내진설계 일반(KDS 17 10 00)

1. 일반사항

1.1 목적

(1)이 기준은 지진으로 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 및 기간시설을 보호하는 것을 목적으로 한다.

(2)이 기준은 (1)의 목적을 이루기 위하여 체계적인 내진성능기준을 제시하고, 시설물의 내진설계기준에서 이를 만족시키기 위한 내진설계의 기본적인 요건과 고려사항을 제시한다.

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 「지진ㆍ화산재해대책법」 시행령 제10조제1항에 규정된 시설물 중, 「건설산업기본법」 제2조제4호에서 정하고 있는 건설공사의 내진설계에 적용한다.

(2) 시설물의 특수성 등으로 인하여 필요한 경우 이 기준 내용에도 불구하고 관계기관과 협의하여 해당 시설물의 내진설계기준에서 별도의 기준을 정할 수 있다.

(3) (1)에 해당되지 않는 경우라도 필요하다면 이 기준을 적용할 수 있다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

ㆍ「건설산업기본법」

ㆍ「지진ㆍ화산재해대책법」

ㆍ「지진ㆍ화산재해대책법 시행령」

1.3.2 관련 기준

ㆍ「지진가속도계측기 설치 및 운영기준」(행정안전부)

ㆍKS F 2307 표준 관입 시험방법

ㆍKS F 2498 흙의 액상화 평가를 위한 반복 삼축 강도 시험 방법

1.4 용어의 정의

(1) 이 기준에서 사용되는 주요 용어의 정의는 다음과 같다.

ㆍ감쇠(damping): 점성, 소성 또는 마찰에 의해 구조물에 입력된 동적 에너지가 소산되어 구조물의 진동이 감소하는 현상

ㆍ감쇠시스템(damping system): 구조물의 감쇠능력을 증가시켜 내진성능의 향상을 도모하는 장치의 조합

ㆍ기반암(bed rock): 전단파속도가 760m/s 이상인 지층

ㆍ내진등급(seismic classification): 시설물의 중요도에 따라 내진설계수준을 분류한 범주로서 내진특등급, 내진I등급, 내진II등급으로 구분

ㆍ내진설계(seismic design): 설계지진에 의해 입력된 에너지를 충분히 견디거나, 소산시키거나, 저감시키도록 하여 시설물에 요구되는 내진성능수준을 유지하도록 구조요소의 제원 및 상세를 결정하는 작업

ㆍ내진성능목표(seismic performance objectives): 설계지반운동에 대해 내진성능수준을 만족하도록 요구하는 내진설계의 목표

ㆍ내진성능수준(seismic performance level): 설계지진에 대해 시설물에 요구되는 성능수준. 기능수행수준, 즉시복구수준, 장기복구/인명보호수준과 붕괴방지수준으로 구분

ㆍ반복전단응력비(cyclic stress ratio, CSR): 지진 시 해당 깊이에서 지반에 발생하는 전단응력과 유효상재압의 비

ㆍ반복저항응력비(cyclic resistance ratio, CRR): 해당 깊이에서 지반의 전단저항응력과 유효상재압의 비

ㆍ반복연화(cyclic softening): 반복전단응력으로 인해 지반의 동적변형이 크게 발생하는 현상

ㆍ부지특성평가(site characterization): 내진설계 및 내진성능평가를 위한 대상부지의 기초자료를 지반조사, 현장 및 실내시험 등으로 평가하는 일련의 과정

ㆍ설계거동한계(design behavior criteria): 요구되는 내진성능수준에 부합되도록 구조시스템 또는 구성요소에 설정된 거동(단면력, 응력, 변위, 변형률, 침하량 등)의 한계값(기준값)

ㆍ설계지반운동(design ground motion): 내진설계를 위해 정의된 지반운동

ㆍ설계지진(design earthquake): 시설물의 부지에서 설계지반운동을 유발하는 지진

ㆍ성능기반 내진설계(performance-based seismic design): 엄격한 규정 및 절차에 따라 설계하는 사양기반설계에서 벗어나서 목표로 하는 내진성능수준을 달성할 수 있는 다양한 설계기법의 적용을 허용하는 설계

ㆍ소성지수(plasticity index): 흙의 소성정도를 나타내는 값으로 액성한계에서 소성한계를 뺀 값

ㆍ스펙트럼보정(spectral matching): 지진파의 시간이력에 대한 응답스펙트럼을 목표로 하는 응답스펙트럼 형상에 부합되도록 시간이력을 보정하는 과정

ㆍ액상화(liquefaction): 포화된 사질토 등에서 지진동, 발파하중 등과 같은 동하중에 의하여, 지반 내에 과잉간극수압이 발생하고, 지반의 전단강도가 상실되어 액체처럼 거동하는 현상

