KDS 설계기준 61 15 00 하수도내진설계

2024년 07월 25일 건설엔지니어

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하수도시설 내진설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

본 기준은 하수도시설의 내진성능 확보를 위한 최소 설계 요건을 규정합니다. 지진 발생 시 하수도시설의 내진 능력을 최대한 확보하여 하수도 기능 유지를 목표로 하며, 환경 오염 및 수인성 전염병 발생 등 2차 재해를 최소화합니다.

1.2 적용범위

하수도법 제12조 ①항 제1호, 지진화산재해대책법에 따라 신설 및 개량되는 하수도시설의 내진설계에 적용합니다.
이 기준을 적용할 수 없는 경우 (관리동, 운영실 및 사무실 등) 또는 특수한 형식의 하수도시설은 이 기준의 내진설계 개념 및 원칙을 준수하여 적절한 보완을 거쳐 적용합니다.
이 설계기준에 규정되지 않은 사항은 내진 관련 시설물에 대한 설계기준과 객관적으로 입증된 설계법을 따릅니다.

1.3 참고 기준

하수도법 제12조 ①항 제1호
지진화산재해대책법 제14조 및 동법 시행령 제10조 (내진설계기준 공통적용사항 적용)

1.4 용어의 정의

하수도: 하수와 분뇨를 유출 또는 처리하기 위한 하수관로, 공공하수처리시설, 간이공공하수처리시설, 하수저류시설, 분뇨처리시설, 배수설비, 개인하수처리시설 등을 포함합니다.
공공하수처리시설: 하수를 처리하여 하천, 바다 등에 방류하기 위한 지방자치단체 설치 또는 관리 시설입니다.
내진성능목표: 국가가 지진에 대비하여 국가적 기능 유지를 위해 설정한 목표입니다.
내진설계: 설계지진에 의한 에너지를 견디거나, 소산시키거나, 저감시켜 시설물의 요구되는 내진성능수준을 유지하도록 구조요소의 제원 및 상세를 결정하는 작업입니다.
내진율: 내진대상 전체 시설물 중 내진설계 반영, 내진설계 미반영이더라도 내진성능평가 결과 만족, 내진성능평가 결과 불만족이라도 내진보강이 이루어진 시설의 총합의 백분율입니다.
내진등급: 시설물의 중요도에 따라 내진설계 수준을 분류한 범주로 ‘내진특등급’, ‘내진Ⅰ등급’, ‘내진Ⅱ등급’의 3가지 등급으로 구분합니다.
내진성능수준: 설계지진에 대해 시설물에 요구되는 최소 성능수준으로 ‘기능수행’, ‘즉시복구’, ‘장기복구/인명보호’, ‘붕괴방지’의 4가지로 분류합니다.
기능수행 수준: 설계지진하중 작용 시 구조물이나 시설물에 발생한 손상이 경미하여 기능이 유지되는 성능수준입니다.
붕괴방지 수준: 설계지진하중 작용 시 큰 손상이 발생할 수 있지만 붕괴로 인한 대규모 피해를 방지하고 인명 피해를 최소화하는 성능수준입니다.
기반암: 전단파속도가 760m/s 이상인 지층입니다.
설계지반운동: 내진설계를 위해 정의된 지반운동으로 댐이 건설되기 전에 부지 정지작업이 완료된 지면에서의 지반운동을 말합니다.
액상화: 포화된 사질토 등에서 지진동, 발파하중 등의 충격하중에 의해 지반 내 과잉간극수압이 발생하여 지반의 전단강도가 상실되어 액체처럼 거동하는 현상입니다.
위험도 계수: 평균 재현주기별 지진구역계수의 비입니다.
유효지반가속도: 지진하중을 산정하기 위한 국가지진위험지도나 행정구역을 기준으로 제시된 지반운동 수준입니다.
응답스펙트럼: 지반운동에 대한 단자유도 시스템의 최대응답을 고유주기 또는 고유진동수의 함수로 표현한 스펙트럼입니다.
응답(시간)이력해석: 지진의 지속시간 동안 각 시간단계에서의 구조물의 동적응답을 구하는 방법입니다.
재현주기: 지진과 같은 자연재해가 특정한 크기 이상으로 발생할 주기를 확률적으로 계산한 값입니다.
지반증폭계수: 기반암의 스펙트럼 가속도(속도)에 대한 지표면의 스펙트럼 가속도(속도)의 증폭비율입니다.
지진구역: 유사한 지진위험도를 갖는 행정구역 구분으로 지진구역 I, II로 구분합니다.
지진구역계수: 지진구역 I과 II의 암반지반(S1) 상에서 평균재현주기 500년 지진의 지반운동 가속도를 중력가속도 단위로 표현한 값입니다.
지진위험도: 내진설계의 기초가 되는 지진구역 설정을 위해 과거 지진기록과 지질 및 지반특성 등을 종합적으로 분석하여 산정한 지진재해 발생 확률입니다.

