공동구 내진설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 공동구의 안전성 확보를 위한 내진설계 기준 제시
1.2 적용 범위
- 공동구, 수용시설, 부대설비의 내진설계에 적용
- 미규정 사항은 관련 법 또는 KDS 17 10 00 등 다른 기준 적용
- 상충되는 경우 관련 법과 상위 기준 우선 적용
1.3 참고기준
- 관련 법규: 내용 없음
- 관련 기준:
- KDS 11 10 10 지반조사
- KDS 14 20 10 콘크리트구조 해석과 설계 원칙
- KDS 14 20 80 콘크리트 내진설계기준
- KDS 17 10 00 내진설계 일반
- KDS 27 10 05 터널설계 개요
- KDS 27 17 00 터널 내진설계
- KDS 29 10 00 공동구 설계 일반
- KDS 29 14 00 공동구 구조물설계
1.4 용어의 정의
- 기반면: 전단파속도 760m/s 이상인 지층의 상면
- 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼: 기반암 운동에 대한 표층지반의 응답을 표층지반의 고유주기에 따라 기반면에서 설정한 속도응답스펙트럼
- 표층지반: 지표면으로부터 기반면 사이의 지반
1.5 기호의 정의
- 내용 없음
2. 조사 및 계획
2.1 지반조사
- 통상적인 지반조사 뿐만 아니라 지반의 동역학적인 특성 파악을 위한 지반조사 필요
- 지반의 동역학적인 특성 파악을 위한 지반조사는 KDS 17 10 00(2.1) 및 KDS 11 10 10 적용
3. 재료
- 내용 없음
4. 설계
4.1 일반사항
- 기본 개념 및 내진성능수준
- 지진 시나 지진 발생 후에도 구조물이 안전성을 유지하고 기능을 발휘할 수 있도록 지진하중을 추가로 고려하여 설계 수행
- 성능에 기초한 내진설계 개념 도입
- 내진성능수준은 기능수행수준과 붕괴방지수준을 만족하도록 설계
- 기능수행수준: 설계지진하중 작용 시 수용시설물의 기능 유지 (표 4.1-1의 부분적인 피해 허용)
- 붕괴방지수준: 설계지진하중 작용 시 구조물 붕괴 방지 (피해 예측 가능 및 보수를 위해 현장 접근 가능하도록 설계)
- 내진등급 및 내진성능목표
- 내진등급은 KDS 17 10 00(4.1.1) 적용
- 공동구 구조물은 내진Ⅰ등급의 내진성능 확보 (수용하는 시설물의 중요도 등을 고려하여 상향 가능)
- 내진성능수준별 설계지진수준은 KDS 17 10 00(4.1.3, 4.1.4) 적용
- 설계거동한계
- 공동구의 내진성능은 사회적, 경제적 영향 등을 종합적으로 감안하여 결정
- 성능수준에 따른 공동구의 설계거동한계는 표 4.1-1 참조
| 피해구분 | 피해 세부사항 | 기능수행수준 | 붕괴방지수준 | |—|—|—|—| | 허용되는 피해 | – 시설물의 미세한 균열 | – 시설물의 미세한 균열 | – 시설물의 미세한 균열 | | | – 미세한 지반침하 | – 미세한 지반침하 | – 미세한 지반침하 | | | – 구조물의 미세한 변형 | – 구조물의 미세한 변형 | – 구조물의 미세한 변형 | | | | | – 전체 구조물의 안전에 관계없는 2차부재의 파괴 | | 허용되지 않는 피해 | – 허용변위를 초과하는 변위 | – 허용변위를 초과하는 변위 | – 구조물 내부의 수용시설에 대한 피해 | | | – 편토압에 의한 시설물의 절대위치 변화 | – 편토압에 의한 시설물의 절대위치 변화 | – 과잉간극수압에 의한 액상화 | | | | | – 지반침하에 의한 주변 시설물의 붕괴나 과도한 침하 |
4.2 설계지반운동
- 설계지반운동의 정의와 고려사항
- 지중구조물인 공동구의 설계지반운동은 기반면에서의 지반운동으로 정의
- 설계지반운동 고려사항은 KDS 17 10 00(4.2.1.3) 적용
- 지진구역 및 지진위험도
- KDS 17 10 00(4.2.1.1) 적용
- 지반의 분류
- KDS 17 10 00(4.2.1.2) 적용
- 기반면의 설정
- 전단파속도 760m/s 이상인 지층의 상면을 기반면으로 설정 (기반암이 구조물 저면보다 높은 경우, 구조물 저면을 기반면으로 설정)
- 설계지반운동의 특성 표현
- 설계지반운동의 세기 및 진동수성분은 응답스펙트럼으로 표현
- 암반지반 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 KDS 17 10 00(4.2.1.4(2)) 적용 (유효수평지반가속도는 KDS 17 10 00(4.2.1.4(4), (5))에 따라 결정)
- 설계지반운동 시간이력은 KDS 17 10 00(4.2.1.4(8), (9), (10))에 따라 결정 (암반지반에 대해 작성된 시간이력 사용)
- 지반운동의 공간적 변화 특성 고려방법은 KDS 17 10 00(4.2.1.4(11)) 적용
- 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼
- 응답변위법 사용 시 지반변위 및 주면전단력을 산정하기 위하여 사용
