[별지]

학교시설 내진설계 기준(안)

교 육 부

차    례

제1장 총칙	1

1.1 목적	1

1.2 적용범위	1

1.3 용어	2

1.4 적용 시방서 및 표준서	7

1.5 구조설계	8

1.5.1 구조설계의 원칙	8

1.5.2 구조설계의 단계	8

1.6 내진구조성능의 확인	11

1.6.1 구조설계도서의 내진구조성능의 확인	11

1.6.2 시공상세도서의 내진구조성능의 확인	11

1.6.3 시공 중 내진구조성능의 확인	12

1.6.4 유지관리 중 내진구조성능의 확인	12

1.7 책임구조기술자	12

1.7.1 책임구조기술자의 자격	12

1.7.2 책임구조기술자의 책무	12

1.7.3 책임구조기술자의 서명․날인	13

제2장 설계하중산정	13

2.1 일반사항	13

2.2 건물의 내진등급과 중요도계수	13

제3장 철근콘크리트구조 내진설계	16

3.1 일반사항	16

3.2 보통모멘트 골조 요구사항	16

3.2.1 보	16

3.2.2 기둥	17

3.3 중간모멘트 골조 요구사항	18

3.3.1 보	18

3.3.2 기둥	19

제4장 강구조내진설계	19

4.1 일반사항	19

4.2 보통모멘트골조	19

4.2.1 적용범위	19

4.3 중간모멘트골조	20

4.3.1 적용범위	20

4.3.2 보-기둥 접합부	21

제5장 체크리스트	23

5.1 일반사항	23

5.2 학교시설물 내진기준 적용 확인을 위한 체크리스트	23

제6장 유형분류	28

제7장 학교시설물의 비구조부재의 내진상세 사례	32

표 차례

<표 2.2  > 내진등급과 중요도계수	14

<표 5.2.1> 기획단계 체크리스트	23

<표 5.2.2> 설계단계 체크리스트	24

<표 5.2.3> 시공단계 체크리스트	26

<표 6.1  > 학급 수에 따른 분류	29

<표 6.2  > 층수에 따른 분류	29

<표 6.3  > 평면형상에 따른 분류	29

<표 6.4  > 입면형상에 따른 분류	30

<표 6.5  > 용도에 따른 분류	30

<표 6.6  > 구조재료에 따른 분류	31

<표 6.7  > 지역에 따른 분류	31

<표 6.8  > 구조시스템에 따른 분류	31

<표 6.9  > 지반에 따른 분류	31

<표 6.10 > 적용 기준	3232

그림 차례

[그림 2.2.1] 지진 재해도에 따른 성능 수준 (Herrera et al, 2008)	15

[그림 2.2.2] 내진등급에 따른 성능 기반 설계 (FEMA450, 2003)	16

[그림 3.2.1] 보통모멘트골조 보배근상세	17

[그림 3.2.2] 보통모멘트골조 기둥배근상세	18

[그림 3.3.1] 중간모멘트골조 보배근상세	18

[그림 3.3.2] 중간모멘트골조 기둥배근상세	19

[그림 4.2.1] 보통모멘트골조 기둥-보 접합부	20

[그림 4.3.1] 국내 비보강 접합부의 소성회전 능력	21

[그림 4.3.2] 중간모멘트골조 접합부	22

[그림 6.1.1] 학교별 건물의 유형	28

[그림 7.1  ] 천장재의 지진 대책 사례	32

[그림 7.2  ] 조명기구의 지진 대책 사례	33

[그림 7.3  ] 물탱크 및 냉각탑의 지진 대책 사례	33

[그림 7.4  ] 파이프의 지진 대책 사례	34

[그림 7.5.1] 냉장고의 지진 대책 사례	34

[그림 7.5.2] 진열장의 지진 대책 사례	34

[그림 7.6  ] 책꽂이 및 로커의 지진 대책 사례	35

[그림 7.7  ] 신발장의 지진 대책 사례	35

[그림 7.8.1] 기둥과 벽의 분리 효과	36

[그림 7.8.2] 허리벽, 내림벽, 날개벽의 지진 대책 사례	36

[그림 7.9  ] 칸막이벽(조적조)의 지진 대책 사례	37

제 1 장  총칙

1.1 목적

본 기준은 지진재해대책법 제14조의 규정 의하여 초중고 및 특수학교의 학교시설 내진설계 기준 및 절차를 규정함으로서 내진안전성을 확보하는 것을 그 목적으로 한다.

[해설] 이 기준은 초중고 및 특수학교의 학교시설 내진설계에 필요한 기본사항 및 방법에 대해서 기술하고, 학교시설의 안전성 향상과 품질의 균일화를 도모한 것이다.

지진은 지역에 따라 발생빈도와 세기가 다르므로 내진설계 기준을 지진의 발생빈도와 세기에 따라 조정하는 것이 바람직하다. 또한 지반의 강성에 따라 해당지역의 가속도응답스펙트럼이 달라지므로 지반에 대한 고려가 있어야 할 것이며, 학교시설과 같이 중요한 시설물은 보다 큰 지진에 대해서도 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 그리고 건축물의 구조형식에 따라 지진에 대한 동적거동이 다르므로 이에 대한 고려도 하여야 한다.

(1) 건축물에 대해서 내진설계를 수행할 때에 합당한 지진하중을 산정하는 것은 매우 중요하다. 지진하중을 산정하기 위해서는 해당지역의 지진위험도를 적절히 고려해야 하는데 이것을 지역계수의 형태로 반영하고 있다. 지역계수는 해당지역의 지진위험도를 가속도의 형태로 사용하고 있다.

(2) 지진이 발생하였을 때 피해복구 및 확대방지에 필요한 용도의 건축물과 경제적, 사회적으로 피해의 영향이 큰 건축물은 일반 건축물에 비하여 건축물의 내진 안전성을 높이고 일반 건축물에 대해서는 경제적인 부담이 적어지도록 하기 위해서 중요도계수를 사용한다.

(3) 지진하중을 산정하기 위해서는 해당지역의 지반조건 영향을 적절히 고려해야 하는데, 대부분의 내진설계기준에서는 이를 지반계수의 형태로 적용하고 있다. 지반계수를 사용하게 되는 것은 지반의 강성에 따라 가속도응답스펙트럼이 달라지는 것을 반영하기 위해서다. 일반적으로 지반의 강성이 클수록 스펙트럼 값은 낮아진다. 따라서 내진설계기준에서는 지반의 강성에 따라 지반계수를 달리하여 적용하고 있다.

(4) 강한 지진이 발생하는 경우에도 구조물에 피해가 전혀 발생하지 않도록 설계하는 것은 현실적으로 거의 불가능하며 경제적인 부담도 지나치게 커지는 경향이 있다. 그러므로 건축물의 내진설계는 다음과 같은 철학에 의하여 이루어지는 것이 일반적이다.

(가) 자주 발생할 수 있는 약한 지진에 대해서는 건축물에 아무런 피해가 없어야 한다.

(나) 가끔 발생할 가능성이 있는 중간 정도의 지진에 대해서는 마감재 등 비구조적인 요소에 피해가 발생하더라도 구조요소에 대한 피해는 없어야 한다.

(다) 매우 드물게 발생할 대규모 지진에 대해서는 구조적인 피해가 발생하더라도 구조물이 붕괴되지는 않아야 한다.

1.2 적용범위

이 기준은 학교시설사업촉진법에 따른 초중고 및 특수학교의 학교시설을 대상으로 적용하며, 이 기준에 정하지 않은 바는 국토교통부장관이 정하여 고시하는 건축구조설계기준을 따른다. 또한 특수한 구조 등으로 특별한 조사 연구에 의해 설계하는 경우는 이에 따르지 않을 수 있다. 이 경우에는 그 근거를 명시하여야 한다.

[해설] 이 기준은 초중고 및 특수학교 학교시설에 적용하는 것으로 하고, 구조종별은 콘크리트구조, 강구조를 대상으로 한다. 그 외의 것은 건축구조설계기준(KBC)에 따른다. 또한 특수한 구조 등으로 조사와 연구에 기초하여 설계하는 경우는 그 부분에 대해서 이것을 적용하지 않아도 된다. 이 경우에는 그 근거를 명시하여야 한다.

1.3 용어

이 기준에서 사용하는 용어들은 다음과 같이 정의한다.

(1) 학교시설 : 학교시설사업 촉진법 제2조에서 규정하고 있는 교사ㆍ체육관ㆍ기숙사 및 급식시설과 고등학교 이하 각급 학교 설립ㆍ운영 규정 제3조의2에 따라 설치되는 복합시설을 말한다. 단, 학교시설은 신축을 기준으로 하고 이후 증축되는 경우 신축시 적용된 중요도 계수를 적용하고, 고시 이전에 신축된 학교에 증축하는 경우에는 증축 해당건물에만 적용된다.

(2) 가새골조：트러스방식으로서 주로 축방향응력을 받는 부재로 구성된 가새방식을 말한다.

(3) 가설구조물：건축물 및 공작물의 축조를 위하여 임시로 설치하는 시설 또는 구조물. 가설공연장, 가설전람회장, 견본주택 등 가설건축물을 포함한다.

(4) 강도감소계수：재료의 공칭강도와 실제강도의 차이, 부재를 제작 또는 시공할 때 설계도와 완성된 부재의 차이, 그리고 내력의 추정과 해석에 관련된 불확실성을 고려하기 위한 안전계수를 말한다.

