지하구조물 내진설계

지하구조물 내진설계란

지하구조물 내진설계는 지반에 둘러싸인 구조물의 내진 안정성을 확보하는 설계다.

지하구조물은 주변 지반의 변위와 지진토압이 구조물 거동을 지배한다.

그래서 지진토압을 따로 계산해 설계에 반영해야 한다.

왜 따로 배우는가

지상구조물은 상부 질량의 관성력이 지배적이다.

지하구조물은 주변 지반이 함께 움직여 지반의 변형이 구조물 변형을 강제한다.

도시 개발로 지하 공간이 늘면서 지하구조물의 지진 안전성을 별도로 검토할 필요가 커졌다.

지진토압 산정

지진토압은 지진 시 지반변위와 관성력에 의해 흙이 벽체에 가하는 측방향 압력이다.

지진 시 증분 토압은 토압계수, 단위중량, 깊이의 곱으로 개략 나타낸다.

가상 조건 γ 18, H 10, k_h 0.11을 넣으면 증분 토압은 19.8kN/m²다.

이 값은 개략 검토용이며, 실제 설계는 KDS 41 17 00의 지진토압 식을 적용한다.

해석 방법 비교

앞 문제 정답은 36kN/m²다. 0.4 × 18 × 5를 계산한 값이다.

지하구조물 내진해석은 지반과 구조물의 상호작용을 어떻게 모델링하느냐로 나뉜다.

등가정적법은 간단하지만 지반변위를 직접 반영하지 못한다.

응답변위법은 중간 수준의 방법으로 깊은 지하구조물에 적합하다.

시간이력 해석법은 가장 정밀하나 입력 지진파 선정과 검토 비용이 크다.

지상·지하 해석 방식 선택

해석 방식은 지하와 지상의 강성 차이에 따라 분리와 통합 중에서 고른다.

분리 해석은 지상과 지하를 나눠 각각 해석하고, 경계 조건으로 상호작용을 반영한다.

통합 해석은 한 모델로 상호작용을 직접 반영하지만 계산 부담이 크다.

지하 강성이 지상보다 매우 크면 분리 해석이 타당하다.

시험에서 놓치기 쉬운 점

가장 흔한 실수는 지하구조물을 지상구조물과 같은 방식으로 해석하는 것이다.

정적 토압과 지진 시 추가 토압을 혼동하지 않도록 따로 산정한다.

하중조합에서는 수평 2축과 수직 지진동을 빠뜨리지 않는다.

채점에서는 방법 이름과 적용 조건을 함께 쓴 답안이 높은 점수를 받는다.

정리

지하구조물 내진설계의 핵심을 정리한다. 지반 변위와 지진토압을 함께 고려한다.

지진토압은 세 가지 방법 중 조건에 맞게 고르고, 강성 차이로 해석 방식을 나눈다.

지반 분류는 전단파속도 기준이며 기반암은 760m/s 이상이다.