KDS 설계기준 기초 내진 설계기준 KDS 11 50 25 :2021

 

기초 내진 설계기준

안녕하세요

이번에 다룰 주제는 구조물 기초의 내진설계 기준 입니다.

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시방서 요약

1. 일반 사항

• 목적: 연약지반의 안정성 확보를 위한 설계 기준 제공
• 적용 범위: 안정성 확보가 어려운 연약지반의 보강 또는 대책 공법 설계
• 참조 기준: KDS 11 10 05 지반설계 일반사항

2. 조사 및 계획

• 조사 및 계획 일반: 지반 조건에 적합한 조사 및 시험 계획 수립
• 연약지반 확인조사: 표준관입시험, 콘관입시험 등을 통한 연약지반 특성 확인
• 지반개량 평가: 개량 효과 확인을 위한 지반 조건에 맞는 시험 계획 수립

3. 설계

• 연약지반의 판정: 절대적 판정 기준(N값)과 액상화 검토 고려
• 연약지반 대책 공법: 지반 개량(모르타르 주입, 연직배수공법, 전기비저항탐사 등) 및 보강 공법 고려

4. 내진설계

• 내진성능기준: 기본적으로 KDS 17 10 00의 시설물 내진등급 따름
• 내진성능수준 및 설계지반운동 수준: KDS 17 10 00 따름
• 기초구조물의 설계거동한계: 기능수행수준과 붕괴방지수준에 따라 설계
• 설계 지반운동 결정: 지역적 지진구역, 지진구역계수, 평균재현주기별 위험도계수 고려

 

1. 일반사항

1. 일반사항

 

1.1 목적

(1) 이 기준은 지반에 건설되는 구조물에 대하여 안정성을 확보하지 못하는 연약지반의

설계기준을 제시하는 것을 목적으로 한다.

 

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 지반에 건설되는 구조물에 대하여 안정성을 확보하지 못하는 연약지반의 보강이나 대책공법 설계에 적용된다.

(2) 연약지반은 쌓기 규모나 구조물 목적에 따라 상대적인 의미로 평가되며, 원지반이 건설되는 구조물에 대해 안정성을 만족하지 못할 경우 연약지반으로 취급하여 지반보강이나 대책을 강구하여야 한다.

(3) 연약지반 대책공법으로서 지반개량을 시행할 경우 기초지반의 특성, 구조물의 종류와 크기, 시공기간과 난이도, 경제성, 환경영향 등을 고려하여 적합한 개량공법을 선정하여야 한다.

 

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

내용 없음

1.3.2 관련 기준

·KDS 11 10 05 지반설계 일반사항

 

1.4 용어의 정의

·모르타르 : 시멘트, 잔골재, 물 및 필요에 따라 첨가하는 혼화 재료를 구성재료로 하여, 이들을 비벼서 만든 것, 또는 경화된 것

·연약지반 : 구조물의 기초 지반으로서 충분한 지지력과 침하에 대한 안정성을 갖지 못하여 지반 개량 또는 보강 등의 대책이 필요한 지반

·연직배수공법 : 점토층 중에 투수층에 연결된 연직한 배수로를 형성하여 압밀을 촉진하는 공법. 배수재로서 모래를 쓰는 샌드드레인, 모래를 자루에 담은 팩드레인, 플라스틱 제품을 사용하는 PVD(Prefabricated Vertical Drain)공법이 있다.

·전기비저항탐사 : 물리탐사법의 일종으로 지반 내 전류를 흘려보냄으로써 비저항을 측정하여 지반의 지질구조 및 지하수 분포구간 확인 등을 조사하는 방법

 

1.5 기호의 정의

·선행압밀하중() : 과거에 점토가 받았던 최대유효연직응력

·압축지수() : 압밀시험 결과 얻어진 관계곡선에서 직선 부분(원시 압축)의 기울기

·재압축지수() : 압밀시험 결과 얻어진 관계곡선에서 재압축 곡선(과압밀영역)의 기울기

·초기간극비() : 압밀시험 시작 전 시료의 초기 간극비

·압밀계수() : 지반의 압밀속도 즉, 지반의 압밀침하가 진행되는데 걸리는 시간을 계산하기 위해 필요한 값. 압밀시험 결과 얻어진 시간-압축량 관계곡선으로부터 구할 수 있음.