(5) 강도설계법：구조부재를 구성하는 재료의 비탄성거동을 고려하여 산정한 부재단면의 공칭강도에 강도감소계수를 곱한 설계용강도의 값, 즉 설계강도가 계수하중에 의한 부재력, 즉 소요강도 이상이 되도록 구조부재를 설계하는 방법을 말하며 콘크리트구조와 조적식구조에 적용한다.

(6) 건물골조방식：수직하중은 입체 골조가 저항하고, 지진하중은 전단벽이나 가새골조가 저항하는 구조방식을 말한다.

(7) 건축물：토지에 정착하는 공작물 중 지붕과 기둥 또는 벽이 있는 것과 이에 부수되는 시설물, 지하 또는 고가의 공작물에 설치하는 사무소, 공연장, 점포, 차고, 창고, 기타 건축법이 정하는 것을 말한다.

(8) 계수하중：강도설계법 또는 한계상태설계법으로 설계할 때 사용하중에 하중계수를 곱한 하중을 말한다.

(9) 계획설계：구조체에 대한 구조설계기준, 사용재료강도, 설계하중을 결정하고 구조형식을 선정하여 구조개념도와 주요 구조부재의 크기, 단면, 위치를 표현한 구조평면도 작성까지 기본설계 전 단계의 일련의 초기설계과정의 일을 말한다.

(10) 골조해석：구조설계의 한 과정으로 해당 구조체가 하중 등 외력에 반응할 때, 구조공학의 이론을 이용하여 그 구조체의 각 구성요소에 생기는 부재력과 변위의 값 및 지점에서의 반력값을 찾아내는 일을 말한다.

(11) 공작물：인공적으로 지반에 고정하여 설치한 물체 중 건축물을 제외한 것을 말한다. 계단탑, 교통관제시설, 광고판, 광고탑, 고가수조, 굴뚝, 기계기초, 기념탑, 기계식주차장, 기름탱크, 냉각탑, 배관지지대, 보일러구조, 사일로 및 벙커, 송전지지물, 승강기탑, 옥외광고물, 옹벽, 우수저류조, 육교, 장식탑, 저수조. 전철지지물, 조형물, 지하대피호, 철탑, 항공관제탑, 항행안전시설, 기타 구조물을 포함한다.

(12) 공칭강도：구조체나 구조부재의 하중에 대한 저항능력으로서, 적합한 구조역학원리나 현장실험 또는 축소모형의 실험결과(실험과 실제여건간의 차이 및 모형화에 따른 영향을 감안)로부터 유도된 공식과 규정된 재료강도 및 부재치수를 사용하여 계산된 값을 말한다.

(13) 구조감리：구조체에 대한 공사감리를 말한다.

(14) 구조검토：구조체가 구조안전성을 확보하였는지에 대하여, 책임구조기술자의 경험과 기술력을 바탕으로 하여 그 타당성 여부를 판단하는 일을 말한다. 구조설계도서와 시공상세도서, 증축, 용도변경, 구조변경, 시공상태, 유지․관리상태에 대한 구조안전성 검토를 포함한다.

(15) 구조계획：건축물과 공작물의 사용목적에 맞추어 각종 외력과 하중 및 지반에 대하여 안전하도록, 구조체에 대한 3차원공간의 구조형태와 각종 하중에 대한 저항시스템, 기초구조 등을 선정하고, 경제성을 고려하여, 구조부재의 재료와 형상, 개략적인 크기를 결정하여 구조적으로 안정된 공간을 창조하는 일련의 초기 작업과정을 말한다.

(16) 구조물：건축물과 공작물의 뼈대를 이루는 부분을 말하며, 구조공학적인 측면에서 건축물과 공작물을 일컬을 때 사용한다.

(16) 구조부재：기둥, 기초, 보, 가새, 슬래브, 벽체 등 구조체의 각 구성 요소를 말한다.

(17) 구조설계：구조계획에 따라 형성된 3차원공간의 구조체에 대하여 구조역학을 기초로 한 골조해석 및 구조계산으로 이 기준에 따라 구조안전을 확인하고 구조체 각부에 대하여 이를 시공가능한 도서로 작성하여 표현하는 일련의 창조적 과정의 업무를 말한다.

(18) 구조설계도서：건축물이나 공작물의 구조체공사를 위해서 필요한 도서로서, 구조설계도와 구조설계서, 구조체공사시방서 등을 통틀어서 말한다.

(19) 구조설계도：구조설계의 최종성과품으로서 구조체의 구성, 부재의 형상, 접합상세 등을 표현하는 도면을 말한다.

(20) 구조설계서：구조계획과 골조해석 및 부재설계의 결과를 책임구조기술자의 경험과 기술력으로 평가․조정하여 경제적이고 시공성이 우수한 구조체가 되도록 표현한 도면화 전 단계의 성과품으로서 구조설계개요, 구조특기시방, 구조설계요약, 구조계산 등을 포함한다.

(21) 구조안전：건축물 및 공작물이 외력이나 주변조건에 대하여 단기적으로나 장기적으로 충분한 저항력을 지니고 있는 것을 말한다.

(22) 구조체：건축물 및 공작물에 작용하는 각종 하중에 대하여 그 건축물 및 공작물을 안전하게 지지하는 구조물의 뼈대 자체를 말하며, 일반적으로 부구조체를 제외한 기본 뼈대만을 말한다.

(23) 구조체공사시방서：구조체에 대한 공사시방서를 말한다.

(24) 기본설계：계획설계를 바탕으로 정적․동적해석을 통한 내진안전성평가를 포함한 정밀구조해석과 주요부에 대한 사용성 평가 및 기본설계용 구조계산서 작성, 각층 구조평면도와 슬래브, 보, 기둥, 벽체 등 각종 배근도 및 주요부재의 배근상세도 작성, 착공용 기초도면 작성 등, 계획설계와 실시설계의 중간단계에서 진행하는 일련의 구조설계과정의 일을 말한다.

(25) 내구성：건축물 및 공작물의 안전성을 일정한 수준으로 유지하기 위해 필요한 것으로서, 장기간에 걸친 외부의 물리적, 화학적 또는 기계적 작용에 저항하여, 변질되거나 변형되지 않고 처음의 설계조건과 같이 오래 사용할 수 있는 구조물의 성능을 말한다.

(26) 내력벽방식：수직하중과 횡력을 전단벽이 부담하는 구조방식을 말한다.

(27) 내진중요도 그룹：<표 2.2>에 따른 건물용도 및 내진중요도의 분류한다.

(28) 리모델링：건축물의 노후화 억제 또는 기능향상 등을 위하여 대수선 또는 일부 증축하는 행위를 말한다.

(29) 모멘트골조방식：수직하중과 횡력을 보와 기둥으로 구성된 라멘골조가 저항하는 구조방식을 말한다.

(30) 밑면：지반운동에 의한 수평지진력이 작용하는 기준면을 말한다.

(31) 밑면전단력：구조물의 밑면에 작용하는 설계용 총 전단력을 말한다.

(32) 배근시공도：배근공사를 구조설계도의 취지에 맞게 하기 위하여 철근을 설치할 위치와 간격 등을 상세히 나타낸 도면을 말한다.

(33) 보통모멘트골조：연성거동을 확보하기 위한 특별한 상세를 사용하지 않은 모멘트골조를 말한다.

(34) 부구조체：건축물 및 공작물의 구조체에 부착하며, 구조설계단계에서는 골조해석에서 하중으로만 고려하나, 시공단계에서 상세를 결정하여 시공하는 뼈대를 말한다.

(35) 부재력：하중 및 외력에 의하여 구조부재의 가상절단면에 생기는 축방향력․휨모멘트․전단력․비틀림 등을 말한다.

(36) 부착물：구성요소나 그 지지물을 구조물의 내진시스템에 연결하거나 견고하게 하는 장치(앵커볼트나 용접  연결부, 기계적 고정 장치를 포함)를 말한다.

(37) 비구조부재：차양․장식탑․비내력벽, 기타 이와 유사한 것으로서 구조해석에서 제외되는 건축물의 구성부재를 말한다.

(38) 비구조요소：1 보다 더 큰 중요도계수 [eqn: I_p]를 갖도록 설계되는 건축, 전기, 기계시스템과 그들의 구성요소를 말한다.

(39) 비선형해석：실제 구조물에 큰 변형이 예상되거나 변형률의 변화가 큰 경우, 또는 사용재료의 응력-변형률 관계가 비선형인 경우에 이를 고려하여 실제 거동에 가장 가깝게 부재력과 변위가 산출되도록 하는 해석을 말한다.

(40) 사용성：과도한 처짐이나 불쾌한 진동, 장기변형과 균열 등에 적절히 저항하여 마감재의 손상방지, 건축물 및 공작물 본래의 모양유지, 유지관리, 입주자의 쾌적성, 사용 중인 기계의 기능유지 등을 충족하는 구조물의 성능을 말한다.

(41) 사용하중：고정하중 및 활하중과 같이 이 기준에서 규정하는 각종 하중으로서 하중계수를 곱하지 않은 하중을 말하며, 작용하중이라고도 한다.

(42) 설계하중：구조설계시 적용하는 하중을 말하며, 강도설계법 또는 한계상태설계법에서는 계수하중을 적용하고, 기타 설계법에서는 사용하중을 적용한다.

