KDS43 20 00 부유식 건축물 기준

1. 일반사항

1.1 목적

(1) KDS 43 20 00은 부유식 구조물을 설계, 시공 및 유지관리 단계에서 필요한 기술적 사항을 기술함으로써 부유식 구조물의 안전성, 사용성 및 내구성을 확보하는 것을 그 목적으로 한다.

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 정온 수역의 위치에 설치되는 부유식 건물을 대상으로 한다. 이 기준은 부유식 건물의 상부 구조와 하부 함체의 해석과 설계 절차에 대한 사항을 기술하며 철근콘크리트와 철골구조, 목구조 등과 같은 설계에 관련된 상세 내용은 KDS 41 00 00의 해당 기준들을 적용한다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

내용 없음.

1.3.2 관련 기준

● KDS 41 10 05 건축구조기준 총칙● KDS 41 10 10 건축구조기준 검사● KDS 41 12 00 건축물 설계하중● KDS 41 20 00 건축물 콘크리트구조 설계기준● KDS 41 30 10 건축물 강구조 설계기준● KDS 41 50 00 목구조 설계기준● KDS 64 10 10 항만 및 어항 설계기준● ACI357.2R-10 Report on Floating and Float-In Concrete Structures● 일본건축학회 ʻ해양건축물 구조설계지침(부유식) ·동해설● 한국선급 ʻ초대형 부유식 해상구조물 Provisional Guidance

1.4 용어의 정의

● 건현：부유식 구조물의 중앙에서 수면부터 부유식 함체의 상부 슬래브 위까지 수직으로 잰 거리. ● 계류시설：부유구조물이 바람, 유속에 따라 흘러가지 않도록 위치를 고정시키는 시설● 밸러스트：함체의 안정을 유지하기 위해 함체의 바닥에 싣는 물이나 모래 따위의 중량물● 부유식 건축물：대지 대신에 물 위에 뜨는 함체 위에 지어진 건축물● 부유식 함체(floating pontoon)：자체 부력에 따라 물 위에 뜨는 구조로 된 함체● 부유식 구조물：부유식 함체 위에 설치되는 부유식 건축물을 포함한 구조물의 총칭● 저면바닥：물과 접촉하는 부유식 함체의 바닥면● 정온수역：내수면 또는 해수면에서 항시 파고가 1m 이하인 곳을 의미한다.● 정주형：거주용도의 건물을 의미하며, 장기 또는 단기 거주로 구분할 수 있다.● 파랑하중：파도에 의해 구조물에 가해지는 하중● 파압：파랑에 따라 함체가 물과 접하는 면에 발생하는 압력● 측벽：함체에서 물과 접촉하는 외측벽● 항주파：선박이 항해하면서 생기는 파도● 흘수：함체가 떠 있을 때 수면에서 물에 잠긴 함체의 가장 밑 부분까지의 수직 거리

1.5 기호의 정의

내용 없음

1.6 하중

1.6.1 일반사항

(1) 부유식 구조의 설계하중은 KDS 41 12 00과 구조물의 특수성, 사용조건, 작용환경 등으로 인한 하중을 적절히 고려하여야 한다.

1.6.2 발라스트에 의한 하중

(1) 부유식 구조에 적용된 항구적인 발라스트의 하중은 고정하중으로 고려한다.

1.6.3 부유식 구조의 활하중

(1) 부유식 건축물에 작용하는 활하중은 KDS 41 12 00(3) 활하중을 적용한다.(2) 부유식 함체의 건현을 산정하기 위한 활하중은 부유식 구조의 사용에 필요한 소요건현으로 구한다.

1.6.4 정수압과 부력

(1) 부유식 구조의 설계에서는 정수압과 부력의 영향을 고려한다. 정수압과 부력은 유체압(F)의 하중계수를 적용한다.

1.6.5 계류, 견인장치에 의한 하중

(1) 부유식 구조의 계류 또는 견인으로 인한 하중에는 활하중의 하중계수를 적용한다. 계류력에 대해서는 4.3 계류장치를 참조한다.