 

1.6 연약지반의 판정

(1) 연약지반 유무 판단은 시추조사와 병행하여 실시하는 원위치 조사인 표준관입시험, 콘관입시험 등을 통해 판단하여야 한다.

(2) 연약지반의 잠재성을 내포하고 있는 지반의 판정은 점성토 지반과 사질토 지반으로 나누어 판단한다.

(3) 판정기준

① 절대적 판정기준은 곤란하나 실무적 견지에서 판정기준은 필요하며, 일반적인 경우 연약지반의 판정은 표 1.6-1에 따라 연약지반을 판정하며, 구조물에 대해 안정성을 만족하지 못하는 경우에는 연약지반으로 판정한다.

② 점성토 및 이탄질 지반에서의 N값을 이용한 연약지반 판정은 신중하게 적용하여야 한다.

③ 표 1.6-1은 최소 기준이며, 액상화 검토 유무 및 구조물의 허용침하량 기준을

고려하여 연약지반을 판정하여야 한다.

표 1.6-1 연약지반 판정기준

 

2. 조사 및 계획

2. 조사 및 계획

 

2.1 조사 및 계획 일반

(1) 연약지반 특성 평가를 위한 조사 및 시험 계획 수립 시 다음 사항에 유의하여야 한다.

① 지반조건에 적합한 조사항목과 시험을 계획하여야 한다.

② 심도별 응력이력과 전단강도 분포의 추이를 구하기 위해서는 동일 지반정수에 대해 최소한 회귀분석이 가능한 수량이 확보되도록 하여야 한다.

(2) 지반개량을 실시한 후의 지반에 대하여는 개량 효과 확인을 위해 지반조건에 적합한 시험 계획을 수립하여야 한다.

 

2.2 연약지반 확인조사

(1) 표 2.2-1과 같은 상세한 지반조사를 통하여 연약지반의 특성을 확인하여야 한다.

(2) 연약지반의 침하 문제는 원위치조사에서 확인되지 않는 지형에서 주로 발생할 가능성이 있으므로, 전체노선에 대한 국부적인 연약지반 평가가 필요한 구간에 대해 탄성파탐사나 전기비저항탐사를 적용할 수 있다.

(3) 연약지반의 전단변형특성을 파악할 필요가 있을 경우에는 공내재하시험을 적용할 수 있다.

표 2.2-1 연약지반 조사항목

 

1. 일반사항

1. 일반사항

 

1.1 목적

(1) 이 기준은 구조물 기초의 내진성능을 확보하기 위한 설계조건을 규정함으로써 지진에 의한 구조물 기초의 피해와 이로 인한 경제적 손실을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

 

1.2 적용 범위

(1) 이 기준은 구조물 기초의 내진설계와 내진성능 평가에 적용한다.

 

 

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

(1) 이 기준에서 사용되는 관련 법규는 KDS 17 10 00 (1.3.1) 에 따른다.

1.3.2 관련 기준

·KDS 17 10 00 내진설계 일반

 

 

1.4 용어의 정의

(1) 이 기준에서 정의하지 않은 주요 용어의 정의는 KDS 17 10 00 (1.4) 를 따른다.

·동적 해석방법(dynamic analysis) : 지진력을 구조동력학적 이론으로 평가하여 구조물의 지진거동을 해석하는 방법으로서, 응답스펙트럼법, 응답이력해석(=시간이력해석)법 등으로 분류

·등가정적 해석방법(equivalent static force analysis) : 지진하중을 등가의 정적하중으로 변환한 후 정적설계법과 동일한 방법을 적용하여 구조물의 내진안정성을 평가하는 방법

·응답변위 해석방법(response displacement analysis) : 지진 시 발생하는 지반변위에 의한 지진토압과 지중구조물과 주변지반 관계에서의 경계조건을 각각 모델링하여 구조물의 내진 안정성을 정적으로 계산하는 방법

 

 

1.5 기호의 정의

(1) 이 기준에서 사용되는 기호는 KDS 17 10 00 (1.5) 를 따른다.

