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철도 건축구조 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 철도 건축구조에 대한 조사, 계획, 설계, 시공, 유지관리에 필요한 기술적 사항 제시
1.2 적용 범위
- 철도 건축물의 신축, 증축, 리모델링(대수선, 유지보수 등), 공작물의 구조체와 부구조체 공사, 각종 공사를 위한 가설구조물의 구조체에 적용
- 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 제3조에 해당하는 경우에는 적용하지 않을 수 있음. 단, 관련 근거를 명시해야 함
- 세부사항은 철도설계지침(건축편) 적용. 단, 하중계수, 하중조합, 강도감소계수는 KDS 41 10 15 따름
- 철도 건축물의 내구성 및 구조적 안정성 확보를 위한 강재 최소두께, 방청처리, 바닥판 두께, 변경제한, 진동 및 바닥가속도 제한 등은 철도설계지침(건축편)에서 정함
1.3 참고 기준
- 구조설계는 건축법, 건축법 시행령, 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙과 KDS 41 10 05 등에서 정한 바에 의하여 수행
- 철도 건축물 및 공작물은 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 제56조에 의하여 중요도 “특”을 적용. 단, 리모델링의 경우 잔존수명을 고려하여 중요도 “1”을 적용할 수 있음
1.6 해석과 설계원칙
1.6.1 구조설계 및 구조해석
1.6.1.1 일반사항
- 철도 건축물 구조설계의 원칙은 다음과 같음
- 안전성: 유효적절한 구조계획을 통해 건축물 및 공작물 전체가 설계하중의 각종 하중에 대해 구조적으로 안전하도록 설계
- 사용성: 사용에 지장이 되는 변형 및 진동이 발생하지 않도록 충분한 강성과 인성 확보
- 내구성: 부식 및 마모 훼손 우려가 있는 구조부재에 대해서는 모재나 마감재에 이를 방지할 수 있는 재료 사용
- 시공성 및 경제성: 본 기준에서 정하는 성능을 충족하면서 최적의 시공성과 경제성 확보
1.6.1.2 구조설계법
- 허용응력설계법, 허용강도설계법, 강도설계법, 한계상태설계법, 또는 국토교통부장관이 동등 이상의 성능을 확보할 수 있다고 인정하는 구조설계법 적용
1.6.2 단계별 구조 계획 및 설계 업무
1.6.2.1 구조계획
- 건축물 및 공작물의 용도, 사용재료 및 강도, 지반특성, 하중조건, 구조형식, 장래 증축 여부, 용도변경이나 리모델링 가능성 등 고려
- 기둥과 보의 배치는 건축 평면 계획과 조화되도록 하며, 보 춤은 기둥 간격 외에 층고와 설비계획도 함께 고려
- 지진하중이나 풍하중 등 수평하중에 저항하는 구조 요소는 편심이 최소화되도록 평면상 균형뿐만 아니라 입면상 균형도 고려
- 구조형식이나 구조재료를 혼용할 때는 강성이나 내력의 연속성에 유의하며, 사용성에 영향을 미치는 진동과 변형도 미리 검토
1.6.2.2 골조해석 및 부재설계
- 골조해석은 탄성해석을 원칙으로 하되, 경간이 큰 수평부재 및 수직부재 등은 필요한 경우 비선형 해석도 함께 수행
- 부재설계는 본 기준 2.2에 따름
1.6.2.3 구조설계도의 작성