1.6.6 환경하중

(1) 파랑, 해류·조류 등의 유속, 조석, 지진, 지진해일·폭풍해일, 적설, 결빙, 유빙, 빙압, 생물부착 등의 환경하중을 고려하여야 한다.

1.6.6.1 파랑하중

(1) 설계용 파고 및 주기는 부유식 구조의 설치위치 상황에 따른 파랑변형을 고려하여 설정해야 한다.(2) 설계용 파향은 부유식 구조물 또는 그 부재에 가장 불리한 방향을 취하는 것으로 한다.(3) 파랑하중은 수중에 잠긴 물체의 수평단면에서 파랑 진행방향에 직각인 길이(D)와 파랑의 파장(L) 비율 D/L에 따라 모리슨식 또는 수치계산 등을 선택 적용하여 산정한다.(4) 파랑에 의해 부유식 구조가 흔들릴 때 동요에 의한 관성력이 상부구조물에 작용한다. 따라서 필요시 계류해석 등을 통해 부체의 동요에 따라 상부구조물 각각의 부재에 걸리는 가속도를 산정하여 관성력을 구하고 이에 따른 상부구조물의 안전성을 검토하여야 한다.

1.6.6.2 해류·조류 등의 유체력

(1) 부유식 구조의 설계에서는 해류·조류 등에 의한 유체력을 고려해야 하며, 작용 유체력은 유향방향의 저항력과 그 직각방향의 양력으로 구분하여 산정한다. 홍수가 예상되는 위치에서는 홍수하중을 고려하여야 한다.

1.6.6.3 지진하중

(1) 부유식 구조의 설계에서는 다음에 제시한 지진의 영향을 고려해야 한다.① 계류장치를 매개로 해서 작용하는 진동력② 지진에 의해 발생하는 지진해일

1.6.6.4 설하중

(1) 강설수역에 설치된 부유식 구조의 설계에 있어서 KDS 41 12 00(4)에 규정된 내용을 포함하여 아래에 제시한 적설의 영향을 고려해야 한다.① 부유식 구조에 중량으로 작용하는 적설② 부유식 구조에 작용하는 풍하중 등을 증대시키는 적설③ 적설에 의한 부유식 구조의 복원성능에 대한 영향

1.6.6.5 빙하중

(1) 유빙, 결빙 또는 착빙이 발생하는 수역에 설치된 부유식 구조의 설계에서 아래 항목에 제시된 얼음의 영향을 고려해야 한다.① 해빙의 이동에 따라 작용하는 빙하중② 결빙에 따른 빙압력③ 착빙에 따른 복원성의 영향④ 표류빙의 충돌

1.6.6.6 생물부착 등

(1) 부유식 구조의 설계에서는 생물부착으로 인한 중량 증가와 증대된 외관치수에 작용하는 파력, 해·조류에 의한 유체력 증대 및 표면조도의 변화에 따른 저항력 증가와 같은 부착생물에 의한 영향을 고려한다.

1.6.7 우발하중

(1) 부유식 구조의 특수성으로 인한 다음과 같은 우발하중이 작용할 수 있으므로, 구조물의 기능과 설계의도에 적합한 우발하중의 유형과 하중규모를 적절히 산정하여야 한다. ① 접안 과정이나 인접 부유식 구조와의 충돌에 의한 충격하중② 화재, 폭발, 침수, 선박의 충돌 등에 의한 우발하중③ 수상 또는 수중의 쓰레기 침착에 의한 하중 등

2. 조사 및 계획

내용 없음.

3. 재료

3.1 일반사항

(1) 부유식 구조물에 사용되는 재료는 건축구조기준의 콘크리트, 강구조, 목구조 등에서 정의하는 내용을 따르며, 아래의 사항을 추가 적용한다.

3.2 재료 강도의 설정

(1) 환경하중 및 목표 내구년수를 고려하여 부유식 구조물에 적절한 콘크리트, 철근 및 강재를 선정하여 사용한다.

3.3 콘크리트

(1) 콘크리트는 수·해양 환경에 있어 소요강도 및 내구성을 확보해야 하며, 품질의 편차가 적은 것으로 해야 한다.

