1. 서론

2011년 3월 11일 14시 46분경, 산리쿠오키(三陸沖)를 진원으로 하는 마그니튜드(M) 9.0(잠정치)의 지진이 발생하여, 이와테현, 미야자키현, 후쿠시마현, 이바라키현, 치바현 등 동일본의 태평양측 각 현을 중심으로 넓은 지역에서 지진동 및 해일에 의해 수많은 건축물, 가옥 등에 피해를 가져왔다. 이 지진에 의한 최대 진도는 미야기현 북부에서 관측된 진도 7로 기상청은 지진 발생 당일에 이 지진을 “2011년 도호쿠지방 태평양 연안 지진”이라고 명명하였다. 또한, 정부는 4월 1일 각의에서 이번 대지진의 재해를 “동일본 대진재”라고 명명하였다.

본 보고서는 지진발생으로부터 약 6주간 실시한 조사 및 연구의 개요를 4월 20일 시점에서 정리한 것이다. 그 사이에 합동검토회의를 총 24회 개최하여 조사결과와 앞으로의 조사내용에 관한 토의를 지속해 왔다. 이번 지진은 지진의 규모가 클 뿐만 아니라 동일본 대진재라고 명명된 것처럼 도호쿠지방에서 간토지방에 걸쳐 넓은 지역에서 건축물 등에 피해를 가져왔기 때문에 이 보고서가 반드시 피해에 대한 전반적인 내용을 파악한 것은 아니다.

2. 조사연구 개요

도호쿠 지방 태평양 연안 지진발생 다음날 2011년 3월 12일에서 4월 16일 사이에, 이와테현, 미야기현, 후쿠시마현, 이바라키현, 토치기현 및 치바현에서 약 150명의 직원을 피해지에 파견하여 피해조사를 실시하였다.

지진발생 이후, 기상청, 독립행정법인 방재과학기술연구소를 시작으로 국내외의 연구기관 등이 공표하고 있는 관측자료, 건축연구소가 독자적으로 설치하고 있는 강진관측 네트워크에서 얻어진 강진기록 등에 기초하여 지진 및 해일의 개요와 특징의 파악을 수행하였다.

3. 피해일반

본 보고서를 정리한 4월 20일 시점에 공식발표자료 등을 기초로 지진의 개황, 재해관련법의 적용상황, 인적 및 물적 피해상황, 응급가설주택 등의 확보 상황 등을 정리하였다.

4. 지진 및 지진동, 해일

지진 및 지진동, 해일에 관한 조사 및 연구활동은 다음 세 가지 점이다. (1) 건축연구소 강진관측 네트워크 등에 의한 본진과 주요 여진의 강진기록의 취득 및 해석과 (2) 지진동 특성에 관한 해석, (3) 지진과 해일에 관한 해석적 연구이다.

이번 지진은 마그니튜드 9의 거대지진으로 일본 국내뿐만 아니라 전 세계에서 많은 관측자료가 얻어졌으며, 많은 해석이 수행되고 있다. 이러한 결과를 종합하면 이 지진은 북미 플레이트와 태평양 플레이트의 경계에서 발생한 저각역단층형 지진이다. 지진 단층면의 크기는 450km X 200km 정도로 단층의 미끄럼량은 최대 20m 이상이다. 또한, 어떠한 해석에서도 마그니튜드는 8.9~9.1이 얻어졌다.

(그림) 도호쿠지방 태평양 연안 지진의 진도분포

이 지진에 의해 이와테현에서 치바현에 걸친 넓은 범위에서 진도 6약 이상의 강진동이 관측되었다. 최대는 이바라키현 쿠리하라시의 진도 7이었다. 건축연구소 강진관측 네트워크에서 관측된 강진동은 센다이시내의 건물 1층에서 최대 333갈(gal)로 계측 진도 6약에 해당되며, 동일 건물의 9층에서는 908갈이었다. 또한, 이 지진에 의해 대해일이 생성되어 도호쿠지방에서 간토지방에 걸쳐 막대한 해일피해를 일으켰다. 기상청이 관측한 최대 해일은 산리쿠지방에서는 9m 이상이다. 해일파고 시뮬레이션에 의하면 산리쿠지방의 많은 지점에서 10m 이상의 해일이 밀려왔다고 추정하고 있다. 이 결과는 지진, 해일 후의 현지조사에 의한 측정결과에 정합(整合)적이다.

5. 지진동에 의한 건축물 등의 피해

광범위한 피해지역에서 건축물 등의 지진 피해조사의 방침, 목조, 철골조, 철근 콘크리트조, 택지지반 및 기초, 비구조 부자재의 피해조사의 결과를 정리하였다.

