KDS 41 10 15
6. 지진하중
건축물과 건물외구조물의 구조체와 부구조체 및 건축·기계·전기 비구조요소의 지진하중 산정 및 내진설계절차는 KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준을 따른다.
KDS 41 17 00
2. 내진등급 및 성능목표 (KDS 41 17 00)
2.1 일반사항
(1) 구조물은 기본적으로 낮은 지진위험도의 지진에 대하여 기능을 유지하고, 높은 지진위험도의 지진에 대해서는 붕괴를 방지함으로써 인명의 안전을 확보하는 것을 내진설계의 원칙으로 한다.
(2) 높은 내진등급의 건축물은 중요도를 고려하여 상향된 지진위험도에 대하여 내진설계를 수행한다.
2.2 건축물의 내진등급과 중요도계수
(1) KDS 41 10 05(3.)에서 정의된 건물의 중요도를 고려하여 표 2.2-1에 따라 건물의 내진등급과 내진설계 중요도계수 IE 를 결정한다.
(2) 2개 이상의 건물에 공유된 부분 또는 하나의 구조물이 동일한 중요도에 속하지 않는 2개 이상의 용도로 사용되는 경우에는 가장 높은 중요도를 적용해야 한다.
(3) 건축물이 구조적으로 분리된 2개 이상의 부분으로 구성된 경우에는 각 부분을 독립적으로 분류하여 설계할 수 있다. 다만, 한 구조물에서 구조적으로 분리된 부분이 더 높은 중요도를 가진 다른 부분에 대해 그 중요도에 부합하는 사용을 위해서 필수 불가결한 접근로나 탈출로를 제공하거나 인명안전 또는 기능수행 관련 요소를 공유할 경우에는 양쪽 부분 모두 높은 중요도를 적용하여야 한다.
표 2.2-1 내진등급과 중요도계수
|
건축물의 중요도1)
|
내진등급
|
내진설계 중요도계수
(IE) |
|
중요도(특)
|
특
|
1.5
|
|
중요도(1)
|
I
|
1.2
|
|
중요도(2), (3)
|
II
|
1.0
|
|
1) KDS 41 10 05(3.)에 따름.
|
||
2.3 지진위험도
(1) 최대고려지진은 내진설계에서 고려하는 가장 큰 지진으로서 국가지진위험지도의 2400년 재현주기에 해당하며, 그 유효지반가속도의 크기는 3장의 규정에 따라서 정한다.
(2) 기본설계지진은 스펙트럼가속도가 최대고려지진에 의한 값의 2/3 수준에 해당하는 지진으로 정의한다.
2.4 성능목표
(1) 건축물의 성능수준은 기능수행, 즉시복구, 인명보호, 붕괴방지 수준으로 구분할 수 있으며, 이를 만족하기 위하여 건축물을 구성하는 구조요소와 비구조요소가 각각 갖추어야할 성능수준은 표 2.4-1과 같다.
표 2.4-1 건축물의 성능수준과 구조요소 및 비구조요소의 성능수준 사이의 관계
|
건축물의 성능수준
|
구조요소의 성능수준
|
비구조요소의 성능수준
|
|
기능수행 (OP)
|
거주가능
|
기능수행
|
|
즉시복구 (IO)
|
거주가능
|
위치유지
|
|
인명보호 (LS)
|
인명안전
|
인명안전
|
|
붕괴방지 (CP)
|
붕괴방지
|
-
|
(2) 내진안전성을 위하여 건축물의 내진설계에서 고려되어야 하는 내진등급별 최소성능목표는 표 2.4-2와 같다. 또는 15장에 따라 성능기반설계를 수행하여 구조요소의 성능목표 만족여부를 직접 확인할 수 있다.
표 2.4-2 건축물의 내진등급별 최소성능목표 & 표 15.3-1 내진등급과 성능목표
|
내진등급
|
성능목표
|
설계지진
|
성능기반설계시 2)
|
|
|
재현주기
|
성능수준
|
|||
|
특
|
2400년
|
인명보호
|
기본설계지진 × 중요도계수 IE
|
최대고려지진
|
|
1000년
|
기능수행
|
- 기대성능1)
|
기본설계지진
|
|
|
I
|
2400년
|
붕괴방지
|
- 기대성능1)
|
최대고려지진
(인명보호와 붕괴방지 중간수준 적용) |
|
1400년
|
인명보호
|
기본설계지진 × 중요도계수 IE
|
기본설계지진 1.2배
|
|
|
100년
|
기능수행
|
|
기본설계지진 0.43배
|
|
|
II
|
2400년
|
붕괴방지
|
- 기대성능1)
|
최대고려지진
|
|
1000년
|
인명보호
|
기본설계지진 × 중요도계수 IE
|
기본설계지진
|
|
|
50년
|
기능수행
|
-
|
기본설계지진 0.30배
|
|
1) 다른 지진위험도의 성능목표를 충족함으로써 기대할 수 있는 성능. (검토 하지 않음)
2) 성능기반설계시 표의 성능목표중 2가지 이상 만족해야 함.
(3) 구조요소는 이 기준에 따라 인명보호 성능수준의 설계지진에 대하여 강도설계법 또는 허용응력설계법을 적용하여 설계한 경우 표 2.4-2의 건축물 최소성능목표를 모두 만족하는 것으로 간주한다.
(4) 비구조요소는 18장에 따라 설계한 경우 성능목표를 만족하는 것으로 간주한다. 기계/전기 비구조요소의 경우 20장에 따라 장치의 작동여부를 추가로 검토하여야 한다.
(5) 설계자는 성능목표에 대하여 건축주 또는 발주처와 협의하여야 하며, 건축주 또는 발주처가 요구하는 경우 표 2.4-2의 성능목표를 만족시키는 동시에 추가적인 성능목표를 설정하여 설계하여야 한다.
15. 성능기반설계 (KDS 41 17 00)
15.1 적용범위
성능기반설계법은 비선형해석법을 사용하여 구조물의 초과강도와 비탄성변형능력을 보다 정밀하게 구조모델링에 고려하여 구조물이 주어진 목표성능수준을 정확하게 달성하도록 설계하는 기법으로, 표 6.2-1에 규정된 시스템 계수를 적용하기 어려운 구조물과, 다양한 성능수준을 만족하고자 하는 구조물의 내진설계에 적용할 수 있다. 면진 및 감쇠장치를 사용하는 경우에는 16장과 17장을 따른다. 다만, 면진 및 감쇠장치를 사용하는 경우에도 15.7의 요구사항은 준수하여야 한다.
15.2 설계응답스펙트럼
설계에 사용되는 탄성설계응답스펙트럼은 4.2에 따라서 정의되어야 한다. 동적해석을 위한 설계지진파의 결정은 7.3.4.1을 따른다. 비선형정적해석을 사용하는 경우에는 구조물의 비탄성변형능력 (또는 연성도) 또는 에너지소산능력에 따라서 탄성응답스펙트럼가속도를 저감시켜서 비탄성응답스펙트럼을 정의할 수 있다.
15.3 성능목표 및 설계지진력의 정의
15.3.1 성능목표
건축물 및 건물외구조물을 성능기반설계법으로 설계하고자 할 때 표 15.3-1에 제시된 최소성능목표 중 2가지 이상을 만족해야 한다. 표 15.3-1의 성능수준은 전체 건축물의 성능수준으로 이를 만족하기 위해서는 표 2.4-1에 제시된 구조물과 비구조요소에 해당하는 성능수준을 모두 만족하여야 한다.
15.5 해석 및 설계요구사항
비선형정적해석과 비선형동적해석법 중 적절한 방법을 사용하여 구조물에 대한 해석을 수행하고 선형해석결과와의 검증을 통해 해석결과의 신뢰성을 확인하여야 한다.
(1) 정형인 저층건물에서는 비선형정적해석을 사용할 수 있다.
(2) 비정형 건물 혹은 고층건물에서는 비선형동적해석을 사용해야한다. 비선형동적해석법을 적용할 경우 시간이력해석과 설계지진파의 선정은 7.3.4를 따른다.
(3) 성능설계법에서는 목표성능수준에 따른 층별 최대 층간변위비, 15.6의 밑면전단력 최소강도규정, 각 부재별 소성회전각의 성능수준별 허용값, 각 부재별 강도에 대한 성능수준별 허용값을 만족해야 하며, 고려해야 한다.
(4) 비선형정적해석 혹은 비선형동적해석결과로 구한 구조물 주기, 최대밑면전단력, 주요 횡력다축가진효과를저항요소의 횡하중 분담비율 및 파괴모드, 최대층간변위의 수직분포형상, 최상층최대변위 등은 등가정적 및 응답스펙트럼해석법 등 선형해석법으로 구한 결과와 비교하여 차이점과 유사점에 대한 분석을 통해 설계의 신뢰성을 제시해야 한다.
(5) 기능수행검토시 구조물과 비구조요소는 18장과 20장의 해당규정을 만족하여야 한다.
15.6 최소강도규정
구조체의 설계에 사용되는 밑면전단력의 크기는 등가정적해석법에 의한 밑면전단력의 75% 이상이어야 한다.
