🔍2019년 3월14일자로 국토교통부에서 제정된 건축물 내진설계기준(KSD 41 17 00 : 2019)에 의하면 건축물의 지하구조물에 대해서 지진토압이 반영된 내진설계를 수행하도록 규정되어 있다. "※ 건축물 내진설계기준(2019) 사이트 링크"
동 기준의 "제14장 지하구조물의 내진설계" 항목에 대해서 상세히 살펴보자.
동 기준의 "제14장 지하구조물의 내진설계" 항목에 대해서 상세히 살펴보자.
"내진설계 대상 지하구조물 : 지하주차장, 지하역사 외"
내지설계 대상으로 정하는 지하구조물은 건축물로 분류된 구조물(단독 지하주차장, 지하역사, 지하도 상가 등)과 건축물의 지상층과 연결되어 있는 지하구조물(공동주택의 지하주차장 등)으로 규정하고 있다(14.1 일반사항).
"기반암, 평지에서 5m이내의 지하구조물은 지진토압 미고려"
지진토압은 지표면으로부터 기반암(지층의 전단파속도 Vs=760m/s)사이의 토사의 운동을 고려하여 계산한다. 기반암은 지하구조물에 지진토압을 유발하지 않는 것으로 가정한다. 또한, 평지 또는 평지에 가까운 대지에 건설되는 경우, 지표면으로부터 지하구조의 최하층바닥의 상면까지의 깊이가 5.0m 이내인 경우에는 지진토압의 영향을 고려할 필요가 없다(해설 14.5.2, pp.103)
현재 건축구조사에서 일반적으로 수행하는 지진토압산정방식은 응답변위법과 이중코사인법에 의한 지중변위를 통해서 설계지진토압을 산정하고 있다. 여기서, 지진토압에 대한 기본입력 변수는 토목과 건축분야가 동일하나, 지반반력계수에 대한 계산 방식에서는 차이가 존재한다.
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| [그림] 지진토압관련 입력변수 예시 |
"지반반력계수 산정방식에서 건축과 토목에서 차이 존재함"
일반적으로 토목분야에서는 지반반력계수를 계산식에 의해서 심도별로 산정하고 있다. 성능수준별(기능수행수준, 붕괴방지수준) 계수를 반영하여 전단파속도를 변화하고, 심도별 동탄성계수(Ed)와 벽체높이(Bv)를 활용하여 계산한다.
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| [그림]토목분야 지반반력계수 산정식 |
그러나, 건축분야에서는 현재 대한건축학회에서 제공하는 탄성파속도에 따라 지표면부터 기반암까지 3등분하여 도표화한 지반반력계수를 적용하고 있는 상황이다.
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| [그림]대한건축학회 지침에서 제공된 지반반력계수 |
상기 2가지 기준에 의거하여 기본 물성은 동일하게 적용하게 동일방법으로 지진토압을 계산하되, 지반반력계수만 상이하게 적용하였을 경우, 하기 그림과 같이 설계 지진토압에서 일부 상이한 결과를 보이고 있다. 즉, 지반조건에 따라서는 다소 상이한 결과가 발생할 수 있어 이에 대한 적용성을 재점검할 필요가 있을 것으로 사료된다.
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| [그림] 지반반력계수 산정방식에 따른 지진토압비교 |
[참고] GPENC 지진토압계산서 Sample
[참고문헌]
1) 건축물 내진설계기준, 국토교통부, KDS 41 17 00 , 2019
2) 건축물 내진설계기준 및 해설, 대한건축학회, 2019