(43) 설계스펙트럼가속도：설계지진에 대한 단주기와 주기 1초에서의 응답스펙트럼가속도([eqn: S_DS], [eqn: S_D1])를 말한다.

(44) 설계지진：이 기준에 따라 건물이나 구조물이 저항해야 하는 지진 효과를 말한다.

(45) 시공상세도：구조설계도의 취지에 맞게 실제로 시공할 수 있도록 구조 각부의 치수 등을 시공자가 상세히 작성한 도면을 말한다.

(46) 실시설계：기본설계를 바탕으로 건축주와 설계사 및 시공사 등 관련자가 협의하여 기본설계의 문제점을 보완하고 기본설계도를 수정하여 최종 공사용 도면과 최종 구조계산서 및 구조체공사특기시방서 등을 작성하는 일련의 최종설계과정의 일을 말한다.

(47) 안전성：건축물 및 공작물의 예상되는 수명기간동안 최대하중에 대하여 저항하는 능력으로서, 각 부재가 항복하거나 좌굴, 피로, 취성파괴 등의 현상이 생기지 않고, 회전, 미끄러짐, 침하 등에 저항하는 구조물의 성능을 말한다.

(48) 연성모멘트골조방식：횡력에 대한 저항능력을 증가시키기 위하여 부재와 접합부의 연성을 증가시킨 모멘트골조방식을 말한다.

(49) 오프셋：기준이 되는 선에서 일정거리 떨어진 것을 말한다.

(50) 워킹포인트：제작․설치작업의 기준점을 말한다.

(51) 응력：하중 및 외력에 의하여 구조부재에 생기는 단위면적당 힘의 세기를 말한다.

(52) 이중골조방식：횡력의 25퍼센트 이상을 부담하는 연성모멘트골조가 전단벽이나 가새골조와 조합되어 있는 구조방식을 말한다.

(53) 인성：높은 강도와 큰 변형을 발휘하여 충격에 잘 견디는 성질로서 재료에 계속해서 힘을 가할 때 탄성적으로 변형하다가 소성변형 후 마침내 파괴될 때까지 소비한 에너지가 크면 인성이 크다고 말한다.

(54) 장비요소：건물 내․외부의 기계적 요소, 전기적 요소 또는 기계시스템의 한 부분이나 전기시스템의 한 부분을 말한다.

(55) 정밀안전진단：시설물에 대하여 물리적․ 기능적 결함을 발견하고 그에 대한 신속하고 적절한 조치를 하기 위하여 구조적 안전성 및 결함의 원인 등을 조사․측정․평가하여 보수․보강 등의 방법을 제시하는 행위를 말한다.

(56) 전단벽：벽면에 평행한 횡력을 지지하도록 설계된 벽을 말한다.

(57) 중요도계수：내진중요도 그룹에 따라 각각의 구조물에 부여된 계수<표 2.2>를 말한다.

(58) 제작․설치도：구조설계도면의 취지에 맞게 실제로 제작 및 설치할 수 있도록 구조 각부의 치수 등을 시공자(또는 제작․설치자)가 상세히 작성한 도면을 말한다.

(59) 제작물：부품 또는 제작 후 건축물이나 공작물에 설치하기 이전에 절단, 천공, 용접, 이음, 접합, 냉간작업, 교정과정을 거친 재료들로 구성된 조립품을 말한다.

(60) 지반종류：공학적 특성에 근거하여 지반을 분류하는 등급을 말한다.

(61) 지진력：지진운동에 의한 구조물의 응답에 대하여 구조물과 그 구성요소를 설계하기 위하여 결정된 힘을 말한다.

(62) 지진력저항시스템：정해진 지진력에 저항하도록 구성된 구조시스템을 말한다.

(63) 지진응답계수：식 (2.2)에 따라 결정된 계수, [eqn: C_s]을 말한다.

(64) 지진지역：동일한 지진위험도에 따라 분류한 지역을 말한다.

(65) 책임구조기술자：건축구조분야에 대한 전문적인 지식, 풍부한 경험과 식견을 가진 전문가로서 이 기준에 따라 건축물 및 공작물의 구조체에 대한 구조설계 및 구조검토, 구조감리, 안전진단 등 관련업무를 책임지고 수행할 수 있는 능력을 가진 기술자를 말한다.

(66) 치올림：보나 트러스 등 수평부재에서 하중재하시 생길 처짐을 고려하여 미리 중앙부를 들어 올리는 것 또는 들어 올린 거리를 말한다.

(67) 층간변위：인접층 사이의 상대수평변위를 말한다.

(68) 층간변위각：층간변위를 층 높이로 나눈 값을 말한다.

(69) 층지진하중：밑면전단력을 건축물의 각 층별로 분포시킨 하중을 말한다.

(70) 활성단층：지난 11,000년(충적세) 동안 지진활동의 지질학적 증거나 역사적으로 연평균 1mm 이상의 미끄러짐이 있는 단층을 말한다.

(71) 탄성해석：구조물이 탄성체라는 가정아래 응력과 변형률의 관계를 1차 함수관계로 보고 구조부재의 부재력과 변위를 산출하는 해석을 말한다.

(72) 하중계수：하중의 공칭값과 실제하중 사이의 불가피한 차이 및 하중을 작용외력으로 변환시키는 해석상의 불확실성, 환경작용 등의 변동을 고려하기 위한 안전계수를 말한다.

(73) 한계상태설계법：한계상태를 명확히 정의해서 하중 및 내력의 평가에 준해서 한계상태에 도달하지 않는 것을 확률통계적 계수를 이용하여 설정하는 설계법을 말한다.

(74) 허용강도설계법：허용강도법 하중조합아래에서 부재의 허용강도가 소요강도 이상이 되도록 구조부재를 설계하는 방법을 말한다.

(75) 허용응력설계법：탄성이론에 의한 구조해석으로 산정한 부재단면의 응력이 허용응력(안전율을 감안한 한계응력)을 초과하지 아니하도록 구조부재를 설계하는 방법을 말한다.

1.4 적용 시방서 및 표준서

학교시설의 내진설계 방법과 절차는 이 기준과 해당 건축물의 설계기준 및 시방서에 따른다. 이 기준에서 언급한 기준이 다른 기준과 상이한 경우에는 보다 강화된 기준을 적용한다. 대상 건축물의 설계기준 및 시방서는 최신개정판에 따르며 다음과 같다.

① 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙, 국토교통부

② 건축구조설계기준 및 해설, 대한건축학회

③ 철골철근콘크리트구조계산기준, 대한건축학회

④ 강구조설계기준 및 해설, 대한건축학회

⑤ 강구조용접부비파괴검사기준, 대한건축학회

⑥ 콘크리트충전강관구조설계 및 시공지침, 한국강구조학회

⑦ 콘크리트충전강관구조설계 및 시공매뉴얼, 대한건축학회

⑧ 콘크리트구조설계기준, 한국콘크리트학회

⑨ 건축공사표준시방서, 국토교통부

⑩ 프리캐스트콘크리트 조립식건축 구조설계기준, 대한건축학회

⑪ 경량기포콘크리트패널 구조설계기준, 대한건축학회

1.5 구조설계

1.5.1 구조설계의 원칙

(1) 안전성

학교시설의 구조체는 유효적절한 구조계획을 통하여 건축물 전체가 이 기준에 의한 지진하중과 각종 하중에 대하여 이 기준의 규정에 따라 구조적으로 안전하도록 한다.

(2) 사용성

학교시설의 구조체는 사용에 지장이 되는 변형이나 진동이 생기지 아니하도록 충분한 강성과 인성의 확보를 고려한다.

(3) 내구성

구조부재로서 특히 부식이나 마모, 훼손의 우려가 있는 것에 대해서는 모재나 마감재에 이를 방지할 수 있는 재료를 사용하는 등 필요한 조치를 취한다.

[해설] 학교시설의 구조체는 그 자체가 각종 하중에 대하여 안전해야 함은 물론 그 구조체를 사용하는 중에 불편하거나 사용에 지장을 주지 않아야 하며 쉽게 노후하게 되어 그 기능이 저하하지 않아야 한다.

1.5.2 구조설계의 단계

1.5.2.1 구조계획

(1) 학교시설의 구조계획에는 건축물의 용도, 사용재료 및 강도, 지반특성, 하중조건, 구조형식, 장래의 증축 여부, 용도변경이나 리모델링 가능성 등을 고려한다.

(2) 기둥과 보의 배치는 건축평면 계획과 잘 조화되도록 하며, 보 춤을 결정할 때는 기둥간격 외에 층고와 설비계획도 함께 고려한다.

(3) 지진하중이나 풍하중 등 수평하중에 저항하는 구조요소는 평면상 균형뿐만 아니라 입면상 균형도 고려한다.

(4) 구조형식이나 구조재료를 혼용할 때는 강성이나 내력의 연속성에 유의하며, 사용성에 영향을 미치는 진동과 변형도 미리 검토한다.

[해설] 건축계획 초기단계부터 적절한 구조계획을 하여 시행착오를 줄이고 구조설계작업의 효율성을 높일 수 있도록 구조설계 각 과정에서 검토하고 고려해야 할 사항을 기술하였다.