3. 지진구역 및 지진구역계수 (KDS 41 17 00)
3.1 지진구역 및 지진구역계수
(1) 우리나라 지진구역 및 이에 따른 지진구역계수(Z)는 각각 KDS 17 10 00의 표 4.2-1과 표 4.2-2를 따른다.
KDS 17 10 00
지반의 조건
표 4.2-1 지진구역 (KDS 17 10 00)
|
지진구역
|
행정구역
|
|
|
Ⅰ
|
시
|
서울, 인천, 대전, 부산, 대구, 울산, 광주, 세종
|
|
도
|
경기, 충북, 충남, 경북, 경남, 전북, 전남, 강원 남부1
|
|
|
Ⅱ
|
도
|
강원 북부2, 제주
|
|
1 강원 남부(군, 시) : 영월, 정선, 삼척, 강릉, 동해, 원주, 태백
2 강원 북부(군, 시) : 홍천, 철원, 화천, 횡성, 평창, 양구, 인제, 고성, 양양, 춘천, 속초 |
||
(2) 지진구역계수 Z 는 표 4.2-2와 같다.
표 4.2-2 지진구역계수 (평균재현주기 500년에 해당) (KDS 17 10 00)
|
지진구역
|
Ⅰ
|
Ⅱ
|
|
지진구역계수, Z
|
0.11
|
0.07
|
3.2 유효지반가속도 (KDS 41 17 00)
(1) 설계스펙트럼가속도 산정을 위한 유효지반가속도(S)는 지진구역계수(Z)에 KDS 17 10 00의 표 4.2-3에 제시된 2400년 재현주기에 해당하는 위험도계수(I) 2.0을 곱한 값으로 하거나 그림 3.2-1 국가지진위험지도로부터 구할 수 있다. 단, 국가지진위험지도를 이용하여 결정한 S는 지진구역계수에 위험도계수를 곱하여 구한 S값의 80%보다 작지 않아야 한다.
KDS 41 17 00 3.2 (1) 정리표
|
지진구역
|
행정구역
|
지진구역계수 Z
(재현주기 500년) |
유효지반가속도 S
(재현주기 2400년) (KDS 17 10 00 : 표 4.2.-3) |
기본설계지진
(재현주기 1000년) |
|
I
|
기타 모든지역
|
0.11
|
0.11 x 2 = 0.22
|
S x 2/3
|
|
II
|
강원 북부, 제주
|
0.07
|
0.07 x 2 = 0.14
|
S x 2/3
|
단위는 g (9.81㎨)
표 4.2-3 위험도계수 (KDS 17 10 00)
| 평균재현주기 (년) | 50 | 100 | 200 | 500 | 1,000 | 2,400 | 4,800 |
| 위험도계수, | 0.40 | 0.57 | 0.73 | 1 | 1.4 | 2.0 | 2.6 |
지반의 조건 KDS 17 10 00
4.2.1.2 지반의 분류
(1) 국지적인 토질조건, 지질조건과 지표 및 지하 지형이 지반운동에 미치는 영향을 고려하기 위하여 지반을 표 4.2-4에서와 같이 S1, S2, S3, S4, S5, S6의 6종으로 분류한다. 다만, 기반암은 전단파속도가 760m/s 이상인 지층으로 정의한다.
표 4.2-4 지반의 분류
|
지반종류
|
지반종류의 호칭
|
분류기준
|
|
|
기반암 깊이, H (m)
|
토층평균전단파속도, (m/s)
|
||
|
S1
|
암반 지반
|
1 미만
|
-
|
|
S2
|
얕고 단단한 지반
|
1∼20 이하
|
260 이상
|
|
S3
|
얕고 연약한 지반
|
260 미만
|
|
|
S4
|
깊고 단단한 지반
|
20 초과
|
180 이상
|
|
S5
|
깊고 연약한 지반
|
180 미만
|
|
|
S6
|
부지 고유의 특성평가 및 지반응답해석이 필요한 지반
1. 액상화 우려가 있는 흙 2. 이탄 또는 유기성높은지반 3. 소성 높고, 점토 4. 층이 두껍고 연약, 중간 단단한 점토 5. 기반암 깊이 50m 초과 |
||
토층평균전단파속도, Vs,soil (m/s)는 조화평균으로 구한다. (산술평균 vs. 기하평균 vs. 조화평균)
di = 각 심도의 두께 (m)
Vsi = 각 심도의 지진파(m/sec)
2016 KBC 기준 지반의 분류
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4.2 설계응답스펙트럼 (KDS 41 17 00)
4.2.1 설계응답스펙트럼의 정의
지진의 설계응답스펙트럼은 다음 식에 따라 구한 후 그림 4.2-1과 같이 작성한다.
(1)
일 때, 스펙트럼가속도 Sa 는 식 (4.2-1)에 의한다.
(2)
일 때, 스펙트럼가속도 Sa 는 4.2.2에 따라 산정되는 SDS 와 같다.
(3)
일 때, 스펙트럼가속도 Sa 는 식 (4.2-2)에 의한다.
(4)
일 때, 스펙트럼가속도 Sa 는 식 (4.2-3)에 의한다.
(4.2-1)
(4.2-2)
(4.2-3)
여기서,
：구조물의 고유주기(초)
4.2.2 단주기와 1초주기 설계스펙트럼가속도
(1) 단주기와 주기 1초의 설계스펙트럼가속도 SDS, SD1은 식 (4.2-4), (4.2-5)에 의하여 산정한다.
(4.2-4)
(4.2-5)
여기서, Fa 와 Fv 는 각각 표 4.2-1과 표 4.2-2에 규정된 지반증폭계수이다.
(2) 기반암의 깊이가 20 m를 초과하고 지반의 평균 전단파속도가 360 m/s 이상인 경우, 표 4.2-2에 규정된 Fv 의 80%를 적용한다.
(3) 지반분류가 S6 이고 기반암의 깊이가 불분명한 경우, 표 4.2-1과 표 4.2-2에 규정된 Fa 와 Fv 의 110%를 적용한다.
4.2.3 지반증폭계수
단주기 지반증폭계수 Fa 와 1초 주기 지반증폭계수 Fv 는 각각 표 4.2-1과 표 4.2-2에 따른다.
지반증폭계수 (KDS 41 17 00 : 2019, 4.2.3 표 4.2-1, 표 4.2-2)
| 지반종류 | 단주기 지반증폭 계수 (Fa) | 단주기 지반증폭 계수 (Fv) | ||||
| S ≤ 0.1 | S = 0.2 | S = 0.3 | S ≤ 0.1 | S = 0.2 | S = 0.3 | |
| S1 | 1.12 | 1.12 | 1.12 | 0.84 | 0.84 | 0.84 |
| S2 | 1.4 | 1.4 | 1.3 | 1.5 | 1.4 | 1.3 |
| S3 | 1.7 | 1.5 | 1.3 | 1.7 | 1.6 | 1.5 |
| S4 | 1.6 | 1.4 | 1.2 | 2.2 | 2.0 | 1.8 |
| S5 | 1.8 | 1.3 | 1.3 | 3.0 | 2.7 | 2.4 |
5. 내진설계범주 (KDS 41 17 00)
5.1 일반사항
구조물은 내진등급과 지반상태를 고려하여 분류한 내진설계범주 A~D 중 하나에 속하며, 내진설계범주에 따라 구조물에 허용되는 지진력저항시스템, 높이와 비정형성에 대한 제한, 내진설계 대상 부재, 구조해석방법 등을 결정한다.
5.2 내진설계범주의 결정
모든 구조물은 2.2에 따라 결정된 내진등급과 4.2.2에 따라 결정된 설계스펙트럼가속도 SDS 및 SD1을 사용하여, 표5.2-1과 표 5.2-2로부터 내진설계범주를 결정한다. 표 5.2-1과 표 5.2-2에 따라 결정한 내진설계범주가 다를 경우에는 높은 내진설계범주로 분류한다.
표 5.2-1 단주기설계스펙트럼가속도에 따른 내진설계범주
|
SDS의 값
|
내진등급
|
||
|
특
|
I
|
II
|
|
|
0.50 ≤ SDS
|
D
|
D
|
D
|
|
0.33≤ SDS ＜0.50
|
D
|
C
|
C
|
|
0.17≤ SDS ＜0.33
|
C
|
B
|
B
|
|
SDS＜0.17
|
A
|
A
|
A
|
표 5.2-2 주기 1초 설계스펙트럼가속도에 따른 내진설계범주
|
SD1의 값
|
내진등급
|
||
|
특
|
I
|
II
|
|
|
0.20 ≦ SD1
|
D
|
D
|
D
|
|
0.14≦ SD1 ＜0.20
|
D
|
C
|
C
|
|
0.07≦ SD1＜0.14
|
C
|
B
|
B
|
|
SD1＜0.07
|
A
|
A
|
A
|
5.3 건물의 비정형성 (KDS 41 17 00)
모든 구조물은 이 조항에 따라 평면 비정형 및 수직 비정형의 유형을 구분한다.