3.4 철근 및 PC강선

(1) 철근 및 PC강선은 설치되는 수·해양 환경의 조건에 하에서 충분히 안전하고 내구성을 가질 수 있도록 사용 실적을 고려하여 선정한다. 어느 경우에도 KS 규격에 정해진 것 또는 그것과 동등 이상의 것을 사용해야 한다.

3.5 강재

(1) 수·해양 건축물에 이용하는 강재는 구조재료 및 구조용 접합재료로 크게 구분할 수 있으며 그 구조물이 설치되는 노출상태 구분에 따라 적절한 방식방법을 고려한 뒤 강도, 인성, 용접성 등에 근거하여 선정한다.

4. 설계

4.1 해석

4.1.1 일반사항

(1) 부유식 구조의 구조해석은 자연 환경조건, 하중조건 및 구조물의 특성을 종합적으로 고려한 적절한 해석 방법에 근거하여야 한다. 해석 방법은 건축구조기준의 해당 설계를 기본으로 하지만 다른 관련 설계 규준, 문헌 등에 준해서 실시하여도 좋다.(2) 복잡한 구조물의 경우에는 구조물을 단순화시키거나 축소 모형실험을 통하여 구조물의 거동을 확인하는 것이 바람직하다.(3) 함체를 고정하는 계류시설의 해석 및 설계는 2.6 계류장치의 내용을 따른다.

4.1.2 구조해석시 유의사항

(1) 부유식 구조물의 구조해석시에는 수·해양구조물의 특수성을 고려하여야 한다.

4.1.3 정적해석

(1) 동적하중을 정적하중으로 치환하여, 정적해석에 의해서 구조물의 거동과 단면력을 산정한다.(2) 설계요구에 적합한 계산 정확도를 얻을 수 있는 것이면 어떠한 해석방법이든 적용하여도 좋다. 동적해석에 의한 값보다 안전측의 해석결과 값을 제공하여야 한다.

4.1.4 동적해석

(1)정적하중으로 거동을 예측하기 어려운 구조물에 대해서는 동적해석에 따라 구조물의 거동과 단면력을 산정한다.(2)동적 해석은 전체적 응답(진동) 해석과 국부 응답(진동) 해석으로 나누어 실시할 수 있다.

4.2 상부구조물과 하부의 부유식 함체 설계

4.2.1 일반사항

(1) 부유식 구조의 상부구조물과 하부의 부유식 함체의 설계에 적용한다. 계류장치의 설계는 4.3을 적용한다.(2) 부유식 구조 위의 생명 및 재산에 대하여 위험이 될 만한 손상(부유식 함체의 침몰, 표류 및 파괴)을 일으키지 말아야 한다. (3) 부유식 구조를 구성하는 구조물의 일부가 손상됨에 따라 일부가 기능하지 않은 경우에도 부유식 구조 본래의 기능은 상실하지 않아야 한다.

4.2.2 하중계수 및 하중조합

(1) 공칭하중은 KDS 41 12 00 및 1.8에 따른다.(2)부유식 구조물과 구조부재의 소요강도는 KDS 41 12 00(1.7) 의 하중조합 중에서 가장 불리한 경우에 따라 결정하여야 한다. 이때, 환경하중에 대한 하중계수는 환경하중에 대한 구조거동과 풍하중(W) 또는 지진하중(E)에 의한 거동이 반대로 작용하는 경우 0으로 한다.

4.2.3 부유식 함체

4.2.3.1 일반사항

(1) 부유식 함체는 수밀성과 안정성이 먼저 검토된 후에, 예상되는 하중에 대하여 함체시스템의 내력이 확보되고 각 부재별 내력이 만족하도록 설계한다.(2) 부유식 함체는 강구조(합성구조), 철근콘크리트구조(프리스트레스트 콘크리트) 및 목구조 등의 적용이 가능하다. 단, KDS 41 20 00부터 KDS 41 60 00까지 구체적으로 규정하지 않은 재료에 대해서는 KDS 41 10 10(3)에 따라 설계기준강도 및 기계적 성능 등을 확인하여야 한다.(3) 수직하중과 예상되는 파랑하중의 다양한 입사각에 대하여 종방향모멘트와 전단력에 저항하도록 설계하여야 한다.(4) 수직하중에 따라 발생한 정수압과 파랑하중에 의한 파압에 저항할 수 있도록 부유식 함체의 측벽과 저면바닥을 설계하여야 한다.(5) 부유식 함체는 파랑하중 등에 의한 피로항복이 발생하지 않도록 설계하어야 한다.