1.5.2.2 골조해석 및 부재설계

(1) 골조해석은 탄성해석을 원칙으로 하되 필요한 경우 비선형해석도 함께 수행하여 실제구조물의 거동에 가까운 부재력이 산출되도록 노력한다.

(2) 부재설계는 허용응력설계법, 허용강도설계법, 강도설계법 또는 한계상태설계법에 의하거나 이와 동등 이상의 성능을 확보할 수 있다고 인정하는 구조설계법에 의한다.

[해설] 골조해석단계에서 하중으로만 고려하는 부구조체와, 기계․전기설비의 설치에 따른 정착물 및 가설구조물에 대한 골조해석․부재설계는 시공자가 수행하는 시공상세도서 작성단계의 업무로서 1.6에 따라 구조안전의 확인을 받아야 한다.

1.5.2.3 구조설계서의 작성

구조설계서에는 최소한 다음의 내용을 포함하여야 한다.

(1) 구조설계개요

구조형식에 대한 설명, 사용재료 및 강도, 하중조건 등 1.5.2.1(구조계획)에서 검토하고 고려한 사항들을 기술한다.

(2) 구조특기사항

구조안전에 꼭 필요하여 구조체공사시방서에 반영하여야 할 주요사항을 기술한다.

(3) 구조설계요약

구조계산결과를 책임구조기술자의 경험과 기술력으로 평가․조정하여 경제적이고 시공성이 우수한 구조체가 되도록 구조평면, 부재단면, 접합의 유형을 스케치하되, 구조계산으로는 산정할 수 없으나 구조실험이나 경험으로 구조안전이 확인된 상세와 이 기준에 규정한 구조세칙 등을 표현한다.

(4) 구조계산

골조해석과 부재설계에 따른 계산결과를 말한다.

[해설] 골조해석․부재설계를 수행하지 않은 기술자가 구조설계도를 작성할 경우에는 구조설계의 취지를 올바르게 전달받아야 하므로 구조설계서에 포함해야 할 사항을 기술한 것이다. 골조해석․부재설계를 수행하여 힘의 흐름과 응력상태를 파악하고 있는 책임구조기술자는 구조설계서에 포함할 내용을 구조설계도에 직접 표현할 수 있다.

(1)구조설계개요 : 구조시스템 등의 주요 개념을 기술한다

(2)구조특기사항 : 특별히 구조검사나 실험이 요구되거나 시공상세도의 작성이 필요한 부위 등 구조체공사특기시방서의 작성에 필요한 지침을 기술한다.

(3)구조설계요약 : 이 기준의 기술적 조항을 모두 만족하도록 작성하여야 한다.

(4)구조계산 : 골조해석에 의한 부재력과 변위, 지점반력을 나타내고 부재단면계산 값을 표현한다.

1.5.2.4 구조설계도의 작성

(1) 구조설계도는 구조평면도와 구조계산에 의하여 산정된 부재의 단면 및 접합부 상세를 표현하고, 아울러 구조계산에는 포함되지 않았으나, 이 기준에 규정한 구조세칙과 구조실험이나 경험 등으로 구조안전이 확인된 관련 상세까지도 표현하여 구조설계취지에 부합하도록 작성해야 한다.

(2) 구조설계도는 설계의 진척도에 따라 계획설계, 기본설계, 실시설계의 3단계로 나누어 작성할 수 있다.

(3) 구조설계도에 포함할 내용은 다음과 같다.

①구조설계기준

②활하중 등 주요설계하중

③구조재료강도

④구조부재의 크기 및 위치

⑤철근과 앵커의 규격, 설치위치

⑥철근정착길이, 이음의 위치 및 길이

⑦강재의 제작․설치도 작성에 필요할 경우, 접합부설계에 필요한 전단력․모멘트․축력 등의 접합부 소요강도

⑧기둥중심선과 오프셋, 워킹포인트

⑨접합의 유형

⑩치올림이 필요할 경우 위치, 방향 및 크기

⑪부구조체의 시공상세도 작성에 필요할 경우 상세기준

⑫기타 구조시공상세도 작성에 필요한 상세와 자료

⑬책임구조기술자, 자격명 및 소속회사명, 연락처

⑭구조설계 연월일

[해설] (1)건축물의 규모가 커지고 사용재료 및 구조시스템도 다양해짐에 따라 정확한 구조해석, 경험적 직관, 관행 등을 반영하여 구조설계도를 작성하여야 한다. 구조설계도에는 구조계산의 내용 이외에 실험과 축적된 경험, 그리고 이 기준의 일부로서 구조안전이 확인된 상세 등을 포함하여야 한다.

(2)구조설계의 진척도에 따라 계획설계(SD), 기본설계(DD), 실시설계(CD)의 3단계로 나누어 작성할 수 있다.

(3)구조설계도에는 시공자 및 제작자․설치자가 구조시공상세도를 작성하는데 필요한 충분한 상세와 자료를 포함하여야 한다.

강구조설계도에는 ⑦강재의 접합부 소요강도와 ⑨접합유형(강접합, 부분강접합, 단순접합) 등을 명기하여 시공자(또는 제작자․설치자)가 접합부상세도를 구조설계 취지에 맞게 작성하도록 해야 한다.

구조설계도에 포함할 내용 14가지 중, 계획설계(SD)도에는 ①,③,④,⑨,⑬,⑭만을, 기본설계(DD)도에는 ①,②,③,④,⑤,⑥,⑧,⑨,⑬,⑭만을 표현할 수 있다.

1.5.2.5 구조체공사시방서의 작성

(1) 구조체공사시방서는 국토교통부제정 건축공사표준시방서를 중심으로 작성하되, 이 기준 해당 장의 관련부분을 포함하고, 별도의 특기시방서를 통하여 구조설계도면에 나타낼 수 없는 골조공사의 특기사항을 기술함으로써 구조설계취지에 부합하도록 작성하여야 한다.

(2) 이 기준의 내용과 국토교통부제정 건축공사표준시방서의 내용이 일치하지 않을 때는 이 기준에 따른다.

[해설] 특별히 구조검사 또는 실험이 요구되거나 시공상세도의 작성이 필요한 부위 등의 지침이 있으면 이를 반드시 포함하고 구조설계 의도에 맞게 상세히 기술하여야 한다.

1.6 내진구조성능의 확인

학교시설이 지진하중에 대하여 안전한 구조를 갖기 위해서는 설계단계에서 부터 시공, 감리 및 유지․관리단계에 이르기 까지 이 기준에 적합하여야 하며, 내진구조성능을 확보하기 위하여 각 단계별로 확인해야 할 사항은 다음과 같다.

[해설] 건축법 제48조[구조내력 등]①항 “건축물은~~안전한 구조를 가져야”하며 ③항에서 이를 위한 구조내력의 기준 등 필요한 사항은 국토교통부령으로 정하도록 위임받아 고시한 건축구조기준(KBC)은 건축법 제23조[건축물의 설계], 제24조[건축시공], 제25조[건축물의 공사감리] 및 제35조[건축물의 유지․관리] 등에서도 제48조의 규정에 적합하도록 하고 있으며, 이 조항은 학교시설이 내진구조성능을 확보하기 위해서 설계, 시공, 감리 및  유지․관리 단계에서 확인해야 할 사항을 기술하고 있다.

1.6.1 구조설계도서의 내진구조성능의 확인

학교시설의 구조체에 대한 구조설계도서는 이 기준에 따라 내진구조성능이 확보되었는지 여부에 대하여 책임구조기술자의 확인을 받아야 한다.

[해설] 구조설계도서는 이 기준에 따라 작성되었을 경우 내진구조성능이 확보된 것으로 확인할 수 있다. 건축법시행령에서는 “건축주가 요구”하거나 “설계자가 안전상 필요하다고 인정하는 경우~~관계전문기술자의 협력을 받아야 한다.”고 되어있어 학교시설의 내진안전상 관계전문기술자의 확인을 받도록 하고 있다.

1.6.2 시공상세도서의 내진구조성능의 확인

시공자가 작성한 시공상세도서 중 구조설계도서의 의도에 적합하게 작성되어 이 기준에 따라 내진구조성능이 확보되었는지 감리자의 검토를 통해 책임구조기술자 또는 관계전문기술자로부터 확인을 받아야 할 도서는 다음과 같다.

(1) 구조체 배근시공도

(2) 구조체 제작․설치도

(3) 구조체 내화상세도

(4) 부구조체 시공도면과 제작․설치도

(5) 기계․전기설비의 설치에 따른 정착상세도

(6) 흙막이벽 및 옹벽설치 시공상세도

(7) 기타 내진구조의 확인이 필요한 도서

[해설] (3)(4) 부구조체와 기계전기의 설치에 대한 것은 시공단계에서 구조상세가 결정되어 시공상세도서가 작성된다. 부구조체와 건축, 기계 및 전기 비구조요소의 설치에 따른 시공상세도는 이 기준에 따라 내진구조성능이 확보되었는지 여부를 확인하여야 한다.

(7) 기타 내진구조안전의 확인이 필요한 도서로는 시공상세도에 첨부된 구조실험결과보고서․구조내력계산서(부재․접합부내력계산서)등이 있다.

1.6.3 시공 중 내진구조성능의 확인

공사감리자는 내진구조성능 확보를 위하여 시공과정에서 다음 각 호에 대하여 확인하여야 하며, 필요시 책임구조기술자의 협력을 통해 적정여부를 확인 받아야 한다.

