내진 골조 방식과 중간모멘트골조

핵심 정리

내진설계 기준은 지진 때 건물이 어떤 방식으로 힘을 견디는지를 부재 수준에서 정하는 것이 목적이다. 골조방식은 수직하중과 지진하중을 어느 부재가 나누어 맡는지에 따라 구분하며, 같은 건물이라도 수평력에 저항하는 주체가 달라지면 요구되는 연성과 상세도 달라진다. 내력벽방식은 수직하중과 횡력을 모두 전단벽이 부담하는 구조방식이다. 이와 달리 모멘트골조방식은 보와 기둥이 강접으로 연결되어 수직하중과 횡력을 함께 저항하는 구조방식이다.

건물골조방식은 수직하중을 입체골조가, 지진하중을 전단벽이나 가새골조가 맡는 구조이며, 이를 이중골조라고 한다. 이중골조는 두 부재군이 역할을 나누는 구조라는 점에서 단일 방식과 구별된다. 이 역할 분담의 비율 기준이 바로 연성모멘트골조의 몫이다.

연성은 모멘트골조 등급을 가르는 기준이다. 연성모멘트골조방식은 횡력에 대한 저항능력을 높이기 위해 부재와 접합부의 연성을 증가시킨 모멘트골조방식이다. 따라서 연성 상세를 쓰지 않은 모멘트골조는 중간모멘트골조에 해당하지 않는다. 등급은 골조의 외형이 아니라 상세의 유무로 판단한다는 점이 핵심이다.

등급별 한계는 내진설계범주와 함께 본다. 비가새골조는 부재 및 접합부의 휨저항으로 수평하중에 저항하는 골조이다. 보통모멘트골조의 반응수정계수는 3보다 작은 값이다. 철골 보통모멘트골조는 내진설계범주 D의 기본 지진력저항시스템으로 적용할 수 없다.

이 연성 능력의 척도가 연성이며, 연성이 클수록 비탄성 영역에서 지지 저항을 유지하기 쉽다. 그래서 뒤에서 보는 상세 요건은 대부분 연성을 확보하는 방향으로 정해져 있다.

자세히

중간모멘트골조의 보·기둥 후프 상세

보의 간격 기준은 유효깊이를 척도로 삼는다는 점에서 기둥 기준과 구분된다. 중간모멘트골조의 보 스터럽 간격은 부재 전 길이에 걸쳐 단면 유효깊이의 1/2 이하로 한다.

보 양단에는 별도의 후프 구간이 있다. 보 양단에서 지지부재 내측 면부터 경간 중앙으로 보 깊이의 2배 구간에는 후프철근을 배치하여야 한다. 이 구간에서 첫 번째 후프철근은 지지부재면으로부터 50mm 이내의 구간에 배치한다.

기둥의 첫 번째 후프는 보와 다른 기준으로 잡힌다. 중간모멘트골조 기둥의 첫 번째 후프철근은 접합면에서 횡방향 철근 최대 간격의 1/2 이내에 두어야 한다. 기둥의 휨항복 발생구간에서는 첫 번째 후프철근을 접합면에 더 가깝게 배치해야 한다.

보는 위치가 지지부재면과 보 깊이에 묶이고, 기둥은 접합면과 횡방향 철근 간격에 묶인다는 차이가 표에서 드러난다. 설계전단강도는 후프 배치 기준과 구분되는 별도의 요건이다. 중간모멘트골조의 설계전단강도는 지진하중을 2배로 하여 계산한 최대 전단력 이상이어야 한다.

특수모멘트골조 접합부의 변위와 강도

특수모멘트골조 접합부는 최소 0.04rad의 층간변위각을 발휘할 수 있어야 한다. 이 요건은 접합부가 큰 변형에서도 변형능력을 유지할 수 있는지를 보는 기준이다.

변형 뒤의 강도 유지도 별도로 요구된다. 접합부는 0.04rad 층간변위에서 보 공칭소성모멘트의 80% 이상을 유지해야 한다.

정 휨 방향의 강도 요건은 부 휨강도와 비교해 정한다. 접합면에서 정 휨강도는 부 휨강도의 1/3 이상이어야 한다.

변형능력(층간변위각), 강도 잔존(공칭소성모멘트 유지 비율), 정 휨강도 비율은 같은 접합부를 대상으로 하지만 기준의 수치와 대상이 다르므로 항목별로 따로 외워야 한다.

이중골조의 연성모멘트골조 비율

이중골조방식은 지진력의 25% 이상을 연성모멘트골조가 부담하고 전단벽이나 가새골조와 조합된 구조방식이다.

나머지 몫은 전단벽이나 가새골조가 맡는다. 따라서 이중골조는 연성모멘트골조만으로 이루어진 골조와도, 전단벽이나 가새골조만으로 이루어진 구조와도 구별된다. 두 몫을 합하면 전체 수평하중이 된다는 관계로 이해하면 선지 판별이 쉽다.

25%라는 비율은 지진력 몫을 정하는 기준이고, 부재의 상세는 연성 상세 기준을 따로 확인해야 한다.

필로티와 코어벽의 연결 구조

필로티는 하부 층의 벽을 없애고 기둥만 남긴 구조라서 상부 벽의 힘이 하부 기둥으로 옮겨지는 경로가 끊기기 쉽다. 그래서 전이 부재가 힘을 받아 옮기는 역할을 맡는다. 필로티기둥과 상부 내력벽이 연결되는 층에는 전이슬래브 또는 전이보를 설치해야 한다.