4.2.3.2 강구조

(1) 부유식 함체를 강구조(합성구조)로 설계할 경우 KDS 41 30 00의 기준에 추가하여 아래의 규정을 고려하여야 한다. (2) 부식에 따라 구조부재의 강도가 저하되는 것을 적절한 방법으로 방지하거나 부식을 허용하도록 설계하여야 한다. 부식을 허용하도록 설계하는 경우 강재의 부식에 의한 강도저하의 영향을 적절한 방법으로 고려하여야 한다.(3) 파랑 등의 반복재하에 의한 피로를 고려하여야 한다.(4) 두께 계측을 할 수 있도록 모든 구조체에 적절한 접근대책을 제공하도록 설계 및 제작해야 한다.(5) 주요구조부재는 적절한 강도의 연속성을 보장할 수 있는 방법으로 배치하여야 한다. 갑작스런 부재 높이 또는 횡단면의 변화를 피해야 한다.(6) 8 mm를 초과하는 판 두께의 변화는 피해야 하며, 그러한 경우에는 중간 정도 두께의 판으로 전이구역을 두어야 한다. 맞댐용접의 개선은 이 기준에서 정하는 방법에 따라야 한다. 판두께의 국부적인 증가는 주로 필러를 사용한다. 필러는 모재와 같은 항복강도 및 재질의 판을 사용하여야 한다.(7) 구조적 불연속이 존재하는 부분에서는 응력집중이 발생할 수 있으며, 그러한 응력집중을 줄이기 위하여 적절한 보강 등의 충분한 주의를 기울여야 한다.(8) 2차구조부재가 주요구조부재 위치에서 끝나거나 절단되는 경우 구조적 연속성을 확보하기 위하여 브래킷 또는 보강재를 설치하여야 한다.(9) 높은 응력이 발생한 지역은 개구부 설치도 가능한 피해야 한다. 개구부가 배치된 경우 개구부의 모양은 응력집중을 감소시킬 수 있도록 설계하여야 한다. 개구부는 둥글고 테두리가 매끄럽게 시공하여야 한다. 용접연결부는 응력집중부에서 적절히 벗어나도록 한다.(10) 강도가 다른 강재를 사용하는 경우 경계부 응력에 주의를 기울여야 하며, 고강도강재의 주요구조부재의 강성과 변형에 의한 보강재의 과도한 응력을 피하기 위한 부재치수를 적절히 고려하여야 한다.

4.2.3.3 철근콘크리트구조

(1) 부유식 함체를 철근콘크리트구조(프리스트레스트 콘크리트)로 설계할 경우 KDS 41 20 00의 기준에 추가하여 아래의 규정을 고려하여야 한다.(2) 해풍, 해수 등에 노출된 부위는 KDS 41 20 00(4.2)에 따른 내구성 설계를 하여야 한다.(3) 균열의 영향, 침투성, 표면손상 등을 고려하여 KDS 41 20 00(4.2)에서 정하는 최소 피복두께 이상이 되도록 한다.(4) 파랑 등의 반복재하에 의한 피로를 고려하여야 한다.(5) 철근 부식을 고려하여 에폭시도막철근, 내부식성 철근 등을 사용할 수 있다.(6) 주요구조부재는 적절한 강도의 연속성을 보장할 수 있는 방법으로 배치하여야 한다. 갑작스런 부재 높이 또는 횡단면의 변화를 피해야 한다.(7) 구조적 불연속이 존재하는 부분에서는 응력집중이 발생할 수 있으며, 그러한 응력집중을 줄이기 위하여 적절한 보강 등의 충분한 주의를 기울여야 한다.(8) 철근의 용접이음 및 기계적 연결부는 저온의 영향을 고려하여 실험 등을 통하여 그 성능을 확인하여야 한다.(9) 철근의 이음이나 프리스트레스 정착구가 정적허용응력의 50% 이상의 반복인장응력을 받을 경우 이음길이나 프리스트레스 정착길이를 50% 이상 증가시켜야 한다.