(1) 구조물규격에 관한 검토․확인

(2) 사용구조자재의 적합성 검토․확인

(3) 구조재료에 대한 시험성적표 검토

(4) 배근의 적정성 및 이음․정착 검토

(5) 설계변경에 관한 사항의 구조검토․확인

(6) 시공하자에 대한 구조내력검토 및 보강방안

(7) 기타 시공과정에서 구조체의 안전이나 품질에 영향을 줄 수 있는 사항에 대한 검토

[해설] 구조전문기술자가 감리원으로 배치된 경우 내진구조의 확인은 일반적으로 구조전문기술책임자가 이 기준의 기술적 조항에 따라 수행한다. 이외의 경우 감리자는 학교시설의 내진구조성능의 확보여무를 확인하기 위하여 건축구조기술사의 협력을 받아야 한다. 건축법시행령에서는 “건축주가 요구”하거나 “공사감리자는 안전상 필요하다고 인정하는 경우~~관계전문기술자의 협력을 받아야 한다.”고 되어있어 학교시설의 내진안전상 관계전문기술자의 확인을 받아야 한다.

1.6.4 유지관리 중 내진구조성능의 확인

유지․관리 중에 내진구조성능의 확보여부를 확인하기 위하여 책임구조기술자가 수행해야 하는 업무의 종류는 다음 각 호와 같다.

(1) 리모델링을 위한 구조검토

(2) 증축을 위한 구조검토

[해설] 학교시설의 소유자 또는 관리자는 건축법 제35조[건축물의 유지․관리]에 따라 ‘안전한 구조’여부를 이 기준에 따라 확인하여야 한다. 기존 학교시설의 정밀안전진단을 수행함에 있어 별도규정이 있으면 시공 당시의 구조기준에 따라 그 구조안전성을 평가할 수 있다.

1.7 책임구조기술자

1.7.1 책임구조기술자의 자격

책임구조기술자의 자격은 건축구조기술사로 한다.

[해설] 책임구조기술자는 국가기술자격법에 의한 건축구조기술사로 한다.

1.7.2 책임구조기술자의 책무

이 기준의 적용을 받는 건축물 및 공작물의 구조설계도서(구조계획서, 구조설계서, 구조설계도 및 구조체공사시방서)의 작성, 구조안전 확인 및 구조감리는 당해 업무별 책임구조기술자의 책임아래 수행하여야 한다.

[해설] 책임구조기술자는 계약하여 수행한 해당 범위의 업무(구조설계, 구조검토 등 구조안전의 확인, 구조감리 등)에 대해서 책무를 다하여야 한다.

1.7.3 책임구조기술자의 서명․날인

(1) 구조설계도서와 구조시공상세도, 구조감리보고서 및 안전진단보고서는 책임구조기술자의 서명․날인이 있어야 유효하다.

(2) 건축주와 시공자는 책임구조기술자가 서명․날인한 설계도서로 각종 인․허가행위 및 시공을 하여야 한다.

[해설] 책임구조기술자는 구조설계도서의 최종성과품과 구조검토․구조감리․안전진단 등의 보고서를 책임지고 작성하는 자로서 실명화 하는 것이 필수적이며, 건축주와 공사책임자는 모든 인․허가 등 행정절차 및 시공 시 반드시 책임구조기술자가 서명․날인한 도서를 사용하여야 한다.

제 2 장 설계하중산정

2.1 일반사항

이 기준 지진하중은 국토교통부장관이 고시하는 건축구조설계기준의 “지진하중”을따른다. 다만, 건물의 내진등급과 중요도계수는 다음 2.2절에 따른다.

2.2 건물의 내진등급과 중요도계수

각 구조물은 다음 내진등급 중 하나로 분류하여야 하며, 해당 구조물의 중요도계수는 <표 2.2>에 의하여 결정한다.

학교시설의 중요도계수는 다음과 같은 방법으로 산정한다. 중요도계수는 학교 연면적 (A)에 의해 결정한다. 연면적이 1,500㎡ 이내인 학교시설의 경우 내진 I등급으로 분류하여 중요도계수는 1.2로 정하고, 연면적이 10,000㎡ 이상인 학교시설의 경우 내진 특등급으로 분류하여 중요도계수 1.5로 정한다. 연면적이 1,500㎡ 이상 10,000㎡ 이하인 경우 식 (2.2)을 이용하여 결정할 수 있다.

하지만, 두 개 이상의 건물에 공유된 부분이나 하나의 구조물이 동일한 내진등급에 속하지 않는 두 개 혹은 그 이상의 거주용도로 사용될 때, 각각의 거주용도에 해당하는 내진등급 중 중요도계수가 가장 높은 그룹으로 분류하여야 한다. 건물이 구조적으로 분리된 2개 혹은 그 이상의 부분으로 구성되어 있는 경우에는 각 부분을 독자적으로 분류할 수 있다. 다만, 한 구조물에서 구조적으로 분리된 부분이 더 높은 중요도계수를 가진 다른 부분에 대해 접근로나 탈출로를 제공하거나 인명 안전요소를 공유할 경우에는, 양쪽 부분 모두 높은 중요도계수를 가진 내진등급으로 분류하여야 한다.

중요도계수(I) = [eqn: ` {matrix{1.2&&A<1,500#{3} over {85,000} LEFT ( A-1,500 RIGHT ) +1.2&&1,500 LEQ A<10,000#1.5&&`10,000 LEQ A}}]      식 (2.2)

여기서, A=연면적(㎡)

<표 2.2> 내진등급과 중요도계수

내진등급		건축물의 중요도	중요도 계수([eqn: I _{E}])
(특)	지진 후 피해복구에 필요한 중요시설을 갖추고 있거나 유해물질을 다량 저장하고 있는 구조물	중요도(특)	1.5
I	지진으로 인한 피해를 입을 경우 대중에게 큰 위험을 초래할 수 있는 구조물	중요도(1)	1.2
II	내진등급 (특)이나 I 어디에도 해당되지 않는 구조물	중요도(2)	1.0

[해설] 중요도계수는 1976년 Uniform Building Code(UBC)의 내진밑면전단력 식에서부터 적용되었다. 1976년 UBC 기준에 중요도계수가 적용된 계기는 1971년 San Fernando 지진발생 시 병원건물붕괴로 인해 심각한 인명 피해가 발생했기 때문이다. 지진이 발생했을 때 복원이나 복구를 위한 건물, 수용소, 병원 등과 같은 건물의 지진피해를 예방하기 위하여 일반 건물보다 높은 중요도계수를 적용하여 설계하도록 하고 있다. 중요도계수는 설계 밑면 전단력을 증가시키는 역할을 하며 이와 같이 증가된 설계 하중으로 건물을 설계 하여 중요한 구조물의 붕괴로 인한 대참사를 방지하기 위한 방편으로 사용되었다. 중요도계수는 1보다 큰 값을 사용하므로 결국 반응수정계수(R)를 줄이는 역할을 한다.

1976년 UBC에서는 중요도계수를 중요 건물인 경우 1.5값으로 정하고 있으며 집회 건물일 경우 1.25 값으로 정하고 있다. 1997년 National Earthquake Hazards Reduction Program Provisions (NEHRP provisions)에서는 건물중요도기준을 3개의 내진등급(Seismic Use Group, SUG)로 나누어 내진등급 II일 경우 1.25, 내진등급 III 일 경우 1.5 값으로 정하였다. 이는 UBC 기준에서 적용되었던 방법과 동일하게 요구되는 건물의 내진성능이 중요한 건물일수록 더 큰 중요도 값이 적용된 것이다. American Society of Civil Engineer(ASCE)의 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE7-05)에서는 학교시설인 경우 내진등급 III으로써 중요도계수 1.25 값을 적용하였다.

내진설계기준에서 구조물의 분류는 거주나 용도에 따라 지진위험도 노출그룹 (Seismic Hazard Exposure Group)으로 표현하고 있다. 이 후 1997년 NEHRP provisions에서는 이러한 분류의 정의를 더욱 대표하는 내진사용그룹(Seismic Use Group, SUG)으로 정의하여 크게 3개로 구분하였다. 내진등급은 실질적인 내진위험도가 아닌 건물의 용도와 중요도에 따라 분류 되는 인위적인 등급으로 구조적 손상을 줄이고 인명안전을 최소화하기 위하여 정의되었다. SUG III은 지진발생 이후 복구에 있어 중요한 시설과 외부 환경으로 유출 시 인명 피해가 우려되는 물질을 보관하는 구조물로서 중요한 응급서비스센터 및 핵발전소 또는 국가로부터 지정된 구조물 등이 이에 해당한다. SUG II는 상당수의 거주가가 있으며 거주자의 출입에 어려움이 발생할 수 있는 구조물(개인 주택과 비교하여 더 큰 보호 수준이 요구되는 구조물)로 학교, 보육 시설, 의료 시설 등이 이에 해당한다. SUG I은 내진등급 3과 2에 해당 하지 않는 이외의 건물이 이에 해당한다.

ASCE-7과 International Building Code 2006 (IBC 2006)에서는 SUG를 거주범주(Occupancy Category)로 구분하여 중요도계수를 산정하고 있다. 거주범주는 총 4단계로 구분되어 지며 우리나라 기준에서 사용하는 내진등급과 유사한 개념이다. 거주범주 1,2는 내진등급 1, 거주범주 3은 내진등급 2, 거주범주 4는 내진등급 3과 유사하다. 중요도계수도 거주범주 1,2인 경우 1.0 거주범주 3인 경우 1.25, 거주범주 4인 경우 1.5값으로 내진등급과 동일한 값으로 분류된다.