 

 

1.6 품질보증

(1) 품질보증요건, 품질관리 및 유지관리에 관한 사항은 KDS 17 10 00 (1.6)을 따른다.

 

 

2. 조사 및 계획

2. 조사 및 계획

 

 

2.1 지반조사

(1) 기초의 내진설계를 위한 지반조사는 KDS 11 10 10과 KDS 17 10 00 (2.1) 을 따른다.

 

3. 재료

3. 재료

내용 없음

 

 

4. 설계

4. 설계

 

 

4.1 내진성능기준

4.1.1 기초구조물의 내진등급

(1) 기초구조물의 내진등급은 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.1) 의 시설물의 내진등급을 따른다.

(2) KDS 17 10 00 (4.1.1) 의 내진등급 이외 특수한 경우에는 관할기관과 협의하여 등급을 조정한다.

4.1.2 내진성능수준 및 설계지반운동 수준

(1) 기초의 내진성능수준은 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.2) 의 시설물의 내진성능수준을 따른다.

(2) 기초의 설계지반운동 수준은 KDS 17 10 00 (4.1.3) 을 따른다.

4.1.3 내진성능목표

(1) 기초의 내진성능목표는 기본적으로 KDS 17 10 00 (4.1.4) 의 시설물의 내진성능목표를 따른다.

(2) 기초 및 지반 구조물의 내진성능수준은 기능수행수준 및 붕괴방지수준에 따라 설계할 수 있다.

 

4.2 기초구조물의 설계거동한계

4.2.1 기능수행수준에 따른 설계거동한계

(1) 비탈면이나 옹벽 구조물은 부분적인 항복과 소성변형을 허용할 수 있으나, 주변 구조물 및 부속 시설들은 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 허용할 수 있으므로 기초 내진 설계 시 유의하여야 한다.

(2) 얕은기초 및 깊은기초는 지진 시 그 주변 지반의 소성거동은 허용할 수 있으나, 기초구조물 자체와 모든 상부 구조물 및 부속 시설이 탄성 또는 탄성에 준하는 거동을 허용한다.

4.2.2 붕괴방지수준에 따른 설계거동한계

(1) 비탈면이나 옹벽 구조물의 구조적 손상은 경미한 수준으로 허용하며 이로 인한 주변 구조물 및 부속 시설들의 소성거동은 허용하지만, 취성파괴 또는 좌굴이 발생하지 않도록 기초 내진 설계 시 유의하여야 한다.

(2) 얕은기초 및 깊은기초는 지진하중 작용 시 소성거동을 허용할 수 있으나, 이로 인하여 기초구조물 자체와 상부 구조물에는 취성파괴 또는 좌굴이 발생하지 않아야 한다.

(3) 기초구조물과 그 주변의 지반에는 과다한 변형이 발생하지 않아야 하며, 지반의 액상화로 인하여 상부 구조물에 중대한 결함이 발생하지 않아야 한다.

 

4.3 설계 지반운동 결정

(1) 구조물 기초의 설계지반운동을 결정하는 데 고려할 사항은 KDS 17 10 00 (4.2.1.3) 을 따른다.

(2) 토사지반에 중요도가 높은 구조물을 설계하는 경우, 지반특성 평가와 지반응답해석을 수행하여 해당부지에 적합한 설계 지반운동을 결정한다.

(3) 지역에 따른 설계지반운동의 세기는 KDS 17 10 00 (4.2.1.1) 을 따른다.

① 지진구역 및 지진구역계수(Z, 재현주기 500년 기준)는 KDS 17 10 00 (표 4.2-1, 표 4.2-2)를 따른다.

② 평균재현주기별 위험도계수(I)는 KDS 17 10 00 (표 4.2-3)을 따른다.

(4) 설계 지반운동 결정을 위한 지반분류는 KDS 17 10 00 (4.2.1.2) 를 따른다.

(5) 암반 및 토사지반에서 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 KDS 17 10 00 (4.2.1.4) 를 따른다.

 

4.4 액상화 평가

(1) 액상화 평가 방법은 KDS 17 10 00 (4.7) 을 따른다.

