성능기반설계(PBD)

성능기반설계의 정의

성능기반설계는 구조물의 요구성능을 먼저 정하고, 그 만족을 검증하는 설계법이다.

규정된 치수와 배근을 따르는 사양설계와 달리, 실제 거동을 해석해서 판단한다.

쉽게 말해 어떤 상태를 얼마나 잘 버틸지 목표를 먼저 정하고 계산으로 보이는 설계다.

사양설계와 성능설계 비교

두 설계법의 차이는 무엇을 기준으로 삼는지에 있다.

사양기반설계는 기준이 정한 방법을 따르면 되므로 적용이 간단하다.

성능기반설계는 기준에 없는 구조시스템이나 설계법을 쓸 때 활용하는 방식이다.

내진성능목표와 거동 허용 범위

내진성능목표는 지진 규모별로 구조물이 도달하지 않아야 할 상태를 정한 것이다.

대표적인 수준은 기능수행수준과 붕괴방지수준이다.

기능수행수준에서는 기초와 상부구조가 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 유지해야 한다.

붕괴방지수준에서는 소성변형을 허용하되 취성파괴와 좌굴을 막는 것이 핵심이다.

해석방법의 종류

앞 문제의 정답은 탄성 또는 탄성에 준하는 거동이다. 기능수행수준의 핵심 조건이다.

해석방법은 선형정적, 선형동적, 비선형정적, 비선형동적 네 가지 중에서 고른다.

표의 순서는 해석 정밀도가 높아지는 순서다. 형상과 응답특성을 고려해 고른다.

정밀도가 높을수록 입력자료와 계산 노력이 함께 커진다.

계산 예: 붕괴방지 검토

이 예는 계산 절차를 보이기 위한 가상의 철근콘크리트 교각이다.

요구변위는 해석으로 구한 지진 시 교각 상단 변위 0.12 m다.

허용변위 0.15 m는 붕괴방지 목표에 대응하는 한계 변위다.

DCR은 0.12를 0.15로 나눈 0.80이다. 요구값이 허용값의 80%라는 뜻이다.

말뚝 검토와 흔한 실수

말뚝기초는 별도 검토가 필요하다. 액상화 가능 토층에서는 주면마찰력을 무시한다.

무리말뚝은 하중을 단일말뚝에 나눈 뒤, 가장 큰 하중을 받는 말뚝을 해석한다.

가장 흔한 실수는 규정기반 설계와 성능기반 설계를 섞어 쓰는 것이다.

정리

성능기반설계는 성능목표를 먼저 정하고 해석으로 달성 여부를 검증하는 설계법이다.

목표는 기능수행수준과 붕괴방지수준으로 나누고, 해석방법은 형상과 응답특성에 맞춰 고른다.

목표를 만족하지 못하면 설계를 수정하고 다시 해석한다. 답안에는 KDS 17 10 00 4.4절 근거를 쓴다.