- 구조형식에 대한 설명, 사용재료 및 강도, 하중조건 등 명시
- 구조성능(내화, 진동장해 등) 및 구조계산 결과 등 명시
1.6.2.4 구조설계도의 작성
- 구조설계도는 설계의 진척도에 따라 계획설계, 기본설계, 실시설계의 3단계로 나누어 작성 가능
1.6.2.5 구조체 공사시방서의 작성
- 구조체 공사시방서는 KCS 41 10 00을 중심으로 작성하되, 별도의 특기시방서를 통해 구조설계도면에 나타낼 수 없는 골조공사의 특기사항을 기술
1.6.2.6 철도 건축물 구조계획 시 유의 사항
- 선로나 철도 구조물 등 주변의 입지조건, 지반, 공사의 시공성 및 운전 보안, 여객 및 공중에의 영향 등을 종합적으로 검토
- 골조의 형상은 힘의 흐름이 명확한 구조로 하여야 함
- 수평력에 대한 저항요소는 평면적으로 뒤틀림이 생기지 않도록 배치
- 골조는 사용 시 유해한 변형이 일어나지 않아야 하고, 보행 시 진동으로 인한 장해가 발생되지 않아야 함
- 철도 건축물은 안전성, 시공성 및 경제성이 확보되는 구조로 하여야 함
- 철도 건축물은 비정상하중으로 인하여 일부 부재 또는 접합부가 파괴되더라도 구조물 전체가 붕괴되지 않도록 계획
1.6.3 구조성능의 검증
- 재료 및 제작물 등의 품질확인, 성능검증의 절차 및 방법, 규격외 자재 사용 또는 특수한 공법을 적용할 경우의 사용승인을 위한 기술적 방법, 강구조 접합부 인증실험 및 풍동실험 등에 필요한 사항은 KDS 41 10 10에 따름
1.6.4 구조안전의 확인
- 건축물 및 공작물이 안전한 구조를 갖기 위해서는 설계단계에서부터 시공, 건설사업관리 및 유지·관리 단계에 이르기까지 본 기준에 적합하여야 하며, 이를 위한 구조안전의 확인사항은 다음과 같음
- 구조설계도서의 구조안전 확인
- 시공 상세도서의 구조안전 확인
- 시공 중 구조안전 확인
- 유지, 관리 중 구조안전 확인
- 구조안전의 확인은 당해 업무별 책임구조기술자의 책임 아래 수행
1.6.5 프로그램을 이용한 구조해석
- 구조해석 및 설계 프로그램은 범용 프로그램과 슬래브·기초판 해석용 프로그램 등 성능이 확인된 것이어야 함
- 구조해석 결과에 대한 검토는 프로그램에 의하여 구조 해석한 경우 결과치에 대한 신뢰성을 확인하기 위하여 주요 사항에 대하여 검토. 세부사항은 철도설계지침(건축편)에서 정함
4. 설계
4.1 설계하중
4.1.1 설계하중의 정의
- 설계하중이란 구조설계 시 적용하는 하중을 말하며, 본 기준에서 정하는 하중 이상의 값을 적용
4.1.2 설계하중의 종류
- 건축물 및 공작물의 구조계산에 적용되는 설계하중의 종류는 다음과 같으며 세부사항은 철도설계지침(건축편)에서 정함
- 고정하중
- 활하중
- 적설하중
- 풍하중
- 지진하중
- 지하수압·토압
- 온도하중
- 유체압 및 용기내용물 하중
- 운반설비 및 부속장치 하중
- 열차하중 및 열차통과하중
- 기타하중
4.1.2.1 고정하중
- 건축물 및 공작물 각 부분의 고정하중은 사용하는 재료의 밀도, 단위체적중량, 조합중량을 적용하여 산정
4.1.2.2 활하중
- 점유, 사용에 의하여 발생할 것으로 예상되는 최대의 하중
- 등분포 활하중 및 집중 활하중의 2가지 중에서 해당 구조부재에 큰 응력을 발생시키는 경우를 적용
- 활하중의 저감은 다음 사항을 고려
- 저감계수
- 영향면적
- 제한사항 등