1.5 기호의 정의

(내용 없음)

2. 조사 및 계획

(내용 없음)

3. 재료

(내용 없음)

4. 내진설계 일반

4.1 내진설계의 기본방침

본 기준은 하수도시설의 내진성능 확보를 위한 최소 요건을 규정합니다. 본 기준을 적용하지 않는 경우, 동등 이상의 내진성능을 확보해야 하며 그 근거를 명시해야 합니다.
지진 발생 시 시설물의 내진성능 수준은 ‘기능수행’, ‘즉시복구’, ‘장기복구/인명보호’, ‘붕괴방지’의 4가지로 분류 가능하며, 본 기준에 의한 하수도시설은 ‘기능수행’ 및 ‘붕괴방지’ 수준을 고려합니다. 본 기준에서 제시된 방법으로 내진설계를 하는 경우에는 기능수행수준과 붕괴방지수준을 모두 만족하는 것으로 간주합니다.
하수도를 구성하는 개개 시설의 중요도, 지진에 의한 시설의 손상으로 인한 영향 범위를 고려하여 내진등급을 분류합니다.
지진에 의한 영향을 관련 설계기준에 근거하여 설계에 반영합니다.
하수도시설은 내진성능이 우수한 재료와 제품을 사용하여 건설 및 설치해야 합니다.
지진 발생 시 피해 위험이 높은 관로와 구조물의 접속부, 관로의 이음부는 내진성능이 확보될 수 있도록 설계합니다.

4.2 내진등급 및 등급별 내진성능 목표

하수도시설의 내진설계는 원칙적으로 내진Ⅱ등급의 성능을 갖도록 합니다.
방류수역 내에 상수원보호구역, 수변구역 또는 특별대책지역이 있는 경우, 군사시설 등 주요시설과 연결된 하수도시설 등 지진 재해 시 중대한 2차 피해가 예상되는 중요도가 높은 시설은 내진Ⅰ등급을 적용합니다.
등급별 내진성능 목표에 따른 설계지진강도는 기능수행과 붕괴방지 수준으로 합니다.

| 지반운동 수준 | 성능목표 | Ⅰ등급 | Ⅱ등급 |
|—|—|—|—|
| | 기능수행 | 평균재현주기 100년 | 평균재현주기 50년 |
| | 붕괴방지 | 평균재현주기 1,000년 | 평균재현주기 500년 |

4.3 설계지반운동 수준 및 표현방법

설계지반운동은 지상구조물의 경우, 구조물이 건설되기 전에 부지 정지작업이 완료된 지면에서의 자유장운동으로 정의하고, 지중구조물의 경우는 기반암에서의 자유장운동으로부터 산정된 대상 구조물 위치에서의 지반운동으로 정의합니다.
설계지반운동 수준은 지진구역계수, 위험도계수, 지반분류에 의한 지반증폭계수로부터 결정하며, 적용되는 지반분류 체계는 다음과 같습니다.

| 지반종류 | 지반종류의 호칭 | 분류기준 | 기반암 깊이, H (m) | 토층 평균 전단파속도, Vs (m/s) |
|—|—|—|—|—|
| | 암반 지반 | – | 1 미만 | – |
| | 얕고 단단한 지반 | | 1~20 이하 | 260 이상 |
| | 얕고 연약한 지반 | | | 260 미만 |
| | 깊고 단단한 지반 | | 20 초과 | 180 이상 |
| | 깊고 연약한 지반 | | | 180 미만 |
| | 부지 고유의 특성 평가 및 지반응답해석이 요구되는 지반 | | | |

