 전체 응답을 평가한다. 이러한 방향별 응답 조합을 위해 다양한 내진 설계 기준에서는 조합 규칙을 제시하고 있다.

일반적인 건축 및 설비 내진 설계 기준에서는 두 수평 방향의 지진응답을 100% - 30% 조합 규칙(30% Rule)에 따라 결합하도록 규정하고 있으며, 이는 한 방향의 최대 응답 발생 시 직교 방향 응답이 그 최댓값의 일정 비율로 동시에 작용한다고 가정하는 방식이다. 이 경우 방향별 조합은 식(5)과 같이 정의된다. 여기서 X 및 Y는 서로 직교하는 두 수평 방향(X-방향 및 Y-방향)에 대해 산정된 지진응답 성분을 의미한다.

한편, 원자력 구조물 및 일부 기계·배관 시스템의 내진 설계에서는 SRSS 방법의 대체 방식으로 40% 조합 규칙(40% Rule)을 적용하기도 하며, 이 경우 세 방향의 응답 조합은 식(6) ~ 식(8)과 같이 정의된다. 이 방법은 한 방향에서 최대 응답이 발생할 때, 다른 두 직교 방향의 응답이 각각 최댓값의 40% 수준으로 동시에 작용한다고 가정하여 응답을 직접 조합하는 방식이다.^{(11, 12)}

이와 같이 30% Rule과 40% Rule은 서로 다른 적용 대상을 반영한 방향별 응답 조합 방법으로, 구조물의 용도 및 설계 기준에 따라 선택적으로 적용된다.

이러한 응답 스펙트럼 해석의 일반적인 수행 흐름과 방향별 응답 조합 과정을 개념적으로 정리한 Flowchart를 Fig. 3과 같이 제시하였다.

Fig. 3. Flowchart of the response spectrum analysis procedure for the piping system.⁽¹⁰⁾

4. 연구 방법

본 연구에서는 실제 포항 지진 기록과 17' Code에 따른 설계 응답 스펙트럼을 각각 적용하여 냉각수 배관 시스템의 동적 응답 특성을 비교·분석하였다. 대상 배관 시스템은 Fig. 4(a)에 제시된 실제 설치 형상을 기반으로 하였으며, 이를 Fig. 4(b)와 같이 해석 모델로 구현하였다. 배관은 ASTM A53 Grade A 강관을 사용하였으며, 관경 300A, Schedule 10S를 적용하였다. 재료 물성치(단면계수, 밀도, 항복강도 등)는 Table 1에 제시된 값을 활용하였다. 특히, 동적 해석 시 배관 내부에 냉각수가 만수 된 상태를 가정하여 유체 질량이 전체 질량에 반영되도록 설정하였다.

Fig. 4. Configuration and analytical model of the cooling water piping system.

냉각수 배관 시스템의 동적 응답을 평가하기 위하여 응답 스펙트럼 해석을 적용하였다. 응답 스펙트럼 해석은 배관 시스템의 고유주기 $T_n$를 산정한 후, 각 고유주기에 대응하는 스펙트럼 가속도 $S_a(T_n)$를 직접 사용하여 관성력을 계산하는 방식이다. 즉, 각 모드에 대한 관성력은 $F_n = m_n \times S_a(T_n)$로 산정되며, 여기서 $m_n$은 n차 모드의 유효질량(Effective modal mass)을 의미한다.

서로 다른 고유주기에 대응하는 모드 응답은 최댓값의 발생 시점이 일치할 가능성이 낮으므로, 응답 스펙트럼 해석에서는 모드 응답을 통계적으로 결합하는 SRSS 기법이 널리 사용된다. 이에 따라 본 연구에서도 모드 조합에 SRSS 기법을 적용하였다.

실제 지진 입력으로는 “2017년 포항지진 스펙트럼과 한국표준설계스펙트럼의 비교” 논문과 기상청 자료 “포항지진 분석 보고서” 문헌에 제시된 포항 지진 기록을 기반으로 산정된 응답 스펙트럼을 적용하였다. Fig. 5는 포항 지진의 수평 응답 스펙트럼을, Fig. 6은 수직 응답 스펙트럼을 나타낸다. 이 스펙트럼은 실측된 지진 가속도 기록으로부터 산정된 것으로, 설계 기준에 따른 증폭 계수 조정 없이 지진 고유의 주기 의존적 특성을 반영하였다.

