A. 일반 범용건축구조 해석/설계프로그램에 의한 설계절차
일반 범용건축구조해석/설계프로그램을 이용한 지하구조 지진력저항시스템(즉, 지하외벽그룹의 전단벽시스템)의 설계는 층횡력에 대한 구조해석과 전단벽으로서의 지하외벽 설계에 국한된다. ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 E 부분에 해당된다.
직접해석법이 아닌 지진응답변위법에 의한 정적지진토압을 적용할 경우에는 다음과 같은 절차에 따라 설계할 수 있다.
A1. 지반의 분석 및 동적특성
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 B의 왼쪽 부분에 해당된다. 일반 범용건축구조해석/설계 프로그램에서 다음의 ①~⑧에 대한 분석-해석-산정을 직접 수행할 수 없다. 따라서 별도의 독립된 프로그램이나 계산에 의해 수행하여야 한다.
① 지반종류 분석 ② 지반 고유 진동수/주기 산정 ③ 지반유효증폭계수 산정 ④ 설계응답스펙트럼
⑤ 지반 가속도/속도 ⑥ 내진설계범주 ⑦ 수평지반반력계수 ⑧ 지반수평변위
A2. 구조요소와 지지부의 강성모델
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 B의 오른쪽 부분에 해당된다.
일반 범용건축구조해석/설계프로그램의 해석모델에는 다음 사항들을 반영할 수 있다.
(1) 구조요소
지하 외벽, 기둥, 보, 지상부의 전단벽이 기초까지 연장된 지하연장 전단벽 등의 주요요소를 포함시킬 수 있다.
근사해석모델 : 기본적으로 지하외벽 및 1층 바닥 다이아프램을 포함시키고, 바닥 다이아프램은 강체로 가정한다.
정밀해석모델 : 기본적으로 지하외벽, 각층 바닥 다이아프램 및 지하연장 전단벽을 포함시키고, 바닥 다이아프램은 유효강성을 고려할 수 있도록 요소를 분할하고 개구부를 고려한다. 또한, 보다 합리적인 설계를 위하여 각 구조요소의 유효강성을 고려할 수 있다.
(2) 기초 밑면
근사해석모델 : 지하외벽의 기초는 면내하중작용에 대하여 회전을 구속하는 지지부로 한다.
정밀해석모델 : 지상부의 전단벽 요소가 지하기초까지 연장된 모델에서는 면내하중작용에 대한 기초회전강성(수직압축스프링)을 고려한다.
(3) 횡구속 및 횡지지
기반암에 묻힌 층은 횡구속조건을 적용할 수 있다.
주의사항: 직접해석법을 사용하지 않는 경우에는 지반 변위와 구조 변위를 동시에 고려할 수 없으므로 해석모델에서 뒷부분 지반/벽에 횡스프링지지부를 포함시키지 않아야 한다.
A3. 하중산정
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 B와 C 부분에 해당되며, 일반 범용건축구조해석/설계프로그램에서 다음의 (1)~(3)에 대한 하중을 직접 산정할 수 없다. 따라서 별도의 독립된 프로그램이나 계산에 의해 산정한 하중을 사용하여야 한다.
다음과 같이 일반 범용건축구조해석/설계프로그램의 지하구조해석모델에 적용할 하중을 각층별로 구한다.
(1) 별도의 독립된 프로그램이나 계산에 의해 지하외벽에 작용하는 정적횡토압(수압, 상재하중 포함)을 구한다.
(2) 별도의 독립된 프로그램이나 계산에 의해 지하외벽에 작용하는 지진토압을 구한다.
(3) 별도의 독립된 프로그램이나 계산에 의해 지반효과를 고려하여 지하구조물의 관성력에 의한 지진력을 구한다.
(4) 일반 범용건축구조해석/설계프로그램의 구조해석모델로부터 지상층구조의 관성력에 의한 밑면 전단력과 전도모멘트를 구한다.
A4. 하중모델
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 B와 C 부분에 해당되며, 일반 범용건축구조해석/설계프로그램에서 다음의 (1)~(3)에 대한 하중을 직접 산정할 수 없다.
(1) 정적횡토압(수압, 상재하중 포함)
정적 횡토압은 앞벽과 추가 고려시 조건에 따라서 뒷벽에 작용한다.
각층에 슬래브 반력(kN/m)과 수평 분담폭(m)에 의한 합력(kN)을 구하여 합력의 위치에 작용하도록 입력한다. 또는 슬래브반력(kN/m)을 수평 분담폭(m)에 등분포하중(kN/m)으로 작용하도록 입력한다.