4.1.2.3 적설하중
- 적설하중의 작용이 예상되는 벽면이나 기타 구조물의 표면에 대해서는 적설하중의 영향 고려
- 설계용 지붕적설하중은 지상적설하중의 기본값을 기준으로 하여 기본 지붕적설하중계수, 노출계수, 온도계수, 중요도계수 및 지붕의 형상계수와 기타 재해분포상태 등을 고려하여 산정
- 지상 적설하중의 기본값은 재현기간 100년에 대한 수직 최심적설깊이를 기준. 단, 구조물의 용도 등에 따라 재현기간 100년을 적용하지 않을 때는 소요 재현기간에 맞추어 환산한 지상적설하중 값을 사용 가능
4.1.2.4 풍하중
- 주골조설계용 풍하중은 건축물의 주골조를 설계하는 경우에 적용
- 풍하중은 주골조설계용 수평풍하중, 지붕풍하중 및 외장재설계용 풍하중으로 구분하고, 각각의 설계풍압에 유효면적을 곱하여 산정
- 통상적인 건축물에서는 지붕의 평균높이를 기준높이로 하며, 그 기준높이에서의 속도압을 기준으로 풍하중을 산정
- 풍동실험을 통하여 풍하중을 평가해야 하는 경우에는 산정한 풍하중에 추가하여 바람으로 인하여 건축물 및 공작물에 발생하는 특수한 영향들을 고려한 특별풍하중을 산정
4.1.2.5 지진하중
- 건축물 및 공작물의 구조체와 건축, 기계 및 전기 비구조요소의 지진하중을 산정하는 데 적용
- 기존 구조물과 구조적으로 독립된 증축구조물은 신축구조물로 취급하여 설계
- 강도설계 또는 한계상태설계를 수행할 경우에는 각 설계법에 적용하는 하중조합의 지진하중계수는 1.0으로 하며, 허용응력설계를 수행할 경우에는 지진하중을 포함하는 하중조합에서 지진하중계수는 0.7로 함
- 필로티 등과 같이 전체구조물의 불안전성 또는 붕괴를 일으키거나 지진하중의 흐름을 급격히 변화시키는 주요부재의 설계시에는 지진하중을 포함한 하중조합에 지진하중(E) 대신 특별지진하중(Em)을 사용
- 지진구역 및 지역계수는 아래 표와 같음
| 지진구역 | 행정구역 | 지역계수(S) | 비고 |
|—|—|—|—|
| 1 | 지진구역2를 제외한 전지역 | 0.22 | |
| 2 | 강원도북부, 전라남도 남서부, 제주도 | 0.14 | |
4.1.2.6 토압 및 지하수압
- 구조물에 작용하는 토압 및 지하수압은 구조물 기초설계기준에 의함
- 지하외벽의 설계 시 토압, 지하수압, 지표면에 재하되는 정적하중 및 동적하중의 영향 고려
- 지하수위 이하에서의 토압 산정 시 부력에 의한 흙중량의 저하와 지하수압을 동시에 고려
- 흙에 접하는 바닥구조체는 최하부 바닥의 전면적에 작용하는 수압에 대해 안전하여야 함
4.1.2.7 온도하중
- 건축물 및 공작물의 구조체에 작용하는 온도하중을 산정하고, 구조물의 설계 시 온도에 의한 하중효과 고려
4.1.2.8 유체압 및 용기내용물 하중
- 저수조, 정화조 및 기름탱크 등 용기의 설계 시 구조체에 작용하는 유체압 고려
4.1.2.9 운반설비 및 부속장치 하중
- 건축물 및 공작물의 구조체에 작용하는 하중 산정은 엘리베이터, 에스컬레이터 및 천장크레인(전동주행크레인) 등 운반설비, 동력연동장치, 건축물의 제반 설비 및 배관, 덕트 그 외 부수장치로 인한 하중 고려
4.1.2.10 열차하중 및 기타 하중
- 열차하중 등의 기준 건축구조물 설계 시 열차하중 및 기타 하중은 KDS 47 10 45를 고려하여 설계
- 열차하중은 철도의 건설기준에 관한 규정 제16조를 기준으로 설계
