건축구조 레포트 - 건축구조기준(KDS)에 기반한 내진설계와 응답스펙트럼에 대해 설명하시오.

I. 서론

구조해석 프로그램에서 건물 모형을 만들고 지진하중을 입력했을 때 가장 낯설었던 것은 결과 화면이 아니라 입력창이었다. 같은 건물인데도 지반종류를 바꾸자 밑면전단력과 층변위가 달라졌고, 고유주기 부근에서 읽는 스펙트럼가속도도 눈에 띄게 변했다. 지진을 하나의 수평력으로만 생각하면 설명하기 어려운 장면이었다. 실제 지진은 시간에 따라 방향과 크기가 계속 달라지는 진동이고, 건물마다 그 진동을 받아들이는 방식도 다르다. 건축구조기준의 내진설계 규정은 이 복잡한 운동을 설계에 쓸 수 있는 수치와 절차로 바꾸는 장치다. 그 중심에 설계응답스펙트럼이 있다. 내진설계를 이해하려면 지진력이 얼마나 큰가만 볼 것이 아니라 어떤 지반에서 어떤 주기를 가진 건물이 어떤 성능을 확보해야 하는가를 함께 읽어야 한다.

II. 본론

1) KDS가 정한 성능목표와 지진하중의 출발점

KDS 41 17 00의 내진설계는 큰 지진이 와도 건물이 전혀 손상되지 않게 만드는 작업이 아니다. 기준은 지진의 발생 가능성과 건물의 중요도를 고려해 요구 성능을 나누고, 높은 위험도의 지진에서는 붕괴를 막아 인명을 보호하는 데 무게를 둔다. 병원이나 재난 대응에 필요한 시설처럼 지진 뒤에도 기능이 특히 중요한 건물은 일반 건물보다 높은 내진등급과 중요도계수를 적용한다. 같은 규모의 골조라도 용도가 달라지면 요구되는 설계지진 수준이 달라지는 이유가 여기에 있다. 구조설계에서 안전은 부재 하나의 강도만으로 결정되지 않고, 건물이 사회에서 맡는 역할까지 설계조건으로 들어온다.

기준에서 최대고려지진은 국가지진위험도의 2400년 재현주기에 해당하는 지진위험을 바탕으로 한다. 기본설계지진은 최대고려지진 스펙트럼 수준의 2분의 3로 정의된다. 설계자는 지진구역과 위험도 자료에서 유효지반가속도를 정하고, 그 값에 지반증폭 특성을 반영해 설계스펙트럼가속도를 만든다. 여기서 중요한 점은 지도에서 읽은 하나의 가속도 값이 곧 건물에 작용하는 최종 지진력이 아니라는 사실이다. 같은 지역에서도 지반의 단단함, 기반암 깊이, 건물의 주기, 구조시스템의 연성능력이 결과를 바꾼다. 결국 내진설계의 출발값은 지역의 지진위험이지만 실제 설계값은 지반과 구조물의 상호작용을 거치며 정해진다.

지진하중을 정한 뒤에는 구조시스템의 특성을 반영한다. 철근콘크리트 전단벽, 모멘트골조, 가새골조처럼 횡력에 저항하는 방식에 따라 반응수정계수와 시스템 제한이 달라진다. 반응수정계수가 있다는 것은 설계가 구조물을 완전한 탄성 상태로만 유지시키겠다는 뜻이 아님을 보여준다. 매우 큰 지진에서 어느 정도의 비탄성 변형을 허용하되, 접합부와 부재가 갑자기 취성적으로 무너지지 않도록 연성 있는 거동을 확보하는 쪽으로 설계한다. 그래서 내진상세는 계산서의 끝에 붙는 부가 조건이 아니라 계산에서 기대한 거동을 실제 구조체가 구현하게 만드는 핵심 조건이다. 철근 정착, 보와 기둥의 접합, 전단벽 경계부, 강구조 접합 상세가 허술하면 해석에서 전제한 에너지 소산 능력을 믿기 어렵다.