5.3.1 평면 비정형성 [ 비요격면비 ]
표 5.3-1에 나열된 특징 중 하나 이상에 해당되는 건물은 평면 비정형성을 가진 것으로 정의한다.
|
H－1
|
비틀림비정형
|
격막이 유연하지 않을 때 고려함.
어떤 축에 직교하는 구조물의 한 단부에서 우발편심을 고려한 최대 층변위가 그 구조물 양단부 층변위 평균값의 1.2배보다 클 때 비틀림 비정형인 것으로 간주한다.
|
7.2.6.4
|
C, D
|
|
표 7.1-1
|
D
|
|||
|
7.2.8.1
|
C, D
|
|
H－2
|
요철형 평면
|
돌출한 부분의 치수가 해당하는 방향의 평면치수의 15%를 초과하면 요철형 평면을 갖는 것으로 간주한다.
|
－
|
－
|
|
H－3
|
격막의 불연속
|
격막에서 잘려나간 부분이나 뚫린 부분이 전체 격막 면적의 50%를 초과하거나 또는 인접한 층간 격막 강성의 변화가 50%를 초과하는 경우, 격막의 불연속이 존재하는 것으로 간주한다.
|
－
|
－
|
|
H－4
|
면외 어긋남
|
수직 부재의 면외 어긋남 등과 같이 하중전달 경로의 불연속성이 존재하는 경우
|
8.3.3
|
B, C, D
|
|
H－5
|
비평행 시스템
|
횡력저항 수직 요소가 전체 횡력저항 시스템에 직교하는 주축에 평행하지 않은 경우
|
8.1.3.2
|
C
|
|
8.1.3.3
|
D
|
5.3.2 수직 비정형성 [ 강중기횡강 ]
표 5.3-2에 나열된 특징 중 하나 이상에 해당되는 건물은 수직 비정형성을 갖는 것으로 정의한다. 다만, 다음의 경우에는 예외로 한다.
(1) 설계지진하중 작용 시 임의의 층의 층간변위각에 대한 인접한 상부층의 층간변위각의 비가 130% 이하이면 표 5.3-2의 유형 V－1 혹은 V－2의 수직비정형성을 적용하지 않는다. 여기서 층간변위각의 산정에 비틀림효과를 고려할 필요가 없다. 또한 건축물의 최상 2개 층에 대한 층변위각 관계는 평가하지 않아도 된다.
(2) 표 5.3-2의 수직비정형성 유형 V－1과 V－2는 2층 이하의 건축물에 대하여는 적용하지 않아도 된다.
|
V－1
|
강성비 정형－
연층
|
어떤 층의 횡강성이 인접한 상부층 횡강성의 70% 미만이거나 상부 3개 층 평균강성의 80% 미만인 연층이 존재하는 경우에는 강성분포의 비정형이 있는 것으로 간주한다.
|
표 7.1-1
|
D
|
|
V－2
|
중량비 정형
|
어떤 층의 유효중량이 인접층 유효중량의 150%를 초과할 때 중량 분포의 비정형이 존재하는 것으로 간주한다. 단, 지붕층이 하부층보다 가벼운 경우는 이를 적용하지 않는다.
|
표 7.1-1
|
D
|
|
V－3
|
기하학적 비정형
|
횡력저항 시스템의 수평치수가 인접층치수의 130%를 초과할 경우에는 기하학적 비정형이 존재하는 것으로 간주한다.
|
표 7.1-1
|
D
|
|
V－4
|
횡력저항
수직저항
요소의
비정형
|
횡력저항요소의 면내 어긋남이 그 요소의 길이보다 크거나 인접한 하부층 저항요소에 강성감소가 일어나는 경우에는 수직저항요소의 면내불연속에 의한 비정형이 있는 것으로 간주한다.
|
8.3.3
|
B, C, D
|
|
V－5
|
강도의
불연속
－약층
|
임의 층의 횡강도가 직상층 횡강도의 80% 미만인 약층이 존재하는 경우에는 강도의 불연속에 의한 비정형이 존재하는 것으로 간주한다. 각층의 횡강도는 층전단력을 부담하는 내진요소들의 저항방향 강도의 합을 말한다.
|
8.3.1
|
B, C, D
|
5.3 건물의 비정형성 (KDS 41 17 00)
모든 구조물은 이 조항에 따라 평면 비정형 및 수직 비정형의 유형을 구분한다.
5.3.1 평면 비정형성 [ 비요격면비 ]
표 5.3-1에 나열된 특징 중 하나 이상에 해당되는 건물은 평면 비정형성을 가진 것으로 정의한다.
표 5.3-1 평면비정형성의 유형과 정의
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유형번호
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유형
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정 의
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관련 항목
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적용내진
설계범주
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H－1
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비틀림비정형
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격막이 유연하지 않을 때 고려함.
어떤 축에 직교하는 구조물의 한 단부에서 우발편심을 고려한 최대 층변위가 그 구조물 양단부 층변위 평균값의 1.2배보다 클 때 비틀림 비정형인 것으로 간주한다.
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7.2.6.4
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C, D
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표 7.1-1
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D
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|||
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7.2.8.1
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C, D
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|||
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H－2
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요철형 평면
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돌출한 부분의 치수가 해당하는 방향의 평면치수의 15%를 초과하면 요철형 평면을 갖는 것으로 간주한다.
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－
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－
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H－3
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격막의 불연속
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격막에서 잘려나간 부분이나 뚫린 부분이 전체 격막 면적의 50%를 초과하거나 또는 인접한 층간 격막 강성의 변화가 50%를 초과하는 경우, 격막의 불연속이 존재하는 것으로 간주한다.
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－
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－
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H－4
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면외 어긋남
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수직 부재의 면외 어긋남 등과 같이 하중전달 경로의 불연속성이 존재하는 경우
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8.3.3
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B, C, D
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H－5
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비평행 시스템
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횡력저항 수직 요소가 전체 횡력저항 시스템에 직교하는 주축에 평행하지 않은 경우
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8.1.3.2
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C
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8.1.3.3
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D
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5.3.2 수직 비정형성 [ 강중기횡강 ]
표 5.3-2에 나열된 특징 중 하나 이상에 해당되는 건물은 수직 비정형성을 갖는 것으로 정의한다. 다만, 다음의 경우에는 예외로 한다.
(1) 설계지진하중 작용 시 임의의 층의 층간변위각에 대한 인접한 상부층의 층간변위각의 비가 130% 이하이면 표 5.3-2의 유형 V－1 혹은 V－2의 수직비정형성을 적용하지 않는다. 여기서 층간변위각의 산정에 비틀림효과를 고려할 필요가 없다. 또한 건축물의 최상 2개 층에 대한 층변위각 관계는 평가하지 않아도 된다.
(2) 표 5.3-2의 수직비정형성 유형 V－1과 V－2는 2층 이하의 건축물에 대하여는 적용하지 않아도 된다.
표 5.3-2 수직비정형성의 유형과 정의
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유형번호
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유형
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정 의
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관련 항목
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내진설계
범주
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V－1
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강성비 정형－
연층
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어떤 층의 횡강성이 인접한 상부층 횡강성의 70% 미만이거나 상부 3개 층 평균강성의 80% 미만인 연층이 존재하는 경우에는 강성분포의 비정형이 있는 것으로 간주한다.
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표 7.1-1
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D
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V－2
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중량비 정형
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어떤 층의 유효중량이 인접층 유효중량의 150%를 초과할 때 중량 분포의 비정형이 존재하는 것으로 간주한다. 단, 지붕층이 하부층보다 가벼운 경우는 이를 적용하지 않는다.
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표 7.1-1
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D
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V－3
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기하학적 비정형
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횡력저항 시스템의 수평치수가 인접층치수의 130%를 초과할 경우에는 기하학적 비정형이 존재하는 것으로 간주한다.
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표 7.1-1
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D
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V－4
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횡력저항
수직저항
요소의
비정형
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횡력저항요소의 면내 어긋남이 그 요소의 길이보다 크거나 인접한 하부층 저항요소에 강성감소가 일어나는 경우에는 수직저항요소의 면내불연속에 의한 비정형이 있는 것으로 간주한다.
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8.3.3
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B, C, D
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V－5
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강도의
불연속
－약층
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임의 층의 횡강도가 직상층 횡강도의 80% 미만인 약층이 존재하는 경우에는 강도의 불연속에 의한 비정형이 존재하는 것으로 간주한다. 각층의 횡강도는 층전단력을 부담하는 내진요소들의 저항방향 강도의 합을 말한다.
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8.3.1
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B, C, D
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6. 지진력저항시스템 (KDS 41 17 00)
밑면전단력, 부재력, 층간변위를 산정할 때에는 표 6.2-1에 정해진 적절한 반응수정계수 R , 시스템초과강도계수
Ω0, 그리고 변위증폭계수 Cd 를 사용해야 한다. 표 6.2-1에 열거되지 않은 지진력저항시스템을 사용할 경우에도 해석과 실험을 통하여 평가된 횡력저항능력과 에너지소산능력이 표 6.2-1에 열거된 구조시스템 중 하나와 유사하다고 입증된다면 해당 시스템의 반응수정계수 R , 시스템초과강도계수 Ω0 , 그리고 변위증폭계수 Cd 를 사용할 수 있다.