[그림 2.2.1] 지진 재해도에 따른 성능 수준 (Herrera et al, 008)

건물을 내진설계하기 위해서는 지진의 크기를 결정하여야 한다. 일반적으로 성능기반설계를 하기 위해서는 하나 이상의 지진위험도가 다른 지진을 고려하여야 한다. 각 지진위험도에 대한 건물의 내진성능목표는 내진등급에 따라 다르다. 일반적으로 지진위험도에 따른 지진분류는 최대고려지진(Maximum Considered Earthquake, MCE), 설계지진(Design Basis Earthquake, DBE), 빈번한 지진(Frequent Occurrence Earthquake, FOE)으로 분류한다. [그림 2.2.1]. 최대고려지진(MCE)은 일반적으로 그 지역에서 50년 동안 발생할 수 있는 지진 중에 2%의 초과 확률을 갖는 지진으로 정의 되며, 설계지진(DBE)은 MCE의 2/3값에 해당한다. 빈번한 지진(FOE)은 50년 동안 발생할 수 있는 지진 중에 50%의 초과 확률을 갖는 지진으로 정의된다.

이와 같은 각각의 지진 재해도에서 각각의 성능수준을 만족 하여야 한다. 건물의 성능수준(Performance Level)은 크게 각각 작동가능, 인명안전, 그리고 붕괴방지 등이 있다. [그림 2.2.1 참조]  작동가능 (Operational level)은 구조물 피해의 최소 수준을 나타낸다. 작동가능 수준을 만족하는 구조물은 지진이 발생한 경우 구조시스템에 단지 무시할만한 손상과 비구조시스템에 작은 손상이 발생한 경우이다. 또한 구조물은 지진 피해를 입기전의 강도와 강성을 거의 보유하고 있으며, 기계, 전기, 배관, 구조물의 정상적인 작동을 위해 필요한 다른 시스템 등이 제기능을 하는 것이다. 만약 수리가 요구될 경우 이들은 거주자의 편의에 의해 진행할 수 있다. 작동가능 수준을 만족하는 구조물에 있어 지진 발생동안의 인명안전에 대한 위험은 무시한다. 이 성능수준을 만족하기 위해서는 정상적인 작동을 위해 필요한 모든 편의시설은 반드시 이용 가능해야 함을 유념해야 한다. 매우 낮은 수준의 지반가속도를 제외하고 이와 같은 성능수준을 만족하도록 구조물을 설계하는 것은 일반적으로 실용적이지 못하다.

즉시거주 성능수준 (Immediate Occupancy level)은 작동가능 수준에 비해 다소 비구조요소에 더 많은 피해가 예상됨에도 불구하고 작동가능 성능수준과 유사하다. 이 성능수준을 만족하는 구조물은 지진으로 인한 구조시스템의 손상은 경미하며 지진 피해 전의 강도와 강성을 거의 보유하고 있다. 또한 천장, 외장재, 그리고 기계, 전기 요소 등의 비구조요소는 지진피해를 입지 않은 상태이며 외부 비구조벽 요소와 지붕 요소도 그 기능을 수행할 수 있는 상태이다. 구조물은 거주하기에 안전하지만 그 기능을 수행하기 위해서는 보수와 청소가 필요한 정도의 손상으로 정의 된다.

인명안전 성능수준 (Life Safety level)은 중요한 구조적, 비구조적 피해가 발생한 경우이다. 구조물은 원래 횡강성과 강도를 손실한 경우이지만 붕괴에 대해서는 여전히 여력을 보유하고 있다. 구조물은 영구적인 변형을 보이며 횡력저항시스템의 몇몇 요소에서 충분한 균열, 파단, 항복, 그리고 좌굴을 보일 수 있다. 구조물의 비구조요소에는 심각한 손상이 발생하며 기능을 수행하지 못한다. 여진에 의한 진동으로 인명피해가 발생할 우려가 있으므로 보수가 이루어지기 전까지 이러한 구조물에서의 거주는 안전하지 못하다. 구조물의 보수는 적절이 이루어져야 하지만 경제적 손실은 불가피하다. 지진 발생동안 인명안전에 대한 위험은 매우 낮다.

붕괴방지 수준 (Collapse Prevention level)은 구조물이 거의 완벽하게 피해를 입은 상태이다. 이 수준에서의 구조물의 횡력저항시스템은 거의 대부분의 강성과 강도를 잃고 붕괴에 대한 여력을 거의 가지고 있지 않은 상태이다. 광범위한 균열과 조적조와 콘크리트 요소의 파괴와 강재의 좌굴과 파단을 포함하는 구조요소의 상당량의 강도감소가 발생한다. 구조물은 상당한 영구변형이 발생했을 수도 있다. 비구조요소에도 상당한 손상이 발생한다. 구조물은 중간 규모의 여진에도 붕괴될 수 있으므로 거주에 안전하지 않다. 구조물의 보수와 서비스의 복원은 사실상 힘들다.

FEMA450(2003)의 성능기반설계법에서는 이와 같은 방법을 사용하여 내진등급에 따라 각 지진위험도에 예상되는 건물의 내진 성능을 정하고 있다[그림 2.2.2]. 그리고 이와 같이 동일한 지진위험도에 대하여 내진등급에 따라 건물의 내진성능을 달리 설계하기 위한 방법으로 중요도계수가 사용된다. 즉 동일한 지역에서의 내진등급 3에 해당하는 건물과 내진등급 1에 해당하는 건물의 설계 밑면 전단력은 내진등급 3인 건물이 내진등급 1인 건물 보다 1.5배 더 큰 설계 밑면전단력으로 설계되는데 이는 다른 조건은 동일하지만 중요도계수가 1.5배 차이나기 때문이다.

[그림 2.2.2] 내진등급에 따른 성능 기반 설계 (FEMA450, 2003)

제 3 장 콘크리트구조 내진설계

3.1 일반사항

본 장은 콘크리트구조 내진설계에 대한 것으로 KBC “제5장 콘크리트구조”를 참조하여 정리하였다. 따라서 학교시설의 철근콘크리트구조 내진설계는 KBC “제5장 콘크리트구조”를 따른다. 다만, 배근상세의 중요성을 고려하여 다음과 같이 정리된 배근상세를 따른다.

3.2 보통모멘트 골조 요구사항

3.2.1 보

(1) 부재축에 직각으로 배치된 전단철근의 간격은 철근콘크리트 부재일 경우는 [eqn: d/2] 이하, 프리스트레스트 콘크리트 부재일 경우는 [eqn: 0.75h] 이하이어야 하고, 또한 어느 경우이든 600 mm 이하로 하여야 한다.

(2) 계수전단력 [eqn: V_u]가 콘크리트에 의한 설계전단강도 [eqn: phi V_c]의 1/2을 초과하는 모든 철근콘크리트 휨부재(프리스트레스트콘크리트 휨부재도 포함)는 전체 깊이가 250 mm 이하이거나 I형보, T형보에 있어서 그 깊이가 플랜지 두께의 2.5배 또는 복부폭의 1/2 중 큰 값 이하인 보인 경우를 제외하고 최소단면적의 전단철근을 배치하여야 한다.

[해설] 보통모멘트골조의 보에 대한 전단보강근에 대한 배근상세는 [그림 3.2.1]과 같다.

[그림 3.2.1] 보통모멘트골조 보 배근상세

3.2.2 기둥

(1) 기둥에 사용되는 띠철근은 다음 규정을 따라야 한다.

(2) D32 이하의 종방향 철근은 D10 이상의 띠철근으로, D35 이상의 종방향 철근과 다발철근은 D13 이상의 띠철근으로 둘러싸야 하며, 띠철근 대신 등가단면적의 이형철선 또는 용접철망을 사용할 수 있다.

(3)  띠철근의 수직간격은 종방향 철근지름의 16배 이하, 띠철근이나 철선지름의 48배 이하, 또한 기둥 단면의 최소 치수 이하로 하여야 한다.

(4)  띠철근은 모든 모서리에 있는 종방향 철근과 하나 건너 있는 종방향 철근이 135° 이하로 구부린 띠철근의 모서리에 의해 횡지지되어야 한다. 다만 띠철근을 따라 횡지지된 인접한 축방향 철근의 순간격이 150mm 이상 떨어진 경우에 추가 띠철근을 배치하여야 한다. 또한 축방향 철근이 원형으로 배치된 경우에는 원형 띠철근을 사용할 수 있다.

[해설] 보통모멘트골조의 기둥에 대한 전단보강근에 대한 배근상세는 [그림 3.2.2]와 같다.

[그림 3.2.2] 보통모멘트골조 기둥배근상세

3.3 중간모멘트 골조 요구사항

3.3.1 보

(1) 접합면에서 정모멘트 휨강도는 부모멘트 휨강도의 1/3 이상이 되어야 한다. 이 때 부재의 어느 위치에서나 정모멘트 또는 부모멘트 휨강도는 양측 접합부의 접합면의 최대 휨강도의 1/5 이상이 되어야 한다.