- 충격하중
- 선로 밑을 통과하는 구조물 및 공작물에 작용하는 충격하중의 크기는 열차하중에 충격계수를 곱한 값으로 함
- 구조물 상부에 복토가 있을 경우에는 복토두께를 고려
- 진동영향 추가 하중: 선로 인접부(운행선 근접) 건축물은 진동영향 등 추가 하중 고려
4.2 구조별 설계기준
4.2.1 일반사항
- 각 구조별 설계기준은 다음과 같음
- 철근콘크리트, 프리스트레스트 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 구조: KDS 41 30 00
- 조적식 구조: KDS 41 34 00
- 강구조: KDS 41 31 00
- 목구조: KDS 41 33 00
4.2.2 기초구조
- 기초의 설계는 원칙적으로 KDS 41 20 00에 의함
- 기초는 연직력, 수평력 및 전도 등에 안전하게 설계하여야 하며, 말뚝기초의 경우 지진하중에 의한 말뚝 및 말뚝두부의 안전성 검토
- 기초의 형식은 지반조건, 상부구조의 특성, 선로근접부에서의 시공성, 경제성 및 주변의 영향 고려하여 선정
- 선상역, 선하역 및 지하역의 기초배치가 궤도와 간섭되는 경우 안전성과 시공성 확보
- 지반침하가 예상되는 지역에서 지지말뚝을 설계할 경우는 말뚝의 부마찰력에 대하여 검토
- 포화모래지반 등 액상화 발생 가능성이 높은 지반 위에 놓이는 기초는 액상화의 피해를 입지 않도록 액상화 발생 가능성 검토
4.2.3 가설공사용 설계
- 열차운행 등 특별히 안전 확보와 관련된 가설공사에 대하여는 가시설 설계(구조계산서 작성 포함)를 하여야 하며, 그 세부 사항은 철도설계지침(건축편)에서 정함
4.2.4 건축부대 환기구 구조물
- 환기구 계획·설계
- 환기구 최소높이는 바닥으로부터 2m 이상으로 설치. 단, 사람이 올라설 수 없는 구조로 설치하는 경우나 접근을 차단하는 구조로 하는 경우에는 예외
- 공중에 시각적으로 노출되는 환기구는 도시미관 등을 고려하여 투시형으로 설치 가능하며, 필요한 경우 출입문 및 잠금장치 설치 가능
- 배기용 환기구를 부득이 보도공간에 바닥형으로 설치할 경우, 보도의 최소 유효폭을 확보하여야 하고, 유입방지턱 높이는 지형조건과 노면유량을 고려하여 0.2m 이상 설치
- 환기구 덮개는 급작스러운 탈락이 발생하지 않도록 충분한 강도의 콘크리트 걸침턱에 걸치도록 하는 구조로 하며, 걸침턱의 폭은 50mm 이상
- 도시미관, 장소명소화 등을 위해 환기구에 공공디자인 개념을 적용하는 것을 검토
- 환기구 덮개 설계하중
- 환기구를 보도에 설치하여 보행인의 집중, 물건 적치 등이 예상되는 경우 보행시설을 지지하는 덮개 및 지지부재의 설계에는 5kN/㎡의 등분포 활하중이 작용하는 것으로 하며, 이때 허용처짐은 L/300 이하. 단, 산책하는 사람의 하중만 예상되는 경우(사람의 군집 또는 차량이 진입할 가능성이 전혀 없는 경우) 3kN/㎡의 등분포 활하중이 작용하는 것으로 함
- 환기구 위로 도로차량의 통행이 예상되는 경우에는 차량하중에 의한 단면검토 필요
- 환기구 위로 보행인의 통행이 없는 경우에는 상부 덮개 및 지지부재 설계에 사용하는 등분포 활하중은 1kN/㎡을 적용하며 허용처짐은 L/200 이하
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