VE = 실제 지진하중
VD = 설계 지진하중
R = VE/VD
Cd = δu/δs
Ω0 = 최대강도/항복강도
6.2 지진력저항시스템의 정의 (KDS 41 17 00)
| 지진력 저항 시스템 | 수직하중 지지 | 횡하중 지지 |
| 내력벽 시스템 | 벽체 | 벽체 |
| 모멘트저항골조 시스템 | 보+기둥 | 보+기둥 |
| 건물골조시스템 | 보+기둥 | 벽체 |
| 이중골조시스템 | 보+기둥 | 25%이상 : 보+기둥 나머지 : 벽체 |
내력벽시스템은 수직하중과 함께 횡하중을 벽체가 지지하는 지진력저항시스템으로, 벽체는 지진하중에 대하여 충분한 면내 횡강성과 횡강도를 발휘해야 한다.
모멘트저항골조시스템은 수직하중과 횡하중을 보와 기둥으로 구성된 모멘트골조가 저항하는 지진력저항시스템이다.
표 6.2-1 지진력저항시스템에 대한 설계계수
| 기본 지진력저항시스템1) | 설계계수 | 시스템의 제한과 높이(m) 제한 | ||||
| 반응수정 계수 |
시스템 초과강도 계수 |
변위증폭 계수 |
내진설계 범주 A 또는 B |
내진설계 범주 C |
내진설계 범주 D |
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| 1. 내력벽시스템 | ||||||
| 1－a. 철근콘크리트 특수전단벽 | 5 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 1－b. 철근콘크리트 보통전단벽 | 4 | 2.5 | 4 | － | － | 60 |
| 1－c. 철근보강 조적 전단벽 | 2.5 | 2.5 | 1.5 | － | 60 | 불가 |
| 1－d. 무보강 조적 전단벽 | 1.5 | 2.5 | 1.5 | － | 불가 | 불가 |
| 1－e. 구조용 목재패널을 덧댄 경골목구조 전단벽 | 6 | 3 | 4 | - | 20 | 20 |
| 1－f. 구조용 목재패널 또는 강판시트를 덧댄 경량철골조 전단벽 | 6 | 3 | 4 | - | 20 | 20 |
| 2. 건물골조시스템 | ||||||
| 2－a.철골 편심가새골조 (링크 타단 모멘트 저항 접합) |
8 | 2 | 4 | － | － | － |
| 2－b.철골 편심가새골조 (링크 타단 비모멘트 저항접합) |
7 | 2 | 4 | － | － | － |
| 2－c. 철골 특수중심가새골조 | 6 | 2 | 5 | － | － | － |
| 2－d. 철골 보통중심가새골조 | 3.25 | 2 | 3.25 | － | － | － |
| 2－e. 합성 편심가새골조 | 8 | 2 | 4 | － | － | － |
| 2－f. 합성 특수중심가새골조 | 5 | 2 | 4.5 | － | － | － |
| 2－g. 합성 보통중심가새골조 | 3 | 2 | 3 | － | － | － |
| 2－h. 합성 강판전단벽 | 6.5 | 2.5 | 5.5 | － | － | － |
| 2－i. 합성 특수전단벽 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 2－j. 합성 보통전단벽 | 5 | 2.5 | 4.5 | － | － | 60 |
| 2－k. 철골 특수강판전단벽 | 7 | 2 | 6 | － | － | － |
| 2－l.철골 좌굴방지가새골조 (모멘트 저항 접합) |
8 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 2－m.철골 좌굴방지가새골조 (비모멘트 저항 접합) |
7 | 2 | 5.5 | － | － | － |
| 2－n. 철근콘크리트 특수전단벽 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 2－o. 철근콘크리트 보통전단벽 | 5 | 2.5 | 4.5 | － | － | 60 |
| 2－p. 철근보강 조적 전단벽 | 3 | 2.5 | 2 | － | 60 | 불가 |
| 2－q. 무보강 조적 전단벽 | 1.5 | 2.5 | 1.5 | － | 불가 | 불가 |
| 2－r. 구조용 목조패널을 덧댄 경골목구조 전단벽 | 6.5 | 2.5 | 4.5 | - | 20 | 20 |
| 2－s. 구조용 목재패널 또는 강판시트를 덧댄 경량철골조 전단벽 | 6.5 | 2.5 | 4.5 | - | 20 | 20 |
| 3. 모멘트－저항골조 시스템 | ||||||
| 3－a. 철골 특수모멘트골조 | 8 | 3 | 5.5 | － | － | － |
| 3－b. 철골 중간모멘트골조 | 4.5 | 3 | 4 | － | － | － |
| 3－c. 철골 보통모멘트골조 | 3.5 | 3 | 3 | － | － | － |
| 3－d. 합성 특수모멘트골조 | 8 | 3 | 5.5 | － | － | － |
| 3－e. 합성 중간모멘트골조 | 5 | 3 | 4.5 | － | － | － |
| 3－f. 합성 보통모멘트골조 | 3 | 3 | 2.5 | － | － | － |
| 3－g. 합성 반강접모멘트골조 | 6 | 3 | 5.5 | － | － | － |
| 3－h. 철근콘크리트 특수모멘트골조 | 8 | 3 | 5.5 | － | － | － |
| 3－i. 철근콘크리트 중간모멘트골조 | 5 | 3 | 4.5 | － | － | － |
| 3－j. 철근콘크리트 보통모멘트골조 | 3 | 3 | 2.5 | － | － | 30 |
| 4. 특수모멘트골조를 가진 이중골조시스템 | ||||||
| 4－a. 철골 편심가새골조 | 8 | 2.5 | 4 | － | － | － |
| 4－b. 철골 특수중심가새골조 | 7 | 2.5 | 5.5 | － | － | － |
| 4－c. 합성 편심가새골조 | 8 | 2.5 | 4 | － | － | － |
| 4－d. 합성 특수중심가새골조 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 4－e. 합성 강판전단벽 | 7.5 | 2.5 | 6 | － | － | － |
| 4－f. 합성 특수전단벽 | 7 | 2.5 | 6 | － | － | － |
| 4－g. 합성 보통전단벽 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 4－h. 철골 좌굴방지가새골조 | 8 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 4－i. 철골 특수강판전단벽 | 8 | 2.5 | 6.5 | － | － | － |
| 4－j. 철근콘크리트 특수전단벽 | 7 | 2.5 | 5.5 | － | － | － |
| 4－k. 철근콘크리트 보통전단벽 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 5. 중간모멘트골조를 가진 이중골조시스템 | ||||||
| 5－a. 철골 특수중심가새골조 | 6 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 5－b. 철근콘크리트 특수전단벽 | 6.5 | 2.5 | 5 | － | － | － |
| 5－c. 철근콘크리트 보통전단벽 | 5.5 | 2.5 | 4.5 | － | － | 60 |
| 5－d. 합성 특수중심가새골조 | 5.5 | 2.5 | 4.5 | － | － | － |
| 5－e. 합성 보통중심가새골조 | 3.5 | 2.5 | 3 | － | － | － |
| 5－f. 합성 보통전단벽 | 5 | 3 | 4.5 | － | － | 60 |
| 5－g 철근보강 조적 전단벽 | 3 | 3 | 2.5 | － | 60 | 불가 |
| 6. 역추형 시스템 | ||||||
| 6－a. 캔틸레버 기둥 시스템 | 2.5 | 2.0 | 2.5 | － | － | 10 |
| 6－b. 철골 특수모멘트골조 | 2.5 | 2.0 | 2.5 | － | － | － |
| 6－c. 철골 보통모멘트골조 | 1.25 | 2.0 | 2.5 | － | － | 불가 |
| 6－d. 철근콘크리트 특수모멘트골조 | 2.5 | 2.0 | 1.25 | － | － | － |
| 7. 철근콘크리트 보통 전단벽－골조 상호작용 시스템 | 4.5 | 2.5 | 4 | － | － | 60 |
| 8.6의 역추형 시스템에 속하지 않으면서 강구조기준의 일반규정만을 만족하는 철골구조시스템 | 3 | 3 | 3 | － | － | 60 |
| 9.6의 역추형시스템에 속하지 않으면서 철근콘크리트구조기준의 일반규정만을 만족하는 철근콘크리트구조 시스템 | 3 | 3 | 3 | － | － | 30 |
| 10. 지하외벽으로 둘러싸인 지하구조시스템 | 3 | 3 | 2.5 | |||
| 1) 시스템별 상세는 각 재료별 설계기준 및 또는 신뢰성 있는 연구기관에서 실시한 실험, 해석 등의 입증자료를 따른다. | ||||||
건물골조시스템은 수직하중은 보, 슬래브, 기둥으로 구성된 골조가 저항하고 지진하중은 전단벽이나 가새골조 등이 저항하는 지진력저항시스템이다.
6.2.4 특수모멘트골조 혹은 중간모멘트골조를 가진 이중골조시스템
이중골조시스템에서 모멘트골조는 적어도 설계지진력(밑면전단력)의 25%를 저항할 수 있어야 한다. 이중골조 전체의 횡력저항능력은 모멘트골조와 전단벽 또는 모멘트골조와 가새골조 각각의 횡력저항능력의 합으로 각각의 횡력저항능력은 그들의 횡강성에 비례하여 발휘된다.