주의사항: 수직 분담높이에 의한 합력은 작용하중의 크기나 위치가 정확하게 반영되지 않으므로 슬래브 반력의 크기로 입력하여야 한다.
(2) 지진횡토압
지진 횡토압은 앞벽과 스프링지지력 추가 고려시 조건에 따라서 뒷벽에 작용한다. 각층에 슬래브 반력(kN/m)과 수평 분담폭(m)에 의한 합력(kN)을 구하여 합력의 위치에 작용하도록 입력한다. 또는 슬래브반력(kN/m)을 수평 분담폭(m)에 등분포하중(kN/m)으로 작용하도록 입력한다.
주의사항: 수직 분담높이에 의한 합력은 작용하중의 크기나 위치가 정확하게 반영되지 않으므로 슬래브 반력의 크기로 입력하여야 한다.
(3) 지하구조물 자체관성력에 의한 지진력
각층에 지반효과를 고려한 지진력을 합력의 위치에 작용하도록 입력한다.
(4) 지상층구조의 관성력에 의한 밑면 전단력과 전도모멘트
밑면 전단력은 1층의 작용점 위치에 작용하도록 입력한다. 밑면 전도모멘트는 가상의 지하전단벽에 작용하는 반전 전단력을 구하여 작용점 위치에 지진하중방향으로 작용하도록 입력하거나, 지하 전단벽요소를 구조해석모델에 포함시키고 이 전단벽의 상부(1층)에 전도모멘트를 입력한다.
A5. 면내하중작용에 대한 지하외벽 설계
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 E 부분에 해당되며, 일반 범용건축구조해석/설계프로그램에 포함된 전단벽설계모듈에 의해 설계할 수 있다.
(1) 강도설계
일반 범용건축구조해석/설계프로그램에 포함된 전단벽설계모듈에 의해 소요설계강도를 만족하도록 지하외벽을 설계한다.
유의사항: Squat Wall의 거동에 따른 설계방법을 적용할 수 없다. 즉, 연속된 길이효과를 고려하지 않은 분할 요소별 면내 휨모멘트도 포함되어 과도한 휨인장철근량(수직 철근)이 요구될 수 있다.
(2) 수평변위
지진토압에 의한 수평변위를 구하여, 지상구조의 내진설계용 유효지반증폭계수를 산정한다.
A6. 면외하중작용에 대한 지하외벽 설계
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 D 부분에 해당되며, 일반 범용건축구조해석/설계프로그램으로 직접 수행할 수 없다. 따라서 면외하중작용에 대한 지하외벽설계는 별도 독립된 프로그램이나 계산에 의해 수행하여야 한다.
(1) 강도설계
소요설계휨강도 및 소요설계전단강도를 만족하도록 지하외벽을 설계한다.
(2) 사용성설계
기준의 설계원칙의 요구사항에 따라서 상시하중 즉, 정지토압에 대한 처짐 및 균열 평가를 한다. 지반에 접한 지하외벽 면의 균열은 내구성에 관련되므로 기준을 만족하도록 설계한다. 지하외벽의 처짐은 사용성 평가뿐만 아니라 인접지반의 침하를 유발하므로 반드시 검토할 필요가 있다.
A7. 최종 지하외벽 설계
ConBasement의 주요 설계흐름도(그림1-2)에서 F 부분에 해당되며, 일반 범용건축구조해석/설계프로그램으로 수행할 수 없다.
면내 및 면외 하중작용에 대한 소요설계강도를 독립적으로 모두 만족할 수 있도록 지하외벽을 최종적으로 설계한다. 즉, 두 하중작용에 대한 상호작용은 고려하지 않는다.
B. 일반 범용건축구조해석/설계프로그램에 의한 설계에 ConBasement의 활용
ConBasement는 일반 범용건축구조해석/설계프로그램처럼 복잡한 지하구조의 요소들을 상세하게 모사할 수 없다. 예를 들면, 바닥구조의 개구부와 유효강성, 코어전단벽기초의 밑면 회전강성, 지하 기준층과 다른 지하층의 평면형상, 부재의 축력에 대한 해석과 단면설계 등이 포함된다. 반면에 ConBasement는 일반 범용건축구조해석/설계프로그램이 수행할 수 없는 부분들을 수행할 수 있다. 따라서 복잡한 지하구조의 설계에 일반 범용건축구조해석/설계프로그램을 사용할 경우, 다음과 같이 ConBasement의 해석 및 설계 결과를 활용하면 설계 시간이 절약되고, 정확한 하중을 입력할 수 있다.