ㆍ연성거동(ductile behavior): 구조물 또는 부재가 갑자기 파괴되지 않고, 파괴에 이르기까지 상당한 크기의 소성변형을 나타내는 거동

ㆍ예민비(sensitivity): 해당 흙의 비교란 일축압축강도를 완전교란 일축압축강도로 나눈 값

ㆍ위험도계수(risk factor): 평균재현주기가 500년인 지진의 유효수평지반가속도를 기준으로 하여, 평균재현주기가 다른 지진의 유효수평지반가속도를 상대적 비율로 나타낸 계수

ㆍ유효지반가속도(effective ground acceleration): 지진하중을 산정하기 위한 기반암의 지반운동 수준으로 유효수평지반가속도와 유효수직지반가속도로 구분

ㆍ응답스펙트럼(response spectrum): 지반운동에 대한 단자유도 시스템의 최대응답을 고유주기 또는 고유진동수의 함수로 표현한 스펙트럼

ㆍ응답이력해석(response history analysis) (=시간이력해석): 지진의 지속시간 동안 각 시간단계에서의 구조물의 동적응답을 구하는 방법

ㆍ응력감소계수(stress reduction coefficient): 토층의 연성효과로 인한 최대전단응력의 깊이에 따른 감소비를 나타내는 계수

ㆍ재현주기(return period): 지진과 같은 자연재해가 특정한 크기 이상으로 발생할 주기를 확률적으로 계산한 값으로, 일년 동안에 특정한 크기 이상의 자연재해가 발생할 확률의 역수

ㆍ지반-구조물 상호작용(soil-structure interaction): 구조물과 이를 지지하는 지반 사이의 동적상호작용

ㆍ지반응답해석(ground response analysis): 대상부지의 깊이별 지진응답의 변화를 하부지반조건을 고려하여 평가하는 기법으로 부지특성평가 결과에 기반한 등가선형 또는 비선형해석

ㆍ지반종류(soil profile type): 지반의 지진증폭특성을 나타내기 위해 분류하는 지반의 종류

ㆍ지반증폭계수(site amplification factor): 기반암의 스펙트럼 가속도에 대한 지표면의 스펙트럼 가속도의 증폭비율

ㆍ지진구역(seismic zone): 유사한 지진위험도를 갖는 행정구역 구분으로서 지진구역I, 지진구역II로 구분

ㆍ지진구역계수(seismic zone factor): 지진구역I과 지진구역II의 기반암 상에서 평균재현주기 500년 지진의 유효수평지반가속도를 중력가속도 단위로 표현한 값

ㆍ지진격리(seismic isolation) (=면진): 시설물의 지진가속도 응답을 줄이기 위해 시설물을 장주기화와 함께 고감쇠화 시킨 상태

ㆍ지진보호장치(seismic protection device): 시설물을 지진으로부터 보호하기 위한 모든 장치(지진격리(면진)받침, 감쇠기, 낙교방지장치, 충격전달장치(shock transmission unit, STU) 등)

ㆍ지진위험도(seismic hazard)(=지진재해도): 내진설계의 기초가 되는 지진구역을 설정하기 위하여 과거의 지진기록과 지질 및 지반특성 등을 종합적으로 분석하여 산정한 지진재해의 연초과 발생빈도

ㆍ지진위험지도(seismic hazard map)(=지진재해지도): 내진설계 등에 활용하기 위하여 정밀한 지진위험도(또는 지진재해도) 분석결과를 표시한 지도로서 정의된 재현주기 또는 초과확률 내에서 지리적 영역에 걸쳐 예상되는 유효지반가속도를 등고선의 형태로 나타낸 지도

ㆍ지반 액상화 가능성 지도(liquefaction potential map): 지진 크기에 따라 지반의 액상화 발생 가능성을 예측하고 수치화 한 지도

ㆍ차단진동수(cut-off frequency): 특정 진동수보다 크거나 작은 진동수 신호를 통과시키거나 감쇠시키는 경계의 진동수

ㆍ최대응답(peak response): 응답의 절댓값의 최댓값

ㆍ최대지반가속도(peak ground acceleration, PGA): 지진에 의한 진동으로 특정위치에서의 지반이 수평 2방향 또는 수직방향으로 움직인 가속도의 절댓값의 최댓값

ㆍ탁월주기(dominant period): 지진파와 같은 불규칙파의 주기성분 중 빈도나 진폭이 다른 주기에 비하여 탁월한 주기

ㆍ파워스펙트럼(power spectrum): 진동의 각 진동수 성분이 가지는 파워를 나타내는 스펙트럼

ㆍ판내부(intra-plate): 지각을 구성하는 지각판들의 경계 안쪽

ㆍ표준설계응답스펙트럼(standard design spectrum): 설계지진에 대하여 5% 감쇠비를 가진 단자유도 시스템의 설계응답스펙트럼

ㆍ푸리에진폭(Fourier amplitude): 시간이력 파형을 여러 주기를 갖는 정현파들의 합으로 변환하였을 때 해당 진동수에 대한 정현파의 진폭

1.5 기호의 정의

(1) 이 기준에서 사용되는 기호는 다음과 같이 정의된다.