KDS 설계기준 11 50 25 기초 내진 설계기준

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1. 일반사항

1.1 목적

• 본 기준은 구조물 기초의 내진성능을 확보하기 위한 설계조건을 규정하여 지진으로 인한 피해와 경제적 손실을 최소화하는 것을 목표로 한다.

1.2 적용 범위

• 본 기준은 구조물 기초의 내진설계와 내진성능 평가에 적용된다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

• KDS 17 10 00 (1.3.1)에 따른다.

1.3.2 관련 기준

• KDS 17 10 00 내진설계 일반

1.4 용어의 정의

• 본 기준에서 정의하지 않은 주요 용어의 정의는 KDS 17 10 00 (1.4)를 따른다.
• 동적 해석방법: 지진력을 구조동력학적 이론으로 평가하여 구조물의 지진거동을 해석하는 방법 (응답스펙트럼법, 응답이력해석법 등)
• 등가정적 해석방법: 지진하중을 등가의 정적하중으로 변환하여 정적설계법과 동일한 방법을 적용하는 방법
• 응답변위 해석방법: 지진 시 발생하는 지반변위에 의한 지진토압과 지중구조물과 주변지반 관계의 경계조건을 모델링하여 구조물의 내진 안정성을 정적으로 계산하는 방법

1.5 기호의 정의

• 본 기준에서 사용되는 기호는 KDS 17 10 00 (1.5)를 따른다.

1.6 품질보증

• 품질보증요건, 품질관리 및 유지관리에 관한 사항은 KDS 17 10 00 (1.6)을 따른다.

2. 조사 및 계획

2.1 지반조사

• 기초의 내진설계를 위한 지반조사는 KDS 11 10 10과 KDS 17 10 00 (2.1)을 따른다.

3. 재료

• 내용 없음

4. 설계

4.1 내진성능기준

4.1.1 기초구조물의 내진등급

• 기초구조물의 내진등급은 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.1)의 시설물의 내진등급을 따른다.
• KDS 17 10 00 (4.1.1)의 내진등급 이외 특수한 경우에는 관할기관과 협의하여 등급을 조정한다.

4.1.2 내진성능수준 및 설계지반운동 수준

• 기초의 내진성능수준은 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.2)의 시설물의 내진성능수준을 따른다.
• 기초의 설계지반운동 수준은 KDS 17 10 00 (4.1.3)을 따른다.

4.1.3 내진성능목표

• 기초의 내진성능목표는 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.4)의 시설물의 내진성능목표를 따른다.
• 기초 및 지반 구조물의 내진성능수준은 기능수행수준 및 붕괴방지수준에 따라 설계할 수 있다.

4.2 기초구조물의 설계거동한계

4.2.1 기능수행수준에 따른 설계거동한계

• 비탈면이나 옹벽 구조물은 부분적인 항복과 소성변형을 허용할 수 있으나, 주변 구조물 및 부속 시설들은 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 허용할 수 있으므로 기초 내진 설계 시 유의하여야 한다.
• 얕은기초 및 깊은기초는 지진 시 그 주변 지반의 소성거동은 허용할 수 있으나, 기초구조물 자체와 모든 상부 구조물 및 부속 시설이 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 허용한다.

4.2.2 붕괴방지수준에 따른 설계거동한계

• 비탈면이나 옹벽 구조물의 구조적 손상은 경미한 수준으로 허용하며 이로 인한 주변 구조물 및 부속 시설들의 소성거동은 허용하지만, 취성파괴 또는 좌굴이 발생하지 않도록 기초 내진 설계 시 유의하여야 한다.
• 얕은기초 및 깊은기초는 지진하중 작용 시 소성거동을 허용할 수 있으나, 이로 인하여 기초구조물 자체와 상부 구조물에는 취성파괴 또는 좌굴이 발생하지 않아야 한다.
• 기초구조물과 그 주변의 지반에는 과다한 변형이 발생하지 않아야 하며, 지반의 액상화로 인하여 상부 구조물에 중대한 결함이 발생하지 않아야 한다.

4.3 설계 지반운동 결정

• 구조물 기초의 설계지반운동을 결정하는 데 고려할 사항은 KDS 17 10 00 (4.2.1.3)을 따른다.
• 토사지반에 중요도가 높은 구조물을 설계하는 경우, 지반특성 평가와 지반응답해석을 수행하여 해당부지에 적합한 설계 지반운동을 결정한다.
• 지역에 따른 설계지반운동의 세기는 KDS 17 10 00 (4.2.1.1)을 따른다.
  • 지진구역 및 지진구역계수(Z, 재현주기 500년 기준)는 KDS 17 10 00 (표 4.2-1, 표 4.2-2)를 따른다.
  • 평균재현주기별 위험도계수(I)는 KDS 17 10 00 (표 4.2-3)을 따른다.
• 설계 지반운동 결정을 위한 지반분류는 KDS 17 10 00 (4.2.1.2)를 따른다.
• 암반 및 토사지반에서 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 KDS 17 10 00 (4.2.1.4)를 따른다.