B1. 지반분석
ConBasement에 의한 지반분석결과 활용
B2. 면외하중작용에 대한 지하외벽 설계
면외하중작용에 의한 소요설계강도에 만족하는 지하외벽두께 및 철근배근을 확인하여 가정 단면을 결정하여 입력한다.
(1) ConBasement에 의한 지하외벽 설계결과 활용
(2) ConWall에 의한 수직 일방향 지하외벽 설계결과 활용
(3) ConWall에 의한 Buttress 및 수평 일방향 지하외벽 설계결과 활용
B3. 층횡력
ConBasement의 해석결과인 슬래브 반력(그림12-1)과 지하층 관성력(그림12.2)을 일반 범용건축구조해석/설계프로그램의 해석모델에 층횡력(그림12-3) 입력하중으로 활용
그림12-1. ConBasement에 의한 해석결과 슬래브 반력
그림12-2. ConBasement에 의한 해석결과 지하층 관성력
그림12-3. 일반 범용건축구조해석/설계프로그램에 의한 지하 지진력저항시스템
해석모델의 층횡력
그림12-3에서 앞벽에 작용하는 층횡력(지진하중방향)은 앞벽에 작용하는 정적수압, 정적토압 및 지진토압을 슬래브 위치에서의 집중하중(슬래브 반력)으로 산정한 횡하중이다. 그림12-3에서 뒷벽에 작용하는 층횡력(지진하중 반대방향)은 지침 2.5(3)의 규정에 따라 지진토압작용의 반대편에 위치한 외벽면에 추가로 고려할 수 있는 정적수압, 정적토압 및 횡스프링지지력을 슬래브 위치에서의 집중하중(슬래브 반력)으로 산정한 횡하중이다. ConBasement는 사용자의 선택에 따라서 추가로 고려할 수 있는 횡하중을 슬래브 위치에서의 집중하중(슬래브 반력)으로 산정하여 지하 지진력저항시스템의 횡력해석에 적용한다.
ConBasement는 이 횡하중들은 하중종류별로 구분하여 계산서에 제공한다. ConBasement의 이 하중해석 결과들(그림12-1참고)을 일반 범용건축구조해석/설계프로그램의 해석모델에 층횡력(그림12-3)에 대한 입력 하중으로 활용할 수 있다.
지침 2.5 지진해석 및 내진설계 방법
(3) 지진토압작용의 반대쪽에 위치한 외벽면에는 다음과 같은 사항을 추가로 고려할 수 있다. ① 지진토압작용의 반대면에 정적수압을 고려할 수 있다. ② 지표면으로부터 깊이 8m (또는 비슷한 깊이의 지하층 슬래브) 위치의 아래에서는 정적토압과 지반의 횡스프링지지력을 고려할 수 있다. ③ 지표면에서 깊이 4m (또는 비슷한 깊이의 지하층 슬래브) 위치의 아래에서 지하구조의 횡변위가 지반의 상대변위(기초위치로부터 각 층 슬래브 위치에서의 변위)보다 큰 경우에는, 지하구조의 변위가 지반의 상대변위를 초과하지 않도록 지표면 깊이 4m (또는 비슷한 깊이의 지하층 슬래브) 아래에서는 지진토압작용의 반대면에 정적토압의 일부 또는 지반의 횡스프링지지력을 고려할 수 있다. |
ConBasement의 횡스프링지지력은 다음과 같이 (u(z)-u(zB)) < ustr(z) 인 구간에서 발현되며, 지표면에서
부터 4m 깊이까지의 횡스프링지지력은 적용하지 않는다.
(u(z)-u(zB)) ≥ ustr(z) 인 구간, 횡하중 = 횡스프링지지력 = p(z) = 0
(u(z)-u(zB)) < ustr(z) 인 구간, 횡하중 = 횡스프링지지력 = p(z) = [(u(z)-u(zB) - ustr(z)] KH(z)
여기서, u(z) = 지반의 지진횡변위, u(zB) = 지하구조물 저면 지반의 지진횡변위,
ustr(z) = 지하구조물의 횡변위, KH(z) = 수평지반반력계수, z = 지표면으로부터 고려하는 깊이
댓글 없음:
댓글 쓰기