역추형 시스템이란 바닥에 고정된 캔틸레버 기둥처럼 거동하며 횡력을 지지하는 지진력저항시스템을 말한다.
6.2.6 철근콘크리트 보통 전단벽-골조 상호작용 시스템
철근콘크리트 보통 전단벽－골조 상호작용 시스템은 보통전단벽과 보통모멘트골조가 같이 사용되는 구조이다. 철근콘크리트 보통 전단벽－골조 상호작용 시스템에서 전단벽의 전단강도는 각 층에서 최소한 설계층전단력의 75% 이상이어야 하고, 골조는 각 층에서 최소한 설계층전단력의 25%를 저항할 수 있어야 한다.
6.2.7 강구조기준의 일반규정만을 만족하는 철골구조시스템
KDS 41 31 00 건축물 강구조 설계기준에서 4.10 강구조의 내진설계와 4.11 합성구조의 내진설계을 제외한 나머지 규정을 준수한 철골구조시스템을 말한다.
6.2.8 콘크리트구조기준의 일반규정만을 만족하는 철근콘크리트구조 시스템
KDS 41 30 00 건축물 콘크리트구조 설계기준에서 4.18 내진설계 시 특별 고려사항을 제외한 나머지 규정을 준수한 콘크리트구조시스템을 말한다.
구조물의 직교하는 2축을 따라 서로 다른 지진력저항시스템을 사용할 경우에는 표 6.2-1에서 각 시스템에 해당하는 반응수정계수 R, 시스템초과강도계수 Ω0, 그리고 변위증폭계수 Cd를 사용하여야 한다.
서로 다른 지진력저항시스템이 동일방향의 지진하중에 저항하지만 이중골조시스템으로 분류되지 않는 구조물의 경우, 표 6.2-1에서 가장 불리한 시스템 제한사항을 적용하여 설계하여야 하며 또한 6.4.1 ~ 6.4.3의 요구사항을 따라야 한다.
동일방향의 지진하중에 대하여 지진력저항시스템이 수직으로 조합되어 사용된 구조물의 경우, 다음 요구사항을 따른다. 단, 지하구조물은 이 절의 적용대상에서 제외한다.
(1) 하부 시스템의 R 이 상부 시스템의 R 보다 더 작은 경우, 상부 시스템의 설계에는 상부 시스템의 설계계수( R, Ω0, 및 Cd )를 사용할 수 있다. 하부 시스템의 설계에는 하부 시스템의 설계계수( R, Ω0, 및 Cd )를 적용하여야 하고, 또한 상부 시스템으로부터 하부 시스템으로 전달되는 힘은 상부 시스템의 R 을 하부 시스템의 R 로 나눈 값을 곱하여 증가시켜야 한다.
(2) 하부 시스템의 R 이 상부 시스템의 R 보다 큰 경우, 상부 시스템의 설계계수( R, Ω0, 및 Cd )를 상부 및 하부 시스템 모두에 적용하여야 한다.
다만, 다음의 경우는 예외로 한다.
(1) 높이가 2층 이하이고 전체 구조물 중량의 10% 이하인 옥상 구조물
(2) 전체 구조물 중량의 10% 이하의 중량을 갖는 별도 지지된 구조물
(3) 1가구 및 2가구 단위의 경량골조 독립주택
강한 하부 구조 위에 유연한 상부 구조가 사용된 구조물의 경우, (1)과 (2)를 만족시킬 경우에는 (3)과 (4)의 2단계 등가정적해석을 사용할 수 있다.
(1) 하부 부분의 강성이 상부에 비해 10배 이상일 경우
(2) 전체 구조물의 주기가 상부 부분을 밑면이 고정된 별도의 구조물이라고 가정 하였을 때 얻어진 기본 주기의 1.1배를 초과하지 않을 경우
(3) 유연한 상부 부분은 적절한 R 값을 사용하여 별도의 구조물로서 설계한다.
(4) 강한 하부 부분은 적절한 R 값을 사용하여 별도의 구조물로 설계한다. 상부 부분으로부터의 반력은 상부 부분의 해석으로부터 얻은 반력값에 하부 부분의 R 값에 대한 상부 부분의 R 값의 비를 곱하여 구한다. 이 비는 1.0 이상이어야 한다.
반응수정계수 R 은 옥상층을 제외하고, 상부층들의 동일방향 지진력저항시스템에 대한 R 값 중 최솟값을 사용하여야 한다. 변위증폭계수 Cd 및 시스템초과강도계수 Ω0 는 그 방향의 R 에 상응하는 값을 사용하여야 한다.
반응수정계수가 서로 다른 시스템들에 의하여 공유되는 구조부재의 경우에는 그중 큰 반응수정계수 R 에 상응하는 상세를 갖도록 설계하여야 한다.
각 지진력저항시스템에 대하여 내진설계범주에 해당되는 표 6.2-1의 시스템 사용제한과 높이제한 사항을 적용한다.
내진설계범주 ʻDʼ에 해당하는 구조물은 표 6.2-1의 시스템 제한과 다음을 만족하여야 한다.
강성이 큰 비구조요소에 연결되어 있는 모멘트골조는 이러한 요소의 영향으로 인해 수직하중 및 지진력저항능력이 저해되지 않도록 설계하여야 한다. 설계 시 7.2.8.1에서 산정된 설계층간변위 Δ에 해당하는 변형에서 구조시스템에 대한 이 요소의 영향을 고려하고 대비하여야 한다. 또한 어떤 구조물이 5.3에서 정의한 하나 혹은 그 이상의 비정형성을 갖는지 여부를 결정할 때에도 이 요소들의 영향을 반드시 고려하여야 한다.
고려하는 방향의 지진력저항시스템에 포함되지 않은 모든 구조요소는 7.2.7.1에 따라 결정된 설계층간변위 Δ에 의하여 발생하는 모멘트와 전단력뿐만 아니라 수직하중에 저항할 수 있는 연성능력을 발휘하도록 설계한다. 허용응력설계법을 사용할 경우 Δ는 하중계수 0.7을 곱하지 않은 지진력에 대해 산정한다. 고려하는 방향의 지진력저항시스템에 포함되지 않은 부재에 발생되는 모멘트와 전단력은 인접한 강한 구조 및 비구조요소에 의한 강성 증가효과를 포함하여 산정한다.
7. 지진하중의 계산 및 구조해석 (KDS 41 17 00)
7.1 해석법의 적용
내진설계범주에 따라 다음과 같은 구조해석방법을 적용한다.
7.1.1 내진설계범주 'A'와 'B'에 대한 해석법
내진설계범주 ʻAʼ 또는 ʻBʼ에 해당하는 구조물의 해석은 7.2에 규정한 등가정적해석법에 의하여 설계할 수 있다.
7.1.2 내진설계범주 'C'에 대한 해석법
내진설계범주 ʻCʼ에 해당하는 구조물의 해석은 7.2에서 정한 등가정적해석법에 의하여 설계할 수 있다. 단, 다음 중의 하나에 해당하는 경우에는 7.3에서 제시하는 동적해석법을 사용하여야 한다.
(1) 높이 70m 이상 또는 21층 이상의 정형구조물
(2) 높이 20m 이상 또는 6층 이상의 비정형구조물
7.1.3 내진설계범주 'D'에 대한 해석법
내진설계범주 ʻDʼ에 해당하는 구조물의 해석에는 표 7.1-1에 지정한 해석방법 또는 그 보다 정밀한 해석방법을 사용하여야 한다. 이 경우에 구조물이 표 5.3-1의 H－1 혹은 H－4에 해당하는 평면비정형성이 없거나 표 5.3-2의 V－1, V－4 혹은 V－5에 해당하는 수직비정형성이 없는 경우에 정형으로 볼 수 있다.
표 7.1-1 내진설계범주 ʻDʼ에 대한 해석법
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구조물 형태
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내진설계를 위한 해석방법
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1.3층 이하인 경량골조구조와 각 층에서 유연한 격막을 갖는 2층 이하인 기타 구조로서 내진등급 II의 구조물
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등가정적해석법 또는 동적해석법
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2. 상기 1항 이외의 높이 70m 미만의 정형구조물
|
등가정적해석법 또는 동적해석법
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3.표 5.3-2에서 유형 1, 2, 3을 제외한 수직비정형성 또는 표 5.3-1의 유형 1을 제외한 평면비정형성을 가지면서 높이가 5층 또는 20m를 초과하지 않는 구조물.