비교 대상으로는 17' Code 내진 설계 기준에 따른 표준 설계 응답 스펙트럼을 적용하였다. Fig. 7과 Fig. 8은 각각 수평 및 수직 설계 응답 스펙트럼을 나타낸다. 수평 설계 응답 스펙트럼의 크기는 설계 단주기 스펙트럼 가속도 $S_{DS} = 2.5F_aS$를 기준으로 정의된다. 여기서 S는 유효수평지반가속도로서 지역계수 Z와 위험도 계수 I의 곱으로 정의되며, $F_a$는 단주기 지반증폭계수이다. 본 연구에서는 대상 지역이 지진구역 Ⅱ에 해당하며, 재현주기 2400년을 적용하여 Z=0.07, I=2.0을 사용하였다. 이에 따라 S = 0.14로 산정되었으며, 지반 조건에 따른 단주기 지반증폭계수 값을 적용하여 $S_{DS}$를 계산하였다. 수직 설계 응답 스펙트럼은 17' Code 기준에서 제시하는 수평-수직 비를 적용하여 수평 설계 응답 스펙트럼으로부터 산정하였다. 본 연구에서는 설계 기준에서 제시하는 V/H 비율 0.77을 사용하여 수직 설계 스펙트럼을 구성하였다.

Fig. 5. Pohang horizontal spectrum.

Fig. 6. Pohang vertical spectrum.

Fig. 7. 17' Code horizontal design spectrum.

Fig. 8. 17' Code vertical design spectrum.

응답 스펙트럼 해석을 위한 하중 케이스는 Table 2와 같이 정의하였다. Table 2는 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼(P_H, P_V)과 17' Code 설계 응답 스펙트럼(K_H, K_V)을 X, Y, Z 방향에 각각 적용한 Load case 이다. 수평 및 수직 방향 지진 하중의 동시 작용을 고려하기 위해, 한 방향의 응답 스펙트럼을 주 하중(100%)으로 적용하고, 다른 방향의 응답 스펙트럼을 보조 하중(30%)으로 적용하는 일반적인 내진 설계 조합 규칙(30% Rule)을 적용하였다.

이를 통해 실제 지진 기록과 설계 기준 응답 스펙트럼이 배관 시스템의 방향별 동적 응답에 미치는 영향을 동일한 해석 조건 하에서 체계적으로 비교할 수 있도록 하였다.

모든 해석 케이스에서 동일한 배관 모델, 동일한 경계조건 및 동일한 감쇠비 5%를 적용함으로써, 입력 응답 스펙트럼의 차이에 따른 배관 시스템의 동적 거동 차이를 직접적으로 평가하였다.

5. 결과 및 분석

포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼과 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 응답 스펙트럼 해석 결과를 비교하여, 냉각수 배관 시스템의 응력 및 변위, Anchor force 의 응답 특성을 비교·분석하였다.

Fig. 9 는 Load case 별 배관 응력비를 비교한 결과 그래프이다. 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼을 적용한 경우와 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 경우 주요 노드 A18, A20, A26에서의 응력비 분포는 유사한 범위 내에 분포하는 것으로 나타났다.

Fig. 9. Stress ratio according to load combinations.

Table 3은 동일 노드 및 하중 조합 조건에서 두 응답 스펙트럼을 적용하여 산정된 응력비를 정량적으로 비교한 결과를 정리한 것이다. 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 경우의 응력비는 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼 대비 약 -1% 에서 -6% 범위의 차이를 보였다. 이러한 차이는 하중 조합에 따라 다소 변동하였으나, 특정 하중 조합에서만 크게 증가하거나 감소하는 경향은 관찰되지 않았다.

Fig. 10은 하중 조합에 따른 배관의 최대 변위를 비교한 결과를 나타낸다. 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼과 ‘17' Code’ 설계 응답 스펙트럼을 각각 적용한 경우, 최대 변위가 발생하는 하중 조합과 위치는 두 해석 조건에서 동일하게 나타났다. 또한 각 응답 스펙트럼 조건에서 하중 조합 변화에 따른 변위 응답의 상대적 분포 경향은 일관되게 유지되었다. 개별 하중 조합에서 최대 변위의 절댓값에는 일부 차이가 관찰되었으나, 전반적인 변위 응답 특성은 두 응답 스펙트럼 간에 유사한 거동을 보였다.

Fig. 11은 주요 Anchor 지점에서의 Anchor force 값을 Load case 별로 비교한 결과를 나타낸다. 일부 Anchor 위치에서는 열팽창(Thermal expansion) 하중에 의한 Anchor force 값이 크게 나타났으나, 특정 하중 조합에서는 응답 스펙트럼 해석에 의해 산정된 지진 하중에 의한 Anchor force 값이 열팽창 하중 값을 초과하는 경우가 확인되었다. 이러한 Anchor force 값의 크기 및 상대적 우세는 Anchor 위치와 적용된 하중 조합에 따라 상이하게 나타났으며, 일부 하중 조합에서는 동적 지진 하중이 Anchor force 값 산정에 지배적인 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

Fig. 10. Resultant displacement according to load combinations.