 

4.5 기초구조물의 내진설계

(1) 기초구조물에 대한 내진설계는 등가정적 해석방법, 응답변위 해석방법과 동적 해석방법 등을 사용한다.

(2) 기초에 대한 내진설계는 기초 구조체의 최대응력, 기초지반의 최대반력, 상부구조의 최대변위 그리고 기초의 전도, 활동 및 지지력 등을 검토한다.

(3) 기초 내진 설계 시 하중은 구조물의 자중 및 지진하중(상재하중에 의한 관성력, 지진에 의한 동수압 및 토압 등)을 고려하여 결정한다. 또한 액상화 지반의 측방유동에 대한 영향을 하중으로 반영하는 경우 지진하중의 영향은 동시에 고려할 필요가 없다.

(4) 얕은기초의 등가정적해석은 다음과 같은 기본사항을 만족하여야 한다.

① 기초에 작용하는 등가정적하중은 기초지반과 상부구조물의 응답특성을 고려하여 결정한다.

② 얕은기초는 지지력, 전도, 활동에 대하여 안전하여야 하고, 변형 및 침하량이 허용치 이하 이어야 한다.

③ 액상화 영향을 고려하여 기초 및 지반의 안정성을 평가한다.

(5) 말뚝기초의 등가정적해석은 다음과 같은 기본사항을 만족하여야 한다.

① 등가정적해석에서는 기초지반과 상부구조물의 특성을 고려하여 지진하중을 말뚝머리에 작용하는 등가정적하중으로 환산한 후 정적 해석을 수행한다.

② 무리말뚝 기초의 경우 무리말뚝 해석을 통하여 구조물의 하중을 각 단일말뚝에 분배하고, 가장 큰 하중을 받는 단일 말뚝에 대하여 등가정적해석을 수행한다.

③ 말뚝기초 주변지반에 대하여 액상화 가능성, 말뚝머리의 횡방향 변위 및 침하, 말뚝 본체의 파괴가능성 등을 검토한다.

④ 액상화 가능성이 있는 토층에서는 액상화 영향을 고려하여 말뚝기초의 안정성을 분석하여야 하고, 액상화 토층에서 말뚝의 주면마찰력은 무시할 수 있으며, 액상화 토층 상부의 비액상화층에 의한 부주면마찰력은 고려하여야 한다.

(6) 지반과 상부구조물의 불확실한 응답특성들을 고려하여 말뚝의 내진설계에서는 일반 설계에서의 요구조건 이외에 다음의 요구조건을 만족시켜야 한다.

① 말뚝의 내진설계에서는 극한지지력 개념을 사용하며 설계지진하중에 대하여 충분한 지지력을 확보하여야 한다.

② 말뚝은 말뚝캡에 적절히 연결하여야 한다.

③ 콘크리트로 채운 말뚝에 특별한 정착장치를 설치하지 않는 경우에는 말뚝으로 인발력이 전달될 수 있도록 충분한 길이의 철근을 매립하여 정착하여야 한다.

④ 속채움이 없는 강관말뚝, 나무말뚝, 강말뚝은 말뚝 허용지지력의 10% 이상의 인발력이 전달될 수 있도록 정착하여야 한다.

⑤ 말뚝과 말뚝캡을 연결하는 보강철근은 일체로 결합하며 하중전달이 용이하도록 철근을 말뚝캡까지 연장한다.

⑥ 말뚝의 내진설계에서는 기둥이 지표면 위에서 휨모멘트에 의하여 항복하기 이전에 말뚝이 지표면 아래에서 파괴되지 않도록 하여야 한다.

(7) 지중 벽체 구조물과 같이 지반변위가 지배적인 기초구조물에 대해서는 응답변위 해석방법을 적용한다.

(8) 기초구조물에 대한 동적해석이 필요한 경우에는 기초와 지반의 상호작용을 고려하여 응답스펙트럼법, 응답이력해석법 등을 사용할 수 있다.

(9) 기초구조물에 대한 동적해석에서는 현장시험과 실내시험으로부터 구한 지반의 특성치를 적용하여 해석한다.

출처

국가건설기준센터

 

 

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