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등가정적해석법 또는 동적해석법
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4. 평면 또는 수직 비정형성을 가지는 기타 구조물 또는 높이가 70m를 초과하는 정형구조물
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동적해석법
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※ 내진설계의 구조해석
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구분
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해석법
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모드 고려
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부재물성치
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지진하중 크기
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지진하중 산정법
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정적해석법
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등가정적해석법
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1차모드만 고려
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탄성
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V/R
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설계응답스펙트럼
|
|
|
비선형정적해석법
|
1차모드만 고려
|
비탄성
|
V
|
설계응답스펙트럼
|
|
|
|
동적해석법
|
응답스펙트럼해석법
|
고차모드 고려
|
탄성
|
V/R
|
설계응답스펙트럼
|
|
|
선형시간이력해석법
|
고차모드 고려
|
탄성
|
V/R
|
지진의시간이력
|
|
|
|
비선형동적해석법
|
고차모드 고려
|
비탄성
|
V
|
지진의시간이력
|
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7.2 등가정적해석법 (KDS 41 17 00)
7.2.1 밑면전단력
밑면전단력 V 는 식 (7.2-1)에 따라 구한다.
(7.2-1)
여기서,
：식 (7.2-2)에 따라 산정한 지진응답계수
：고정하중과 아래에 기술한 하중을 포함한 유효 건물 중량
① 창고로 쓰이는 공간에서는 활하중의 최소 25%
(공용차고와 개방된 주차장 건물의 경우에 활하중은 포함시킬 필요가 없음.)
② 바닥하중에 칸막이벽 하중이 포함될 경우에 칸막이의 실제중량과 0.5kN/㎡ 중 큰 값
③ 영구설비의 총 하중
④ 적설하중이 1.5kN/㎡을 넘는 평지붕의 경우에는 평지붕 적설하중의 20%.
⑤ 옥상정원이나 이와 유사한 곳에서 조경과 이에 관련된 재료의 무게
7.2.2 지진응답계수
지진응답계수 Cs 는 식 (7.2-2)에 따라 구한다.
(7.2-2)
식 (7.2-2)에 따라 산정한 지진응답계수 Cs 는 다음 값을 초과하지 않아도 된다.
:
(7.2-3)
:
(7.2-4)
그러나 지진응답계수 Cs 는 다음 값 이상이어야 한다.
(7.2-5)
여기서,
：표 2.2-1에 따라 결정된 건축물의 중요도계수
：표 6.2-1에 따라 결정한 반응수정계수
：4.2에 따른 단주기 설계스펙트럼가속도
：4.2에 따라 결정한 주기 1초에서의 설계스펙트럼가속도
：7.2.3에 따라 산정한 건축물의 고유주기(초)
：5초
7.2.4 고유주기의 약산법
근사고유주기
(초)는 식 (7.2-6)에 따라 구한다.
(7.2-6)
여기서,
＝0.0466, x =0.9：철근콘크리트모멘트골조
＝0.0724, x =0.8：철골모멘트 골조
＝0.0731, x =0.75：철골 편심가새골조 및 철골 좌굴방지가새골조
＝0.0488, x =0.75：철근콘크리트전단벽구조, 기타골조
:건축물의 밑면으로부터 최상층까지의 전체높이 (m)
강성에 영향을 줄 수 있는 비보강채움벽이 있는 철근콘크리트모멘트골조, 철골모멘트골조의 주기는 상기식에 2/3를 곱하여 산정한다. 콘크리트 전단벽체가 주요 횡저항 시스템인 경우에는 기타골조의 주기식을 적용한다.
철근콘크리트와 철골 모멘트저항골조에서 12층을 넘지 않고 층의 최소높이가 3m 이상일 때 근사고유주기
는 아래 식에 의하여 구할 수 있다.
(7.2-7)
여기서,
：층수
7.2.5 지진력의 연직분포
밑면전단력을 수직분포시킨 층별 횡하중 Fx 는 다음 식에 따라 결정한다.
(7.2-8)
(7.2-9)
여기서,
：수직분포계수
：건축물 주기에 따른 분포계수
：0.5초 이하의 주기를 가진 건축물
：2.5초 이상의 주기를 가진 건축물
단, 0.5초와 2.5초 사이의 주기를 가진 건축물의 경우 k 는 1과 2 사이의 값을 직선보간하여 구한다.
：밑면으로부터 i 또는 x 층까지의 높이
：밑면전단력
：i 또는 x 층 바닥에서의 중량
：층수
7.2.6 수평전단력분포
7.2.6.1 수평전단력의 계산
x 층에서의 층전단력 Vx 는 다음 식에 의해 결정한다.
(7.2-10)
여기서,
：i층 바닥에 작용하는 지진력
격막이 유연하지 않을 경우에는 설계 시 수평비틀림모멘트를 고려하여야 한다. 수평비틀림모멘트는 구조물의 질량 중심과 강성 중심 간의 편심에 의한 비틀림모멘트 Mt 와 우발비틀림모멘트 Mta 의 합으로 한다. 이때 비틀림모멘트 Mt 는 편심거리에 층전단력을 곱하여 산정하고, 우발비틀림모멘트 Mta 는 지진력 작용방향에 직각인 평면치수의 5%에 해당하는 우발편심과 층전단력을 곱하여 산정한 모멘트로 한다. 우발편심은 질량 중심에 대하여 양방향 모두 고려하여야 한다.
표 5.3-1에 의한 비틀림비정형(유형 H－1) 건물이 5.2에 따라 내진설계범주 ʻCʼ 또는 ʻDʼ로 분류되는 경우에는 다음 식에 의한 비틀림증폭계수 Ax 를 각 층에서 우발비틀림모멘트 Mta 에 곱하여야 한다.
(7.2-11)
여기서,
：x 층 바닥에서의 최대변위
：x 층 바닥에서 건물 각 모서리 변위의 평균
단, 비틀림증폭계수 Ax 가 3.0을 초과할 필요는 없다. 각 부재의 설계 시 가장 불리한 하중조건을 고려하여야 한다.
7.3 동적해석법
7.3.1 해석방법의 선택
동적해석을 수행하는 경우에는 다음 중 한 가지 방법을 선택할 수 있으며, 세부 절차는 이 조항의 규정에 의한다.
(1) 응답스펙트럼해석법
(2) 선형시간이력해석법
(3) 비선형시간이력해석법
7.3.3 응답스펙트럼해석법
7.3.3.1 모드특성
고유주기, 모드형상벡터, 질량참여계수, 모드질량 등과 같은 건축물의 진동모드특성은 횡력저항시스템의 질량 및 탄성강성에 의하여 밑면이 고정된 것으로 가정 하여 공인된 해석방법으로 구하여야 한다. 해석에 포함되는 모드개수는 직교하는 각 방향에 대하여 질량참여율이 90% 이상이 되도록 결정한다.
7.3.3.2 모드밑면전단력
m 차 모드에 의한 밑면전단력 Vm 은 다음 식으로 구한다.
(7.3-1)
(7.3-2)
여기서,
：식 (7.3-3)에 의하여 결정되는 m차 모드 지진응답계수
： m차 모드 유효중량
：m차 모드벡터의 i 층 성분
：유효건물중량 W 중
i 층의 유효중량으로 W 는 모든 고정하중 및 다음의 하중을 포함한다.
① 창고로 쓰이는 공간에서는 활하중의 최소 25%(공용 차고와 개방된 주차장 건물의 경우에는 활하중은 포함시킬 필요가 없음)
②바닥하중에 칸막이벽하중이 포함될 경우에는 칸막이의 실제중량과 0.5kN/m2 중 큰 값
③ 영구설비의 총 하중
④적설하중이 1.5kN/m2이 넘는 평지붕의 경우에는, 평지붕적설하중의 20%
⑤ 옥상정원이나 이와 유사한 곳에서 조경과 이에 관련된 재료의 무게
m 차 모드 지진응답계수 Csm 은 식 (7.3-3)에 따라 결정한다.
(7.3-3)
여기서,
：표 2.2-1에 따라 결정되는 중요도계수
：설계스펙트럼 또는 대지특성에 맞는 응답스펙트럼에 따라 결정되는 모드별 주기 Tm 에 대응하는 모드 설계스펙트럼가속도
：표 6.2-1에 의한 반응수정계수
단, 각 방향별 1차 모드를 제외한 주기가 0.3초 미만인 고차모드의 지진응답계수 Csm 은 식 (7.3-4)로도 구할 수 있다.
(7.3-4)
여기서,
：표 2.2-1에 따라 결정되는 중요도계수
：표 6.2-1에 의한 반응수정계수
：4.2에 의한 단주기 설계스펙트럼가속도
：m 차 모드의 진동주기
7.3.4 시간이력해석
7.3.4.1 설계지진파
(1) 시간이력해석은 지반조건에 상응하는 지반운동기록을 최소한 3개 이상 이용하여 수행한다. 3개의 지반운동을 이용하여 해석할 경우에는 최대응답을 사용하여 설계해야 하며, 7개 이상의 지반운동을 이용하여 해석할 경우에는 평균응답을 사용하여 설계할 수 있다.
(2) 3차원해석을 수행하는 경우 각 지반운동은 평면상에서 서로 직교하는 2방향의 쌍으로 구성되며, 2방향의 성분이 대상 구조물의 평면상에 교대로 2회 해석되어야 한다. 개별 지반운동의 성분별로 5% 감쇠비의 응답스펙트럼을 작성하고, 주기별로 제곱합제곱근(SRSS)을 취하여 제곱합제곱근 스펙트럼을 산정하며, 이 제곱합제곱근 스펙트럼들의 평균값이 설계대상 구조물 기본진동주기의 0.2배부터 1.5배 사이에 해당되는 주기에 대해서 지반운동기록의 조성 및 생성방법에 따라 다음의 최소응답스펙트럼 가속도 이상 되도록 해야 한다. 지반운동의 크기를 조정하는 경우에는 직교하는 2성분에 대해서 동일한 배율을 적용하여야 한다.