Fig. 11. Resultant anchor forces by load combination.

6. 결론 및 향후 연구방향

본 연구에서는 포항 지진 기록으로부터 산정된 실제 응답 스펙트럼과 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용하여, 냉각수 배관 시스템의 동적 응답 특성을 비교·분석하였다. 이를 통해 입력 응답 스펙트럼의 차이가 배관 시스템의 응력, 변위 및 Anchor force 에 미치는 영향을 검토하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

(1) 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼과 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 경우, 냉각수 배관에서 최대 응력이 발생하는 노드 위치와 응력비의 분포는 전반적으로 유사한 경향을 보였다. 이는 실제 지진 응답 스펙트럼의 주파수 특성이 현행 설계 응답 스펙트럼이 대표하는 주파수 대역과 비교적 잘 부합함을 의미하며, 설비 및 소방 배관의 동적 해석에서 17' Code 응답 스펙트럼을 적용하더라도 배관 시스템의 안전성을 합리적으로 평가할 수 있음을 시사한다.

(2) 하중 조합에 따른 최대 변위 비교 결과, 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼과 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 경우 최대 변위가 발생하는 위치와 하중 조합은 동일하게 나타났으며, 하중 조합 변화에 따른 변위 응답의 상대적 경향 또한 일관되게 유지되었다. 이는 실제 지진 기록이 부재한 설계·평가 실무에서 17' Code 설계 응답 스펙트럼이 설비 배관 시스템의 변위 응답 특성을 합리적으로 대표할 수 있음을 보여준다.

(3) 주요 Anchor 지점에서의 Anchor force 값 분석 결과, 일부 앵커 위치에서는 열팽창 하중에 의한 Force 값이 지배적으로 나타났으나, 특정 하중 조합에서는 응답 스펙트럼 해석을 통해 산정된 지진 하중에 의한 앵커 Force 값이 열 하중에 의한 반력과 유사하거나 이를 초과하는 경우도 확인되었다. 이는 냉각수 배관 시스템의 앵커 설계 시 열 하중뿐만 아니라 동적 지진 하중에 의한 앵커 반력 역시 중요한 검토 요소가 될 수 있음을 의미한다.

이상의 결과를 종합하면, 포항 지진 기록 기반 응답 스펙트럼과 17' Code 설계 응답 스펙트럼은 냉각수 배관 시스템의 동적 응답 평가에서 유사한 거동 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 이에 따라 향후 중요도 등급이 높은 설비 배관, 위험물 취급 배관, 고온·고압 플랜트 배관 및 소방설비 배관의 내진 성능 평가에서 17' Code 설계 응답 스펙트럼을 적용한 동적 해석을 통해 배관 시스템의 동적 거동을 합리적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

그러나 본 연구에는 몇 가지 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 냉각수 배관이 설치되는 건축물의 동적 거동을 명시적으로 고려하지 않았으며, 모든 해석은 지반 입력 응답 스펙트럼을 배관 시스템에 직접 적용하는 방식으로 수행되었다. 실제 지진 발생 시 배관 시스템의 응답은 지반운동의 주파수 특성뿐만 아니라, 이를 지지하는 건축물의 고유진동수, 모드 형상 및 층별 동적 증폭 특성에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히 배관의 설치 높이에 따라 달라지는 층응답 스펙트럼(Floor Response Spectrum, FRS)은 배관 시스템에 작용하는 지진 하중을 보다 현실적으로 반영할 수 있는 중요한 지표이나⁽¹³⁾, 본 연구에서는 이를 포함하지 못하였다. 따라서 본 연구에서 제시된 냉각수 배관의 동적 응답 평가는 구조물 내부 증폭 효과를 고려한 결과라기보다는, 지반 입력 지진의 주파수 성분을 기준으로 한 배관 시스템의 응답 특성 평가로 해석되어야 한다.

향후 연구에서는 구조물-배관 연성 해석을 기반으로 건축물의 동적 응답을 배관 시스템의 내진 성능 평가와 연계하고, 층응답 스펙트럼을 활용한 현실적인 하중 입력 방식을 도입할 필요가 있다. 이를 통해 실제 건축물 환경 내 배관 시스템의 공진 가능성, 변위 증폭 및 Anchor force 값을 더 정밀하게 평가할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 다양한 구조 형식, 배관 배치 조건 및 실제 지진 기록을 고려한 추가 사례 연구를 수행함으로써, 본 연구 결과의 일반성과 신뢰성을 확장해야 할 것이다.

Data sharing and reproducibility

2. Data Included in Article or Supplementary Material

All data generated or analyzed during this study are included in this published article.