(2) 부재의 양단에서 받침부재의 내측면부터 경간 중앙으로 향하여 부재 깊이의 2배 길이부분에는 후프철근을 배치하여야 한다. 첫 번째 후프철근은 지지부재면으로부터 50mm 이내의 구간에 배치하여야 한다. 후프철근의 최대 간격은 [eqn: d/4], 감싸고 있는 종방향 철근의 최소 지름의 8배, 후프철근 지름의 24배, 300mm중 가장 작은 값 이하이어야 한다.

(3) 스터럽의 간격은 부재 전 길이에 걸쳐서 [eqn: d/2]이하이어야 한다.

[해설] 중간모멘트골조의 보에 대한 전단보강근에 대한 배근상세는 [그림 3.3.1]과 같다.

[그림 3.3.1] 중간모멘트골조 보배근상세

3.3.2 기둥

(1) 기둥은 다음 (2), (3), (4)의 규정도 따라야 하며, (5)는 모든 기둥에 적용하여야 한다.

(2) 부재의 양단부에서 후프철근은 접합면으로부터 길이 [eqn: l _{0}]구간에 걸쳐서 [eqn: s _{0}]이내의 간격으로 배치하여야 한다. 간격 [eqn: s _{0}]감싸고 있는 종방향 철근의 최소 지름의 8배, 띠철근 지름의 24배, 골조부재 단면의 최소 치수의 1/2, 300mm 중에서 가장 작은 값 이하이어야 한다. 그리고 길이 [eqn: l _{0}]는 부재의 순경간의 1/6, 부재 단면의 최대 치수, 450mm 중 가장 큰 값 이상이어야 한다.

(3) 첫 번째 후프철근은 접합면으로부터 거리 [eqn: s _{0} /2]이내에 있어야 한다.

(4) 길이 [eqn: l _{0}] 이외의 구간에서 횡보강철근의 간격은 3.2.4(1)를 따라야 한다.

[해설] 중간모멘트골조의 보에 대한 전단보강근에 대한 배근상세는 [그림 3.3.2]와 같다.

[그림 3.3.2] 중간모멘트골조 기둥배근상세

제 4 장 강구조내진설계

4.1 일반사항

본 장은 강구조 내진설계에 대한 것으로 KBC “제7장 강구조”를 참조하여 정리하였다. 따라서 학교시설의 철골구조 내진설계는 KBC “제7장 강구조”를 따른다. 다만, 모멘트골조의 중요성을 고려하여 다음과 같이 정리된 구분을 따른다.

4.2 보통모멘트골조

4.2.1 적용범위

보통모멘트골조는 설계지진력이 구조물에 작용할 때 부재와 접합부가 최소한의 비탄성 변형을 수용할 수 있는 골조를 지칭하며 본 절의 규정을 만족하도록 설계한다. 보통모멘트골조의 보-기둥 접합부의 구조제한 요구사항을 만족하지 않더라도 해설의 접합부 성능입증과 연속판 규정 또는 연속판의 요구사항을 만족하는 접합부는 보통모멘트골조에 사용될 수 있다. 중간모멘트골조의 요구사항을 충족하더라도 보의 높이가 750mm를 초과하는 경우에는 보통모멘트골조로 분류한다.

[해설] 보통모멘트골조 판단기준으로 다음의 방법도 있다.

(1) 접합부 성능인증이 아닌 경우

(2) 접합부 성능입증

[그림 4.2.] 보통모멘트골조 기둥-보 접합부

4.2 절에서 요구하는 지진하중저항시스템의 보-기둥 접합부의 성능요건은 다음의 한 가지 방법에 의해 입증되어야 한다:

(a) 특수모멘트골조용 접합부 인증과정

(b) 이 규정의 접합부 성능인증 시험절차에 의해 얻어진 실험결과를 제시한다. 최소 2개의 반복재하실험 결과를 제시해야 하며 다음 2가지 가운데 하나에 근거를 둘 수 있다.

(i) 연구논문 또는 신뢰할 만한 연구보고서의 실험결과, 또는 해당 프로젝트의 조건과 유사한 타 프로젝트를 위해 접합부 성능인증의 제한조건을 준수하여 수행된 실험결과

(ii) 해당 프로젝트를 위해 부재 사이즈, 재료강도, 접합조건, 시공과정 등을 반영하여 접합부 성능인증 시험절차에 의한 실험결과

4.3 중간모멘트골조

4.3.1 적용범위

(1) 중간 모멘트 골조는 설계용 지진동에 의한 외력을 받을 때 제한된 크기의 비탄성변형을 수용할 수 있는 골조를 지칭하며 이 절의 규정을 만족하도록 설계한다.

[해설] 중간모멘트골조와 보통모멘트골조의 연성도는 특수모멘트골조에 비하여 상대적으로 작기 때문에 중간모멘트골조와 보통모멘트골조에는 작은 값의 반응수정계수와 변위증폭계수가 건축구조설계기준에서 사용되고 있다. 이 시스템들은 비교적 작은 내진설계범주와 저층건물에 주로 적용된다.

[그림 4.3.1]에는 국내에서 수행된 비보강 보-기둥 접합부에 대한 실험결과(이철호, 박종원 1998, 포항산업과학원-현대건설 2002)가 제시되어 있다. 이 실험에 사용된 보의 춤은 600mm ~ 700mm이고, 보의 플랜지는 모두 기둥플랜지에 용접되었고 보의 웨브는 기둥에 볼트접합(BWWF1, BWWF2) 또는 용접(ALL1, ALL2)되었다. 국내에서 사용되는 접합부에 대한 인증실험 자료가 아직까지는 충분하지 않지만 이 실험결과에 근거하여 판단해 볼 때 본 기준에서 제시하고 있는 중간모멘트골조에 대한 상세에 따라 설계되고 보춤이 800mm를 초과하지 않는다면 웨브용접-플랜지용접 접합부뿐만 아니라 웨브볼트-플랜지용접의 접합부도 중간모멘트 골조의 요소로 사용될 수 있을 것이다.

[그림 4.3.1] 국내 비보강 접합부의 소성회전 능력

4.3.2 보-기둥 접합부

(1) 요구사항

지진하중저항시스템에 속한 보-기둥 접합부는 다음의 조건을 제외하고는 일반적인 접합부의 요구조건을 만족해야 한다:

1) 접합부는 최소 0.02 라디안의 층간변위각을 발휘할 수 있어야 한다.

2) 접합부의 소요전단강도는 일반적인 접합부에 따라 산정하되, 해석에 의하여 입증된 경우에는 [eqn: V _{u}] 또는 [eqn: V _{a}] 보다 작은 값을 적용할 수 있다. 소요전단강도는 증폭지진하중을 사용한 건축구조설계기준의 적절한 하중조합을 이용하여 산정된 전단력을 초과할 필요는 없다.

3) 기둥 외주면의 접합부의 휨강도는 0.02라디안의 층간변위각에서 적어도 보의 공칭소성모멘트의 80% 이상이 되어야 한다.

[해설] 비보강 플랜지용접-웨브볼트접합은 중간모멘트골조에 흔히 사용되는 접합부 형태로서 완전한 모멘트 저항능력을 갖춘 내진 접합부이다.

(2) 접합부 성능입증

접합부에서 요구하는 지진하중저항시스템의 보-기둥 접합부의 성능요건은 다음의 한 가지 방법에 의해 입증되어야 한다:

1) 보 플랜지를 완전용입용접으로 접합하고 보의 웨브는 용접 또는 고력볼트로서 접합한 접합부로서 보의 춤이 750 mm를 초과치 않으면 중간모멘트골조의 접합부로서 인정할 수 있다.

2) 중간모멘트골조용 인증접합부를 사용

3) 접합부 성능인증 시험절차에 의해 얻어진 실험결과를 제시한다. 최소 2개의 반복재하실험 결과를 제시해야 하며 다음 2가지 가운데 하나에 근거를 둘 수 있다.

(i) 연구논문 또는 신뢰할 만한 연구보고서의 실험결과, 또는 해당 프로젝트의 조건과 유사한 타 프로젝트를 위한 제한조건을 준수하여 수행된 실험결과.

(ii) 해당 프로젝트를 위해 부재 사이즈, 재료강도, 접합조건, 시공과정 등을 반영하여 접합부 성능인증 시험절차에 의한 실험결과.

[해설] [그림 4.3.2]는 4.3.2(2)의 1)에 해당되는 중간모멘트 접합부이다. 중간모멘트골조 접합부의 요구 성능의 입증은 요구되는 층간변위각이 작다는 것을 제외하고는 특수모멘트골조 접합부에 대한 것과 같다.

(3) 보호영역

중간모멘트골조의 보 소성힌지 영역은 보호영역으로 고려되어야 한다. 보의 소성힌지 영역의 범위는 접합부의 성능인증 요소의 하나로서 제시되어야 한다. 일반적으로, 비보강 접합부의 보호영역은 기둥 외주면에서부터 소성힌지점을 지나 보 춤의 1/2 지점까지 확장된 범위가 된다.

[그림 4..2] 중간모멘트골조 접합부

제 5 장 체크리스트

5.1 일반사항

본 장은 학교건축물의 내진설계 품질을 확보하기 위한 것으로 기획단계, 인허가 단계, 시공∙감리 단계로 구분하여 내진설계지침의 적용 여부를 확인할 수 있도록 정리한 것이다.

