SCIENCE 3D | 빌딩 흔들림을 잡는 추 (동조 질량 감쇠기)

무슨 일이 일어났나

동조 질량 감쇠기는 용수철 같은 장치 위에 얹은 큰 질량으로, 건물이 옆으로 흔들리면 이 추가 따라 움직이기 시작하며 흔들림 에너지를 흩어 줍니다(FEMA).

FEMA 에 따르면 높은 건물의 고유 주기는 몇 초쯤이라, 바람이나 땅이 그 박자 가까이로 밀면 흔들림이 크게 쌓입니다. 시뮬레이터는 고유 진동수 0.2 Hz(주기 5 초) 건물을 같은 박자로 계속 밉니다.

감쇠비 0.02 인 건물은 5 분쯤 지나 흔들림 폭이 1.58 m 까지 커지지만, 감쇠기를 단 것처럼 감쇠비를 0.1 로 키우면 317 mm 로 5 분의 1 이 됩니다. 미는 박자가 0.15 Hz 로 어긋나면 감쇠비 0.02 에서도 폭은 144 mm 입니다.

실제 감쇠기는 따로 흔들리는 추가 건물의 흔들림을 받아 움직이며 에너지를 가져가지만, 이 시뮬레이터는 그 효과를 건물의 감쇠비가 커진 것으로만 나타낸 단순 모형입니다.

그네 탄 친구가 박자에 맞춰 발을 구르면 점점 높이 오르듯, 바람도 건물의 제 박자로 밀면 흔들림이 쌓입니다 — 감쇠기는 이렇게 쌓이는 에너지를 덜어 냅니다.
지하철 손잡이를 잡고 선 사람이 무릎을 살짝 굽혀 흔들림을 받아 주면 몸이 덜 휘청이듯, 빌딩 꼭대기의 추도 건물의 흔들림을 받아 움직이며 그 에너지를 덜어 냅니다.

큰 질량 (추) — 건물 꼭대기 근처에 얹혀, 건물이 옆으로 흔들리면 그 움직임을 받아 따라 움직이기 시작합니다.
용수철 같은 받침 — 추가 건물에 대해 앞뒤로 흔들릴 수 있게 받쳐 주고, 추가 흔들리는 박자를 건물에 맞춰 줍니다.
에너지를 흩는 장치 — 추가 받은 흔들림 에너지를 열로 바꿔 흩어 줍니다 — FEMA 는 유압 · 마찰 · 벽 · 동조 질량 · 이력 감쇠기를 이런 장치의 종류로 듭니다.
건물 — 고유 주기가 몇 초인 거대한 진동체로, 그 박자로 밀리면 흔들림이 쌓입니다.

바람이나 지진이 건물을 그 고유 박자 가까이로 밀어, 건물이 옆으로 흔들립니다.
건물의 옆 흔들림이 꼭대기의 추를 흔들기 시작합니다(FEMA).
추가 건물의 흔들림 에너지를 받아 움직이고, 받침의 감쇠 장치가 그 에너지를 열로 바꿉니다.
건물에 쌓이던 에너지가 빠져나가 흔들림 폭이 줄어듭니다 — 시뮬레이터에서 감쇠비를 0.02 에서 0.1 로 키우면 1.58 m 가 317 mm 가 됩니다.