① 4.1.1에서 정의된 지반조건에 해당하는 지진관측소에서 계측된 지반운동기록의 진폭을 조정하여 사용하는 경우에 최소응답스펙트럼 가속도는 설계응답스펙트럼의 1.3배의 90%로 정한다.
② 4.1.1에서 정의된 지반조건에 해당하는 지진관측소에서 계측된 지반운동기록의 주파수 성분을 조정하여 설계응답스펙트럼에 맞게 생성한 경우에 최소응답스펙트럼 가속도는 설계응답스펙트럼의 1.3배의 110%로 정한다.
③ 설계대상 구조물이 위치한 지반의 조건이 고려된 부지응답해석을 통해 지진동을 산정할 경우 최소응답스펙트럼 가속도는 설계응답스펙트럼의 1.3배의 80%로 정한다. 다만, 부지응답해석으로 구해진 지진파의 평균스펙트럼의 최대값이 설계대상 구조물 기본진동주기의 0.2배부터 1.5배 사이에 해당되는 구간 밖에 위치할 경우 최소응답스펙트럼 가속도는 설계응답스펙트럼의 1.3배의 90%로 정한다. 부지응답해석을 위한 입력 지진파는 4.1.1에서 정의하는 S1 지반조건에서 계측된 지반운동기록을 사용하되 그 제곱합제곱근 스펙트럼들의 평균값은 S1 지반의 설계응답스펙트럼의 1.3배와 비교하여 가속도 일정구간에서는 80% 이상, 그 외 구간에서는 100% 이상이어야 한다.
(3) 2차원 해석을 수행하는 경우에는 개별 지반운동에 대해 작성된 5% 감쇠비 응답스펙트럼의 평균값이 해석을 수행하는 방향의 구조물 고유주기의 0.2배부터 1.5배 사이에 해당되는 주기에 대해서 지반운동기록의 조성 및 생성방법에 따라 7.3.4.1(2)의 ①, ②, ③에 부합하도록 조정한다. 단, 설계응답스펙트럼의 1.3배 대신에 1.0배를 적용한다.
7.3.4.2 선형시간이력해석
층전단력, 층전도모멘트, 부재력 등 설계값은 시간이력해석에 의한 결과에 중요도계수를 곱하고 반응수정계수로 나누어 구한다. 이렇게 구한 설계값들은 7.3.3.5의 규정에 따라 조정하여야 한다.
7.3.4.3 비선형시간이력해석
부재의 비탄성 능력 및 특성은 중요도계수를 고려하여 실험이나 충분한 해석결과에 부합하도록 모델링해야 한다. 응답은 R/IE 에 의하여 감소시키지 않는다. 최대 비탄성변위응답은 8.2.3을 만족하여야 한다. 더불어 개별 부재의 강도 및 변형 능력 만족 여부도 함께 검토해야 한다.
7.3.4.4 지반효과의 고려
지반운동의 영향을 직접적으로 고려하기 위하여 구조물 인접지반을 포함하여 해석을 수행할 수 있다. 기반암 상부에 위치한 지반을 모델링하여야 하며, 되도록 넓은 면적의 지반을 모델링하여 구조물로부터 멀리 떨어진 지반의 운동이 구조물과 인접지반의 상호작용에 의하여 영향을 받지 않도록 한다. 기반암의 특성을 가진 지진파를 이용하여 기반암의 지진입력에 대하여 해석을 수행한다. 이 때 기반암의 특성을 가진 입력지진파의 선정은 7.3.4.1(2)③을 따른다.
각 해석법에 대한 설명 추가
IO, LS, CP 판정 (성능점 및 목표변위)
성능점 - 역량스펙트럼법
V 를 Sa로 변환
최상층변위를 Sd로 변환
T를 Sd로 변환
변위계수법
공동주택 성능기반 내진설계 지침(대한건축학회) 의 부록
을 참조
7.2.8 층간변위 결정과
효과
7.2.8.1 층간변위의 결정
층간변위 Δ 는 주어진 층의 상·하단 질량 중심의 횡변위 차이로서 산정한다. 허용응력설계의 경우에도 Δ 는 지진하중에 하중계수 0.7을 곱하지 않고 산정하여야 한다. 건물이 표 5.3-1에 의한 평면비정형성의 유형 H－1과 내진설계범주 ʻCʼ와 ʻDʼ로 분류된 경우에 Δ 는 주어진 층의 상·하단 모서리 변위 간 차이 중 최대값으로 한다.
x층의 층변위 δx 는 다음 식에 의해서 결정한다.
(7.2-13)
여기서,
：표 6.2-1에 의한 변위증폭계수
：지진력저항시스템의 탄성해석에 의한 층변위
：표 2.2-1에 따른 건축물의 중요도계수
8.2.3 변형과 횡변위 제한
설계층간변위 Δ 는 어느 층에서도 표 8.2-1에 규정한 허용층간변위 Δa 를 초과할 수 없다.
표 8.2-1 허용층간변위 Δa
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내진등급
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특
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I
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II
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허용층간변위 Δα
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0.010hαx
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0.015hαx
|
0.020hαx
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hαx：x 층 층고
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|||
14. 지하구조물의 내진설계
14.1 일반사항
이 절에서 내진설계 대상으로 정하는 지하구조물은 건축물로 분류된 구조물(단독 지하주차장, 지하역사, 지하도 상가 등)과 건축물의 지상층과 연결되어 있는 지하구조물(공동주택의 지하주차장 등)이다.
14.2 지하구조물의 중요도
지하구조물의 중요도는 용도 및 규모에 따라 KDS 41 10 05 건축구조기준 총칙의 3. 건축물의 중요도 분류를 따른다. 다만, 지하층이 있는 건축물에서 지하층이 지상층에 비하여 넓은 평면을 가지는 경우, 지상층으로부터 전달되는 하중을 부담하는 영역 및 주요한 횡력(토압, 수압 등)을 지지하는 부재는 지상층의 중요도를 따르며, 그외 부분의 중요도는 지하층의 용도에 따라서 중요도계수를 다르게 적용할 수 있다.
14.3.2 지하구조물의 지진력저항시스템
지하구조물은 콘크리트외벽으로 둘러싸여 있어서 큰 횡강성과 작은 연성능력을 가지고 있으므로 지하구조물 자체의 관성력에 의하여 발생하는 지진하중 산정 시 설계계수는 지상구조물의 설계계수와 별도로 표 6.2-1의 10에 따라 반응수정계수(R=3), 시스템초과강도계수(
), 변위증폭계수(
)를 적용한다.
표 6.2-1 지진저항력시스템에 대한 설계계수
|
기본 지진력저항시스템1)
|
설계계수
|
시스템의 제한과 높이(m) 제한
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||||
|
반응수정
계수 |
시스템
초과강도 계수 |
변위증폭
계수 |
내진설계
범주 A 또는 B |
내진설계
범주 C |
내진설계
범주 D |
|
|
10. 지하외벽으로 둘러싸인 지하구조시스템
|
3
|
3
|
2.5
|
|
|
|
14.3.3 지하구조물의 연성상세
지상구조와 연결되어 지상구조로부터 지진하중이 전달되는 지하구조물의 영역은 지상구조로부터 전달되는 지진하중을 전달할 수 있도록 안전하게 설계되어야 하며, 지상구조와 연결되는 부위는 지상구조와 동일한 연성등급의 상세를 사용하여 설계한다. 다만, 부재의 강도가 초과강도계수를 고려한 특별지진하중보다 큰 경우에는 연성상세를 사용할 필요는 없다.
14.4.2 하중조합
하중조합은 KDS 41 10 15 건축구조기준 설계하중의 1.5 하중조합을 따른다. 단, 정적토압의 하중계수는 H 의 1.6 대신에 1.0을 사용한다. 지진하중 E 는 지상구조물의 관성력에 의한 지진하중, 지하구조물의 관성력에 의한 지진하중, 설계지진토압(토사의 관성력에 의해 지하구조물에 작용하는 하중)을 포함한다.
14.4.2 해설 :
1.2D+1.0E+1.0L+0.2S
0.9D+1.0E
14.5 지진토압의 계산
14.5.1 지진토압산정의 기준면
지진토압은 지표면으로부터 기반암(지층의 전단파속도, Vs＝760m/s 이상)사이 토사의 운동을 고려하여 14.5.2에 따라 계산한다. 기반암은 지하구조물에 지진토압을 유발하지 않는 것으로 가정한다.
14.5.2 지진토압의 계산
(1) 일반적으로 지하구조물에 대한 지진해석 및 내진설계를 위한 지진토압은 응답변위법, 시간이력해석법을 이용하여 계산할 수 있다.