4.4 액상화 평가

• 액상화 평가 방법은 KDS 17 10 00 (4.7)을 따른다.

4.5 기초구조물의 내진설계

• 기초구조물에 대한 내진설계는 등가정적 해석방법, 응답변위 해석방법과 동적 해석방법 등을 사용한다.
• 기초에 대한 내진설계는 기초 구조체의 최대응력, 기초지반의 최대반력, 상부구조의 최대변위 그리고 기초의 전도, 활동 및 지지력 등을 검토한다.
• 기초 내진 설계 시 하중은 구조물의 자중 및 지진하중(상재하중에 의한 관성력, 지진에 의한 동수압 및 토압 등)을 고려하여 결정한다. 또한 액상화 지반의 측방유동에 대한 영향을 하중으로 반영하는 경우 지진하중의 영향은 동시에 고려할 필요가 없다.
• 얕은기초의 등가정적해석은 다음과 같은 기본사항을 만족하여야 한다.
  • 기초에 작용하는 등가정적하중은 기초지반과 상부구조물의 응답특성을 고려하여 결정한다.
  • 얕은기초는 지지력, 전도, 활동에 대하여 안전하여야 하고, 변형 및 침하량이 허용치 이하 이어야 한다.
  • 액상화 영향을 고려하여 기초 및 지반의 안정성을 평가한다.
• 말뚝기초의 등가정적해석은 다음과 같은 기본사항을 만족하여야 한다.
  • 등가정적해석에서는 기초지반과 상부구조물의 특성을 고려하여 지진하중을 말뚝머리에 작용하는 등가정적하중으로 환산한 후 정적 해석을 수행한다.
  • 무리말뚝 기초의 경우 무리말뚝 해석을 통하여 구조물의 하중을 각 단일말뚝에 분배하고, 가장 큰 하중을 받는 단일 말뚝에 대하여 등가정적해석을 수행한다.
  • 말뚝기초 주변지반에 대하여 액상화 가능성, 말뚝머리의 횡방향 변위 및 침하, 말뚝 본체의 파괴가능성 등을 검토한다.
  • 액상화 가능성이 있는 토층에서는 액상화 영향을 고려하여 말뚝기초의 안정성을 분석하여야 하고, 액상화 토층에서 말뚝의 주면마찰력은 무시할 수 있으며, 액상화 토층 상부의 비액상화층에 의한 부주면마찰력은 고려하여야 한다.
• 지반과 상부구조물의 불확실한 응답특성들을 고려하여 말뚝의 내진설계에서는 일반 설계에서의 요구조건 이외에 다음의 요구조건을 만족시켜야 한다.
  • 말뚝의 내진설계에서는 극한지지력 개념을 사용하며 설계지진하중에 대하여 충분한 지지력을 확보하여야 한다.
  • 말뚝은 말뚝캡에 적절히 연결하여야 한다.
  • 콘크리트로 채운 말뚝에 특별한 정착장치를 설치하지 않는 경우에는 말뚝으로 인발력이 전달될 수 있도록 충분한 길이의 철근을 매립하여 정착하여야 한다.
  • 속채움이 없는 강관말뚝, 나무말뚝, 강말뚝은 말뚝 허용지지력의 10% 이상의 인발력이 전달될 수 있도록 정착하여야 한다.
  • 말뚝과 말뚝캡을 연결하는 보강철근은 일체로 결합하며 하중전달이 용이하도록 철근을 말뚝캡까지 연장한다.
  • 말뚝의 내진설계에서는 기둥이 지표면 위에서 휨모멘트에 의하여 항복하기 이전에 말뚝이 지표면 아래에서 파괴되지 않도록 하여야 한다.
• 지중 벽체 구조물과 같이 지반변위가 지배적인 기초구조물에 대해서는 응답변위 해석방법을 적용한다.
• 기초구조물에 대한 동적해석이 필요한 경우에는 기초와 지반의 상호작용을 고려하여 응답스펙트럼법, 응답이력해석법 등을 사용할 수 있다.
• 기초구조물에 대한 동적해석에서는 현장시험과 실내시험으로부터 구한 지반의 특성치를 적용하여 해석한다.