4.2.3.4 기타구조

(1) 부유식 함체를 목구조로 설계할 경우 KDS 41 50 00을 따른다.(2) KDS 41 20 00부터 KDS 41 60 00까지에서 규정하고 있지 않은 기타구조로 설계할 경우 KDS 41 10 10에 따라 시스템이나 구조부재 및 접합부 등의 적정성 및 안전성을 검증해야 한다.

4.2.4 상부구조물

(1) 상부구조물의 설계는 건축구조기준에 따르며 다음의 추가사항을 고려한다.(2) 부유식 수·해양구조물은 저주파 진동에 의한 동요 영향이 최소화 되도록 설계한다.(3) 부유식 수·해양구조물은 상하부 구조(RC, 프리스트레스, 강재)를 포함하여 사용하중에 의한 과도 처짐으로 비구조재 등의 손상을 유발하여 수·해양구조물의 사용성이 저해되지 않도록 설계한다.

4.3 계류장치

4.3.1 일반사항

(1) 이 절은 부유식 수·해양구조물을 일정 위치에 고정시키기 위한 계류장치에 대해 적용한다.

4.3.2 계류장치의 종류

(1) 대표적으로 사용되는 계류 장치는 다음과 같은 종류가 있다.

4.3.2.1 체인·와이어 계류장치

(1) 체인 또는 와이어를 함체로부터 해저 또는 하저에 고정된 앵커까지 연결하여 함체의 위치를 고정하는 장치를 말한다.

4.3.2.2 돌핀 계류장치

(1) 수직 강관말뚝이나 중력식 구조물, 자켓 구조물 등을 사용하여 함체에 작용하는 수평외력에 저항함으로써 함체의 위치를 고정하는 장치를 말한다.

4.3.2.3 삼각대 계류장치

(1) 안벽이나 호안 그리고 함체에 각각 고정점을 설치하고 그 사이에 삼각대를 설치하여 함체를 고정하는 장치를 말한다.

4.3.3 계류장치의 선정

(1) 계류장치는 설치장소의 환경조건과 함체의 운영조건 등을 정밀 검토하여 적절히 선정하여야 한다.

4.3.4 계류해석

(1) 계류해석을 통해 계류장치에 걸리는 외력을 산정하고 함체의 동요량을 예측하여야 한다. 계류해석시 외력의 적용방향은 계류장치에 최대 하중을 발생시킬 수 있는 방향을 모두 고려하여야 한다.(2) 체인·와이어 계류장치의 계류해석시는 임의의 한 계류삭이 파단되었을 때 다른 계류삭만으로도 안전한 위치유지가 가능한지에 대한 검토가 이루어져야 한다.

4.3.5 체인·와이어 계류설계

(1) 체인·와이어 계류설계 시 설치 위치의 바람, 파랑, 조류 등 환경 자료와 수심 측량 및 지반조사 자료, 계류될 함체의 배치도와 상세도, 그리고 함체의 운영 및 유지관리 조건, 주변의 표류물, 선박 운항조건 등을 정밀 검토하여야 한다.(2) 또한 기존의 해저배관이나 장애물, 난파선, 암초 등이 계류장치에 손상을 입힐 수 있으므로 설계시 주의하여야 한다.

4.3.6 돌핀 계류설계

(1) 돌핀은 계류된 함체에 작용하는 모든 바람, 파랑, 조류 등 환경 외력과 수심, 지반조건, 표류물, 선박 등 주변 조건을 정밀 검토하여 충분히 안전하도록 설계하여야 한다.

4.3.7 삼각대 계류설계

(1) 삼각대와 안벽 및 함체 연결부에 대한 설계시 모든 가능한 함체 동요와 환경 및 인위적 하중조건을 정밀 검토하여 충분히 안전하도록 설계하여야 한다.