(2) 지표면으로부터 기반암까지 토사의 깊이가 15 m 이내이고, 지표면으로부터 지하구조물 기초의 저면까지의 깊이가 토사 깊이의 2/3 이하인 경우 지진토압은 (1)에서 기술된 두 가지 방법 이외에 추가로 등가정적법을 적용하여 구할 수 있다. 등가정적법에 의한 지진토압은 지표면에서 지하구조물 저면까지 깊이가 증가함에 따라 선형으로 증가하는 토압분포를 가지며 식 (14.5-1)~식 (14.5-3)으로 구한다.
(14.5-1)
(14.5-2)
(14.5-3)
여기서,
：등가정적법에 의한 지하구조물의 지하외벽에 작용하는 지진토압의 합력
：지하외벽과 접하는 토사지반의 평균 단위중량
：지표면에서 지하외벽의 저면까지의 깊이
：지진토압계수
：해당지반 지표면에서의 최대유효지반가속도
：3장에서 정하는 유효지반가속도
：표 4.2-1의 단주기 지반증폭계수
14.6 지하구조를 고려한 지진해석 및 내진설계 방법
(1) 지진하중과 설계지진토압에 대하여 지상구조와 지하구조가 안전하도록 설계해야 한다.
(2) 원칙적으로 구조물의 해석모델은 지상구조와 지하구조를 포함하고 기초면 하부가 고정된 해석모델을 사용한다. 부재력을 구하기 위한 해석모델에서 지표면으로부터 기반암 사이 토사에 접하는 지하구조의 측면에 어떠한 수평방향 구속조건도 적용하지 않아야 하나, 기반암에 접하는 지하구조의 측면에는 수평방향 구속조건을 적용할 수 있다. 지상구조의 지진하중과 주기를 계산하기 위한 해석모델에서는 지반에 의한 지하구조 측면의 구속효과를 고려해야 한다.
(3) 지하구조의 강성이 지상구조의 강성보다 매우 큰 경우, 지상구조와 지하구조를 분리하여 해석할 수 있다. 이때, 지상구조의 해석모델은 지표면에서 고정조건을 사용할 수 있다. 지하구조의 해석모델은 기초하부가 고정된 해석모델을 사용하며, 지상구조로부터 전달된 하중, 지하구조의 지진하중, 지진토압, 정적토압을 고려해야 한다.
(4) 말뚝기초를 포함한 모든 기초는 기초판저면의 밑면전단력이 지반에 안전하게 전달되도록 설계되어야 하며, 기초저면과 지반이 밀착되도록 시공되어야 한다.
(5) 지하구조물과 지반을 함께 모델링할 경우 지하구조물 측면의 토사와 기반암 상부에서 기초하부까지의 토사를 해석모델에 포함해야 한다.
(6) 지하구조에 대한 근사적인 설계방법으로, 설계지진토압을 포함하는 모든 횡하중을 횡하중에 평행한 외벽이 지지하도록 설계할 수 있다.
(7) 지하외벽은 직각방향으로 재하되는 설계지진토압에 대해서 안전하도록 설계해야 한다. 다만, 해당영역의 손상이 중력하중과 횡하중에 대한 구조물 전체의 안전성과 인명피해에 영향을 주지 않는다면, 해당 벽체영역의 국부적인 파괴를 허용할 수 있다.
해그림 14.6-1 건물에 작용하는 지진하중과 지진토압 추가!
+ 건축학회의 성능기반 내진설계 공부
(1) 비구조요소의주요 피해유형 (포항지진)
① 내부 비구조벽체 - 횡방향 변형,벽체 전도 발생
- 구조체와의 이음부 균열발생
② 외부 비구조벽체 및 접합부 - 외벽 균열 (전도우려)
- 경사 균열
③ 외부마감재 치장벽돌 탈락
④ 내부표면마감재 탈락
⑤ 천장-파손 및 변형, 탈락
⑥ 물탱크 파괴
⑦ 승강기 작동중지
(2) 비구조요소의 설계범주
① NE(Non-Engineered) : 일반적인 시공자나 건축주가 별도의 구조엔지니어 없이 적용할 수 있는 방법
② PR(Prescritipt) : 미리 표준등에 의해 결정된 규정을 적용하는 방법 (표준내진상세 적용)
③ ER(Engineering Required) : 비구조요소별로 내진설계기준에 의한 내진설계가 수행되는 경우 (내진설계기준 적용)
+ 비구조요소
18. 비구조요소
18.1 일반사항
건축구조물에 영구히 설치되는 건축, 기계 및 전기설비 등의 비구조요소와 그 지지부 및 연결부는 이 절의 규정에 따라 설계되어야 한다. 단, 구조물 유효중량의 25%를 초과하는 비구조요소는 건물외구조로 분류하여 19장의 규정을 따른다.
또한 기계 혹은 전기 비구조요소를 내장하고 있는 높이 1.8m 이상의 모듈형 공장제작품으로서 18장에 해당 설계규정이 없는 경우 19장의 건물과 유사한 건물외구조물의 규정에 따른다. 하지만 모듈형 시스템에 내장되거나 모듈형 시스템에 의해 지지되는 비구조요소는 18장의 규정에 따라 설계되어야 한다.
건물외구조물(창고용 선반과 탱크 포함)은 19장의 규정에 따라 설계된다.
18.1.1 적용범위
다음의 비구조요소는 18장의 규정에 따라 내진설계가 수행되어야 한다.
(1) 중요도계수 Ip 가 1.5인 비구조요소
(2) 파라펫, 건물외부의 치장 벽돌 및 외부치장마감석재
위의 규정에 속하지 않는 비구조요소의 내진설계 여부는 건축주와의 협의에 따른다.
다만, 다음에 해당하는 전기 및 기계비구조요소는 이 조항을 적용하지 않는다.
(1) 중요도계수 Ip 가 1.0이면서 바닥으로부터 설치높이 1.2m 이하, 중량 1,800N 이하이고 덕트나 파이프와의 연결부가 유연한 재료로 구성되어 있는 경우
(2) 중량 100N 이하, 단위길이당 중량이 70 N/m 이하인 경우
18.1.2 중요도계수
비구조요소의 중요도계수 Ip 는 1.0으로 한다. 단, 다음에 해당할 경우 Ip 를 1.5로 한다.
(1) 소화배관과 스프링클러 시스템 등 인명안전을 위해 지진 후에도 반드시 기능하여야 하는 비구조요소. 또한 피난경로상의 계단, 캐노피, 비상유도등, 중량칸막이벽 등 손상시 피난경로확보에 지장을 주는 비구조요소와 대형 창고형 매장 등에 설치되어 일반대중에게 개방된 적재장치
(2) 규정된 저장용량 이상의 독성, 맹독성, 폭발위험 물질을 저장하거나 지지하는 비구조요소
(3) 표 2.2-1의 내진특등급에 해당하는 구조물에서 시설물의 지속적인 기능수행을 위해 필요하거나 손상시 시설물의 지속적인 가동에 지장을 줄 수 있는 비구조요소
18.2 설계지진력 및 변위
18.2.1 등가정적하중
18.2.1.1 수평설계지진력
지진에 의한 수평방향 등가정적하중 Fp 는 식 (18.2-1)에 의하여 산정한다. 지진하중이 아닌 다른 하중이 Fp 를 초과하여 그에 따라 설계될 경우에도 이 절의 상세나 제한규정은 적용되어야 한다.
(18.2-1)
Fp 는 다음의 값을 초과할 필요는 없다.
(18.2-2)
그러나 Fp 는 다음의 값 이상이 되어야 한다.
(18.2-3)
여기서,
：비구조요소 질량 중심에 작용하는 설계지진력
：비구조요소의 증폭계수(표 18.3-1 또는 표 18.4-1)
：비구조요소의 중요도계수
：구조물의 밑면으로부터 지붕층의 평균높이
：표 18.3-1 또는 표 18.4-1에 규정된 비구조요소의 반응수정계수
：4.2에 따라 결정한 단주기에서의 설계스펙트럼가속도
：비구조요소의 작동상태를 고려한 중량
：구조물의 밑면으로부터 비구조요소가 부착된 높이
：구조물의 밑면 이하에 비구조요소가 부착된 경우
：구조물의 지붕층 이상에 비구조요소가 부착된 경우
표 18.3-1과 표 18.4-1의 초과강도계수는 콘크리트나 조적조에 정착되는 앵커 설계 시 18.5에서 요구하는 경우에만 적용한다.
Fp 는 최소한 두 직교축에 대해 독립적으로 산정되어야 하며 필요할 경우 그 요소의 사용하중 혹은 작동시 하중과 적절히 조합되어야 한다. 하지만 수직방향으로 캔틸레버 형식인 비구조요소의 경우 모든 수평방향으로 Fp 가 작용하는 것으로 고려되어야 한다.
18.2.1.2 수직설계지진력
수직방향 설계지진력은
으로 산정하며 작용하는 수직하중과 동시에 고려한다. 다만, 비부착식 바닥패널이나 비부착식 천장패널에는 적용하지 않는다.
* 국가건설기준센터 (https://www.kcsc.re.kr/) KDS 기준 참고
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