(1) 목조건축물에서는 상부구조의 피해가 몇 개 지역에서 확인되었지만, 진도 7을 기록한 미야기현 쿠리하라시에서의 피해는 그다지 크다는 인상은 없었다. 미야기현 센다이시, 도치기현 야이타시 등에서 조성택지의 지반변화에 의한 상부구조의 피해가 많이 확인되었다. 지붕 기와의 피해 등은 1978년 미야기현 해안 지진이래 지진이 빈번하게 발생하는 미야기현 보다도 오히려 후쿠시마현, 이바라키현의 경우가 많은 인상이 있다. 또한, 피해의 형태는 종래의 피해지진에 의한 것과 거의 유사한 것으로 나타났다.

(2) 철골조 건축물에서는 기둥 및 대들보 등 주요 구조 부자재의 피해는 거의 보이지 않았다. 학교 등의 체육관에서는 구(？) 내진기준의 체육관에서는 연직 브레이스(brace)의 절단 등의 피해가 관찰되었지만, 니가타현 지진과 비교하여 피해율은 적다. 한편, 천정의 탈락 등의 비구조 부자재의 피해는 비교적 많이 관찰되었다.

(3) 철근 콘크리트조 등 건축물에서 구조피해의 대부분은 구(？) 내진기준에서 설계된 건축물로 보인다. 그 수는 진도에 비해 많지 않지만, 피해의 형식은 거의 지금까지 지진동 피해에서 나타난 것과 유사하며, 기둥의 절단파괴에 의한 축력지지능력의 유실 등 중대한 피해도 나타났다.

(4) 택지지반 및 기초에서는 과거 국내의 지진에서는 보이지 않았던 광범위한 액상화 피해가 나타난 것이 특징으로 이 메커니즘 해명 및 각 건축물뿐만 아니라 도로와 상하수도 인프라도 고려한 대책 검토가 필요하다. 또한, 조성택지에서 지금까지의 피해지진과 유사한 지반의 붕괴 등의 큰 피해가 나타났다.

(5) 비구조 부자재에서는 비교적 낡은 공법에 의한 것이 많은 피해를 받은 것으로 확인되었다. 또한, 비교적 높은 곳에서 비구조 부자재의 파손 및 낙하도 확인되었다.

6. 해일에 의한 건축물의 피해

이번 지진에 의한 도호쿠지방 및 간토지방에서 발생한 대해일에 의한 건축물 피해에 관한 조사를 실시하여 그 결과를 정리하였다.

현지조사를 실시하기 전에 사전조사로서 피해 후 국토지리원의 항공사진 및 보도 등의 영상정보를 기초로 조사지역을 정하고, 조사대상 건축물의 특정 등을 수행하였다. 현지조사에서 사용한 해일의 작용방향 및 침수 깊이의 추정방식에 관해서도 기록하였다. 그리고, 해일 하중 및 내해일 설계에 관한 국내 및 해외 기준 등을 수집하였다. 일본에서는 건축기준법 제20조에 “건축물은 자중(自重), 적정하중, 적설하중, 풍압, 토압 및 수압과 지진, 진동 및 충격에 대한 안전한 구조로 해야 한다”라고 정해져 있지만, 건축물에 대한 해일하중을 명확하게 고려하지 않았다. 2005년에 내각부가 “해일 피난 빌딩 등에 관한 가이드라인”을 제정하고 해일 피난 빌딩의 구조적 요건 및 위치적 요건을 정리하였다.

가이드라인의 자료 “구조적 요건의 기본적 사고방식”에서는 건축분야에서는 처음으로 건축물에 작용하는 해일하중을 설정하고, 설계용 침수 깊이의 3배에 해당하는 정수압으로 하였다. 이것은 해일의 유속도 고려한 안전측면에서의 값으로 하였지만, 앞으로의 연구성과에 의해 갱신될 수 있을 것이다.

한편, 미국에서는 3년 후2008년에 연방위기관리국이 “해일으로부터의 피난을 위한 구조물의 설계 가이드라인”을 정해 정수압, 동수압, 부력, 충격하중, 표류물의 충돌 등 해일하중을 설정하였지만, 여기에서 정수압은 설계용 침수 깊이의 1.3배로 하고 있다. 단, 해일유속의 효과는 동수압으로서 별도로 고려하고 있다. 또한, 이번 대해일의 영항에서 유속 추정도 시도하였다. 앞으로 조사 건축물 부근의 영상이 입수된다면 유속의 추정을 시도할 예정이다.