기반암 깊이와 무관하게 토층 평균 전단파속도가 120 m/s 이하인 지반은 지반으로 분류합니다.
설계지반운동의 특성은 표준설계응답스펙트럼으로 표현합니다.
- 지상구조물은 가속도응답스펙트럼을, 지중구조물은 속도응답스펙트럼을 적용합니다.
- 암반지반 (지반) 설계지반운동의 표준설계응답스펙트럼은 그림 4.3-1, 그림 4.3-2, 표 4.3-2, 그림 4.3-3, 표 4.3-3, 그림 4.3-4, 표 4.3-4를 참고합니다.
- 토사지반 (~지반) 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 기반암의 스펙트럼 가속도와 지표면의 스펙트럼 가속도의 증폭비율을 의미하는 ‘지반증폭계수(, )’로부터 구할 수 있습니다.
- 유효수평지반가속도 (S)에 따라 단주기 지반증폭계수 ()와 장주기 지반증폭계수 ()는 표 4.3-4를 이용하여 결정합니다. 유효수평지반가속도 (S)의 값이 중간 값에 해당할 경우 직선보간하여 결정합니다.
- 감쇠비에 따른 스펙트럼 형상은 해당 토사지반에 적합한 가속도 시간이력을 이용하여 공학적으로 적절한 분석과정을 통해 결정할 수 있습니다.
설계지반운동 이력
- 지반가속도, 속도, 변위 중 하나 이상의 시간이력으로 지반운동을 표현할 수 있습니다.
- 3차원 해석이 필요할 때 지반운동은 동시에 작용하는 3개의 가속도 성분으로 구성해야 합니다.
- 부지에서 계측된 시간이력이 사용되는 것이 원칙이나, 필요시에는 대상 부지에서 예상되는 시간이력과 유사한 다른 지역에서 계측된 지반운동 시간이력 또는 5항에서 기술하는 인공합성 지반운동 시간이력을 사용할 수 있습니다.
인공합성 지반운동 시간이력
- 실제 기록된 지진 지반운동을 표준설계응답스펙트럼에 부합되도록 수정하거나 표준설계응답스펙트럼에 부합되도록 인공적으로 합성하여 생성합니다.
- 지반운동의 장주기 성분이 구조물의 거동에 미치는 영향이 중요하다고 판단될 경우에는 지진원의 특성과 국지적인 영향을 고려하여 시간이력을 생성해야 합니다.
- 인공합성 지반운동의 지속시간은 지진의 규모와 특성, 전파경로 및 부지의 국지적인 조건이 미치는 영향을 고려해야 합니다.

5. 지반조사

하수도시설의 내진설계를 위해서는 통상적인 지반조사뿐만 아니라 지반의 동역학적 특성 파악을 위한 지반조사가 필요합니다.
하수도시설의 내진설계 시, 지반조사는 KDS 17 10 00 내진설계일반에 따라 검토해야 합니다.

6. 지진해석 및 내진설계 방법

6.1 입지조건

하수도시설은 내진성능을 확보한 위치에 입지해야 합니다.

6.2 하중

내진설계에서는 상시상태에서 고려되는 하중 외에 지진으로 인한 추가하중도 고려해야 합니다.

6.3 기본적인 지진해석 및 설계 방법

하수도시설의 지진해석 및 내진설계는 1.2 적용범위에 해당되는 시설 및 설비에 대해 실시하며, 시설별로 관련 내진설계기준과 연구결과를 반영하여 합리적인 지진해석 및 설계방법을 적용해야 합니다.

7. 품질보증에 대한 기본적인 사항

7.1 일반사항

하수도시설의 내진성을 확보하기 위한 품질보증은 각 시설의 내진성능 수준 확보에 필요한 품질보증 요건을 문서화하고, 설계, 시공 및 운영 각 단계별로 계획적으로 확인할 수 있도록 해야 합니다.
품질보증 활동과 관련된 수행 과정 및 결과는 기록하고 보존해야 합니다.

7.2 설계품질관리

타당성 조사, 기본설계, 실시설계의 각 단계별로 내진설계에 대해 검토해야 합니다.

7.3 시공품질관리

공사도급자에 의해 직접 고용된 자가 아닌 제3자가 품질보증계획에 의한 검사 및 시험을 수행해야 합니다.
품질보증계획에는 검사 및 시험계획, 품질시험 및 검사요원의 기준, 시험실 및 시험 검사 장비에 대한 기준, 검사와 시험결과로 부적합 판정이 난 경우의 후속 조치사항 등이 포함되어야 합니다.

7.4 유지관리

하수도시설의 유지관리는 시설의 내진성능이 저하되지 않도록 유지관리계획에 따라 실시해야 합니다.
시설운영 기간 중의 내진성능 확보를 보증할 수 있도록 구조물을 구성하는 하중전달 경로상의 부재나 충분한 연성도가 확보되어야 하는 구조요소에 대한 내진성능 평가 요건이 포함된 유지관리계획을 수립해야 합니다.

7.5 지진기록 계측에 관한 요구사항

하수도 구조물과 관로의 유지관리와 내진설계 기술 개발 및 개선을 위한 자료수집이 필요하다고 판단되면 관할기관은 사업자로 하여금 지진응답 계측을 위한 기기를 설치하고 유지하도록 요구할 수 있습니다.
하수도 구조물과 관로의 지진응답을 계측하기 위한 계측기기의 설치 위치, 종류 및 개수는 본 기준의 목적을 달성할 수 있도록 결정해야 합니다.

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