내진설계

내진설계

내진설계는 지진하중을 추가로 고려해 인명을 지키고 기능을 유지하는 설계다.

지진은 구조물에 수평 관성력을 준다. 그래서 연직하중만 보던 기존 설계에 지진하중을 더한다.

내진등급

시설의 중요도에 따라 내진등급을 나눈다. 일반적인 분류는 특등급, I등급, II등급이다.

등급이 높을수록 재현주기가 길어진다. 더 드문 큰 지진에 대비한다는 뜻이다.

특등급은 2400년, I등급은 1000년, II등급은 500년 재현주기의 설계지진을 쓴다.

내진성능수준

내진성능수준은 지진 후 시설이 달성해야 할 목표 상태다. 네 단계로 나뉜다.

기능수행은 손상이 경미해 기능이 유지되는 상태다. 즉시복구는 단기간에 원래 기능을 회복하는 상태다.

장기복구/인명보호는 큰 손상이 생겨도 장기 복구가 가능하고 인명 손실이 없는 상태다.

붕괴방지는 붕괴 없이 탄성 영역을 넘어 연성 거동을 하는 상태다.

지진하중과 풍하중

풍하중은 바람을 받는 면적에 비례하는 정역학적 하중이다.

지진하중은 질량과 강성, 지반 조건에 따라 생기는 관성력이다. 그래서 동역학적 하중이다.

지진하중은 외벽 면적과 무관하다. 그래서 응답 해석으로 구한다.

두 하중을 동시에 더하지 않고, 큰 쪽을 설계에 반영한다.

내진설계 절차

내진설계는 다섯 단계로 진행된다. 먼저 시설의 내진등급을 중요도에 따라 정한다.

다음으로 지반 조건과 지진 자료로 설계지진을 정하고, 목표 내진성능수준을 정한다.

이어서 해석법으로 지진응답을 구하고, 자중과 활하중 등과 조합한다.

마지막으로 내력과 변형이 성능 한계 안에 드는지 검증한다.

계산 예제

계산 예제로 등가정적해석법에 따른 밑면전단력을 구해 본다. 가상의 청사 건물이다.

응답계수 Cs는 설계 가속도 계수 S와 중요도 계수 I를 곱하고 반응수정계수 R로 나눈다.

0.2 곱하기 1.2를 3으로 나누면 Cs는 0.08이다.

밑면전단력 V는 Cs에 유효중량 20,000kN을 곱해 1,600kN이다.

가상의 예이므로 실제 설계에서는 해당 기준의 계수를 적용해야 한다.

헷갈리는 점과 정리

시험에서 자주 틀리는 실수를 짚는다.

풍하중과 지진하중을 동시에 더하면 감점된다. 두 하중 중 큰 쪽만 반영한다.

지진하중은 동적 하중인 관성력이므로 정적 하중으로 설명하면 안 된다.

지반 증폭과 액상화를 빼면 공항 시설의 특성을 놓친다.

내진등급은 중요도, 내진성능수준은 목표 상태로 구분해 쓴다.