- 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼은 기반암 운동에 대한 표층지반의 응답을 표층지반의 고유주기에 따라 기반면에서 설정한 속도응답스펙트럼
- 내진성능수준별 감쇠비는 표 4.1-1 참조
- 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼은 감쇠비를 적용하고 암반지반 설계지반운동의 가속도 설계응답스펙트럼을 직접 적분하여 구함 (식 4.2-1 이용)
- 유효수평지반가속도를 행정구역에 따라 결정하는 경우 그림 4.2-1 참조
4.3 입지조건
- 입지조건
- 대규모 단층대 또는 활성단층지역에는 가능한 한 공동구 구조물 건설 피하도록 계획
- 불가피한 경우 지진 발생에 따른 손상 최소화 및 보수‧보강 용이하도록 설계
4.4 액상화
- 지진 시 주변지반의 액상화에 의한 피해 방지를 위해 액상화 발생 가능성 검토
- 액상화 발생 가능성 평가는 KDS 17 10 00(4.7) 적용
- 주변지반의 액상화 발생 가능성이 있는 경우 공동구 구조물의 부상에 대한 안전성 검토
- 종단방향 일부 범위가 부상하는 경우 종단방향 구조 안전성 검토
- 경사지반 등에 설치되어 측방유동에 대한 영향을 받는 경우 안전성 검토
- 액상화로 인해 기초지반의 성능수준이 만족되지 못할 경우 대책공법 적용 (효과, 시공성, 환경 영향, 경제성 등 고려)
4.5 지진해석 및 내진설계
- 일반사항
- 지진 시 지반 변위의 영향을 고려하여 내진성능 확보
- 지상 구조물과 달리 지반 변형에 따라 거동이 지배되므로 지진 시 지반 변위 영향 적절히 고려
- 지진해석 방법
- 지반 조건, 구조 조건 등을 고려하여 응답변위법 또는 응답이력해석법 사용
- 개착식 공동구는 응답변위법을 표준해석법으로 사용 (응답이력해석법은 상세한 검토, 복잡한 구조 조건, 지반과 구조물의 상호작용 고려 시 사용)
- 비개착식 공동구 지진해석 방법은 KDS 27 17 00(4.2) 적용
- 2차원 횡단면해석을 원칙으로 하며 지반상태가 급격히 변화하는 구간 등의 경우 종방향에 대한 내진구조해석 추가 수행
- 응답수정계수
- 붕괴방지수준의 지진에서는 소성거동을 하게 되어 탄성거동보다 부재력이 작아짐
- 일반 구조물의 경우 탄성해석으로 구한 탄성부재력을 표 4.5-1의 응답수정계수(R, 연성 계수)를 사용하여 보정
- 기능수행수준의 내진성능을 갖도록 설계하는 경우에는 탄성해석을 수행하고 응답수정계수는 고려하지 않음
- 붕괴방지수준의 내진성능을 갖도록 설계하는 경우에는 탄성해석과 탄소성해석을 선택할 수 있음 (탄성해석 결과를 응답수정계수로 나눠주거나 탄소성해석 결과를 그대로 사용)
| 구분 | 기둥 | 보 | 비고 | |—|—|—|—| | 철근콘크리트 부재 | 3 | 3 | | | 강 부재 또는 합성부재 | 5 | 5 | |
- 응답변위법
- 지진 시에 생기는 지반 변위에 의한 지진 하중과 지하 구조물과 주변지반 관계에서의 경계조건을 적절히 모델링하여 정적으로 계산하는 방법
- 횡단방향의 지진해석 시 지진하중은 그림 4.5-1 및 그림 4.5-2와 같이 지반변위에 의한 하중, 주면전단력 및 관성력을 고려
- 지반반력계수 산정: 측벽의 수평방향지반반력계수, 전단지반반력계수, 바닥면의 연직방향지반반력계수, 전단지반반력계수를 내진성능수준별 적합한 특성치를 적용하여 산정
- 구조물에 적용하는 지진하중: 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼을 이용하는 방법 또는 지반응답해석에 의한 방법 적용
- 기반면에서의 설계속도응답스펙트럼을 이용하는 방법: 그림 4.5-3 및 그림 4.5-4와 같이 측벽토압, 주면전단력, 관성력을 작용시킴
- 지반응답해석에 의한 방법: 지반응답해석을 수행하여 깊이별 수평 변위, 주면전단력, 깊이별 가속도를 구하고 지진하중 산정 (설계지반운동의 시간이력은 4.2(5)③에 따라 결정)
- 응답이력해석법
- 공동구 구조물을 응답이력해석법으로 해석하고 설계하기 위해서는 설계지진하중을 산정 (설계지반운동의 시간이력은 4.2(5)③에 따라 결정)
4.6 구조 설계 및 구조상세
- 일반사항
- 구조설계 방법은 강도설계법을 표준으로 함
- 기능수행수준과 붕괴방지수준에 대하여 안전하도록 설계
- 내진설계 시 하중조합
- KDS 14 20 10(4.2.2) 적용
- 내진설계 시 구조상세
- KDS 14 20 80의 해당 요건 적용
- 부재 접합부
- 성능이 다른 두 구조물의 접합부는 분리구조를 원칙으로 함 (충분히 보강하여 안정성 확보)
- 기타 상세 설계
- 수용시설 설계: 지진 시 관성력에 의한 지진하중에 대하여 충분히 지지되도록 설계
- 부대설비 설계: 지진 시 관성력에 의한 지진하중에 대하여 충분히 지지되도록 설계
참고:
- 그림 4.2-1, 그림 4.5-1, 그림 4.5-2, 그림 4.5-3, 그림 4.5-4는 본문에 포함되지 않아 표현할 수 없습니다.
- 식 4.2-1은 본문에 포함되지 않아 표현할 수 없습니다.
- 표 4.1-1, 표 4.5-1은 본문에 포함되어 있습니다.