현지조사를 실시한 14개 지역에서 조사 건축물의 위치를 국토지리원 제공의 피해 후 항공사진 상에 표시하고 각 조사 건축물의 구조종별, 형상, 피해상황 등을 정리하였다. 해일에 의한 파괴, 이동, 유실된 건축물과 잔존 건축물을 열거하였다. 앞으로 이러한 정보를 정리하여 침수 깊이 등으로 추정한 해일하중과 건축물의 피해상황과의 관련성을 검토할 예정이다.

구조종별로 피해형태를 분류하여 피해발생의 요인에 관하여 고찰하였다. RC조 건축물에서는 1층의 붕괴, 전도, 이동, 유실 등에 의한 경사, 벽 및 개구부의 파손, 표류물의 충동 등의 피해형태가 나타났다. 이번에 조사한 범위에서는 전도 및 이동한 RC조 건축물은 4층까지로 외벽의 개구부가 비교적 적은 것이 많았다. S조 건축물에서는 이동, 유실, 전도, 붕괴, 잔류형태, 내외벽재의 파손, 유실, 개구부의 손상, 표류물의 충돌 등의 피해형태가 나타났다. 목조건축물은 침수 깊이에 의해 피해형태의 분류를 수행하였다. 또한, RC조 건축물의 그늘에 있었던 목조 건축물 및 1층이 RC조, 2,3층이 목조와 같은 입면혼합구조의 건축물이 남아 있는 사례가 있다.

앞으로 피해사례를 기초로 피해발생 메커니즘의 해명을 수행할 필요가 있다. 또한, 피해형태 이외의 피해가 없는지 잔존 건축물이 어떠한 이유로 남아있는가에 관해 새로운 현지 조사의 실시, 잔존 건축물의 설계도의 수집 등에 의해 검토할 필요가 있다.

조사사례를 기초로 2005년에 내각부가 제시한 “해일 피난 빌딩 등에 관한 가이드라인”의 설계수법을 적용시킨 결과, 어느 정도의 타당성이 확인되었다. 그러나, 이 검토에는 몇 가지 가정이 적용되어 있어 반드시 정밀한 것은 아니기 때문에 앞으로 가능한 한 많은 사례에 관하여 검토를 지속하는 것이 바람직하다. 또한, 건축물의 개구의 영향 및 부력의 영향을 상세하게 고려하는 방법 등에 관해서도 더욱 검토가 필요하다.

7. 화재에 의한 건축물의 피해

지진 및 해일에 의한 다수의 화재가 발생하여 건축물에 큰 피해를 가져왔다. 여기서는 발생한 화재의 전체상을 분석하고 대규모 화재에서 연소 등의 상황, 건물화재의 피해상황 등을 파악하기 위해 조사를 수행하였다.

총무성 소방청에 따르면, 이번 지진의 상황으로서 345건의 화재(건물화재 이외도 포함)가 보고되었다. 이번 지진으로 발생한 화재에 의한 건축물의 피해는 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 해일 피해지역에서 나타난 화재로 흘러 들어온 깨진 기와조각 및 자동차가 발화원인 및 연소경로가 되고 있다. 또 하나는 해일 피해지역 이외의 지역에서 나타난 지진의 유래에 의해 열원이 가연물과 접촉하여 발생한 화재 및 정전으로부터 복구 후에 발생한 전기화재, 정전 중 조명을 위해 사용한 촛불 등 종래에 나타났던 화재이다. 매스미디어에서는 전자의 화재가 많이 보도되었지만, 후자의 화재발생도 적지 않다는 조사결과가 나타났다. 

8. 끝맺음

본 보고서에 기재된 피해조사는 약 150명이 투입되어 가능한 한 신중하게 실시하였지만, 피해지역이 광범위하다는 것을 고려하면 반드시 지진피해 전체를 파악했다고는 말할 수 없다. 앞으로 새로운 피해실태가 밝혀지면 지속적으로 검토를 추진해 나갈 것이다.

정부는 4월 20일에 제1회 재해복구회의가 개최되고 6월에 제1차 제언을 정리할 예정이다. 또한, 국토교통성은 각종 검토회의가 계획하고 있다. 건축분야에서는 국토기술정책종합연구소에서 건축물의 구조기준원안을 검토하기 위한 건축구조기준위원회를 설치하고, 이번 지진에 의한 건축피해를 고려한 건축물의 안전확보 대책을 추진하기 위해 건축연구소와 협력하고 피해상황의 분석, 관련 기술적 검토 등을 추진할 예정이다.