내진 비정형성의 유형과 판정

핵심 정리

내진설계의 목표는 지진을 받아도 손상이 전혀 없는 건물을 짓는 데 있지 않다. 드물게 발생하는 대지진에 건물이 무너지지 않게 하여 인명 피해를 최소화하고, 더 빈번한 지진에는 기능 손실을 제한하는 것이 목표다. 이 목표를 어렵게 만드는 대표적인 원인이 비정형성이다. 비정형성은 건물의 평면이나 높이 방향에서 강성, 질량, 강도, 형상이 고르지 않아 지진력이 특정 부위에 몰리는 상태를 가리킨다.

비정형성은 평면비정형성과 수직비정형성으로 나뉜다. 평면비정형성에는 비틀림 비정형, 요철형 평면, 격막의 불연속, 면외 어긋남, 비평행 시스템이 속한다. 수직비정형성에는 강성 비정형(연층), 중량 비정형, 기하학적 비정형, 횡력저항요소 비정형, 강도 불연속(약층)이 속한다. 두 묶음은 판정 기준이 서로 다르므로, 문제에서 평면인지 수직인지를 먼저 나누어 보아야 요건을 정확히 가릴 수 있다.

수직비정형은 층과 층을 비교하여 판정한다. 강성은 인접 상부층과, 강도는 직상층과, 중량은 인접층과 비교하는 것이 기본 틀이다. 기준이 수치로 주어지므로 어느 층과 비교하는지를 숫자와 함께 외워야 한다.

비정형성이 있으면 지진력이 설계 가정과 다르게 분포하여 특정 층이나 부위에 변형과 응력이 집중될 수 있다. 건축법규는 내진 구조물이 해당 위치에서 발생할 가능성이 있는 특정 확률의 최대 지진을 견디도록 설계한다고 본다. 따라서 설계 단계에서 비정형성 여부를 먼저 판정하고, 해당하면 그에 맞게 다룬다.

자세히

요철형 평면과 격막의 불연속

요철형 평면은 평면이 오목하거나 볼록하게 꺾인 형상으로 평면비정형성 유형에 해당한다. 판정은 돌출부의 크기로 한다. 돌출부 15% 초과면 요철형 평면으로 간주한다. 돌출부 치수가 해당 방향 평면치수의 15%를 초과하면 요철형 평면으로 간주한다. 격막의 불연속은 바닥판 강성이 끊기는 형태로 평면비정형성 유형에 해당한다. 요철형은 평면 외곽의 형상이 꺾인 것이고, 격막의 불연속은 바닥판의 강성이 끊긴 것이라는 점에서 구분한다. 두 유형은 모두 평면 배치의 문제이므로 평면비정형성으로 한데 묶어 배운다. 답을 고를 때는 형상 문제인지 바닥판 문제인지를 따져 보면 된다. 돌출부는 해당 방향으로 재야 하므로, 다른 방향의 치수와 섞어 판정하지 않도록 한다.

강성과 강도 불연속

강성 비정형은 횡강성으로 판정한다. 어떤 층의 횡강성이 인접 상부층의 70% 미만이거나 상부 3개 층 평균강성의 80% 미만이면 강성 비정형이 존재한다. 강도 불연속은 횡강도로 본다. 횡강도가 직상층 횡강도의 80% 미만인 약층이 있으면 강도 불연속에 의한 비정형이 존재한다. 두 기준 모두 위층과 비교하지만, 강성은 인접 상부층과 상부 3개 층의 평균을 함께 보고 강도는 직상층 하나와 비교한다는 점이 다르다. 80%라는 숫자가 두 기준에 함께 나오므로 비교 대상을 함께 외우지 않으면 혼동하기 쉽다. 횡강성 70% 미만 또는 80% 미만