※ 체크리스트에 사용한 기준항목은 건축구조설계기준(KBC2005)의 표 및 식 번호임

5.2 학교시설물 내진기준 적용 확인을 위한 체크리스트

<표 5.2.1> 기획단계 체크리스트

검토항목				적합		부적합		자료 미제출
항목	기준 항목		적용 사항
일반사항
1. 공사명	-		서울OO초등학교 신축공사
2. 대지위치	-		서울
3. 규모	-		2,500m2
지진지역 및 지역계수
4. 지진구역 및 지역계수	2.3.1 지진지역 및 지역계수 <표 0306.3.1>		지역계수 [eqn: S]=0.22 (서울, 지역 1)
내진등급과 중요도계수
5. 내진등급과 중요도계수	2.4.2 건물의 내진등급과 중요도계수 <표 0306.4.1>		건축물의 중요도=지진대피 건물(특) 내진등급=(특), 중요도계수, [eqn: I _{E}]=1.5
지진위험도 결정
6. 지진구역 및 지역계수	2.3.1 지진지역 및 지역계수 <표 0306.3.1>	지역계수 [eqn: S]=0.22 (서울, 지역 1)
7. 지반종류	4.3.2.1 지반의 종류 <표 0306.3.2>	지반종류=[eqn: S _{C}] (전단파속도=430m/s)
8. 지반증폭계수	2.3.3 설계스펙트럼가속도 <표 0306.3.3>, <표 0306.3.4>	단주기 지반증폭계수: [eqn: F _{a}]=1.18
		1초주기 지반증폭계수: [eqn: F _{v}]=1.58
9. 설계스펙트럼가속도	2.3.3 설계스펙트럼가속도 식(0306.3.2), 식(0306.3.3)	단주기 설계스펙트럼가속도: [eqn: S _{DS}]=0.433
		1초주기 설계스펙트럼가속도: [eqn: S _{D1}]=0.232

<표 5.2.2> 설계단계 체크리스트-계속②

검토항목			적합	부적합	자료 미제출
항목	기준 항목	적용 사항
지진하중의 산정
10. 내진등급과 중요도계수	2.4.2 건물의 내진등급과 중요도계수 <표 0306.4.1>	건축물의 중요도=지진대피 건물(특) 내진등급=(특), 중요도계수, [eqn: I _{E}]=1.5
11. 내진설계범주	2.4.3 내진설계범주의 결정 <표 0306.4.2>, <표 0306.4.3>	내진설계범주=D
12. 건물형상-평면비정형성	2.4.4.1 평면비정형성 <표 0306.4.4>	요철형평면
13. 건물형상-수직비정형성	2.4.4.2 수직비정형성 <표 0306.4.5>	해당 없음
14. 해석법	2.4.5.1 내진설계범주 ‘A', 'B'	-
	2.4.5.2 내진설계범주 ‘C'	-
	2.4.5.3 내진설계범주 ‘D'	동적해석법(응답스펙트럼해석)
15. 근사기본진동주기	2.5.4 기본진동주기의 약산법 식(0306.5.5), 식(0306.5.6)	X-방향 : 근사기본진동주기, [eqn: T _{a}]=0.562초(철근콘크리트모멘트골조)
		Y-방향 : 근사기본진동주기, [eqn: T _{a}]=0.562초(철근콘크리트모멘트골조)
16. 동적해석법에 의한 기본진동주기 (동적해석법을 사용한 경우)	2.5.3 주기 산정법 <표 0306.5.1>	X-방향 : 동적해석에 의한 기본진동주기=0.945초 상한값 : [eqn: C _{u} T _{a}]=1.468×0.562=0.825 기본진동주기: [eqn: T]=0.825초
		Y-방향: 동적해석에 의한 기본진동주기=0.785초 상한값 : [eqn: C _{u} T _{a}]=1.468×0.562=0.825 기본진동주기: [eqn: T]=0.785초
17. 지진력저항시스템과 반응수정계수	2.6 지진력저항시스템 <표 0306.6.1>	X-방향 : 3c 철근콘크리트중간모멘트골조 반응수정계수: [eqn: R]=5
		Y-방향 : 3c 철근콘크리트중간모멘트골조 반응수정계수: [eqn: R]=5

<표 5.2.2> 설계단계 체크리스트-계속③

검토항목			적합	부적합	자료 미제출
항목	기준 항목	적용 사항
18. 지진응답계수	2.5.2 지진응답계수 식(0306.5.2)~식(0306.5.4)	X-방향 : 지진응답계수: [eqn: C _{s}]=0.0835
		Y-방향 : 지진응답계수: [eqn: C _{s}]=0.0878
19. 밑면전단력	2.5.1 밑면전단력 식(0306..5.1)	X-방향 : 밑면전단력: [eqn: V=C _{s} W] =2,107kN
		Y-방향 : 밑면전단력: [eqn: V=C _{s} W] =2,215kN
층간변위 검토
20. 층간변위	2.5.7.1 층간변위의 결정 2.4.6 변형과 횡변위 제한 <표 0306.4.7>	X-방향 : 층간변위: Δ=30mm < Δ[eqn: a]=0.010[eqn: h _{sx}]=36mm
		Y-방향 : 층간변위: Δ=35mm < Δ[eqn: a]=0.010[eqn: h _{sx}]=36mm
응답스펙트럼해석의 보정계수(응답스펙트럼해석 의 경우)
21. 응답스펙트럼해석의 보정	2.7.3.5 설계값의 산정 (2) 식(0306.7.9)	X-방향 : 보정계수: [eqn: C _{m}]=1.23
		Y-방향 : 보정계수: [eqn: C _{m}]=1.15
철근콘크리트중간모멘트골조의 내진상세
22. 보의 내진상세	양단부 하부철근	상부철근의 1/3이상
	모든 단면의 상부와 하부 철근	단부 상부 최대 철근의 1/5이상
	후프철근의 설치 구간	보 양단부에 보 깊이의 2배 구간
	첫 번째 후프철근 위치	기둥면에서 50mm 이내
	후프철근의 간격	보 유효춤의 1/4, 상하부 철근 지름의 8배, 후프철근 지름의 24배, 300mm 이하
	스터럽의 간격(후프철근 구간 외)	보 유효춤의 1/2이하

<표 5.2.2> 설계단계 체크리스트-계속④

검토항목			적합	부적합	자료 미제출
항목	기준 항목	적용 사항
23. 기둥의 내진상세	후프철근의 설치 구간	기둥 상하단에 기둥 길이의 1/6, 기둥 단면의 최대치수, 450mm 이상
	후프철근의 간격	주근 지름의 8배, 후프철근 지름의 24배, 기둥 단면 최소치수의 1/2, 300mm 이하
	첫 번째 후프철근 위치	깊이가 가장 작은 보 또는 슬래브 면에서 후프철근 간격의 1/2 이내
24. 무량판 슬래브의 내진상세	주열대 상부철근	주열대 상부철근의 1/4이상 전 경간에 연속
	주열대 하부철근	주열대 상부철근의 1/3이상 연속
	주열대 및 중간대 하부철근	중앙부 하부철근의 1/2이상 연속
*부록 1. 학교시설의 내진설계기준(안) 참조

<표 5.2.3> 시공단계 체크리스트-계속①

검토항목			적합	부적합	자료 미제출
항목	기준 항목	적용 사항
일반사항
1. 공사명	-	서울OO초등학교 신축공사
2. 대지위치	-	서울
3. 규모	-	2,500m2
4. 책임구조기술자	-	건축구조기술사 홍길동
5. 구조재의 강도	-	콘크리트: [eqn: f _{ck}]=21MPa
		철 근: [eqn: f _{y}]=400MPa
지진위험도 및 지진력저항시스템
6. 지진구역	2.3.1 지진지역 <표 0306.3.1>	서울(지역 1)
7. 지반종류	2.3.2.1 지반의 종류<표 0306.3.2>	지반종류=[eqn: S _{C}] (전단파속도=430m/s)
8. 지진력저항시스템	2.6 지진력저항시스템 <표 0306.6.1>	X-방향 : 3c 철근콘크리트중간모멘트골조
		Y-방향 : 3c 철근콘크리트중간모멘트골조

<표 5.2.3> 시공단계 체크리스트-계속②

검토항목			적합	부적합	자료 미제출
항목	기준 항목	적용 사항
철근콘크리트중간모멘트골조의 내진상세
9. 보의 내진상세	양단부 하부철근	상부철근의 1/3이상
	모든 단면의 상부와 하부 철근	단부 상부 최대 철근의 1/5이상
	후프철근의 설치 구간	보 양단부에 보 깊이의 2배 구간
	첫 번째 후프철근 위치	기둥면에서 50mm 이내
	후프철근의 간격	보 유효춤의 1/4, 상하부 철근 지름의 8배, 후프철근 지름의 24배, 300mm 이하
	스터럽의 간격(후프철근 구간 외)	보 유효춤의 1/2이하
10. 기둥의 내진상세	후프철근의 설치 구간	기둥 상하단에 기둥 길이의 1/6, 기둥 단면의 최대치수, 450mm 이상
	후프철근의 간격	주근 지름의 8배, 후프철근 지름의 24배, 기둥 단면 최소치수의 1/2, 300mm 이하
	첫 번째 후프철근 위치	깊이가 가장 작은 보 또는 슬래브 면에서 후프철근 간격의 1/2 이내
11. 무량판 슬래브의 내진상세	주열대 상부철근	주열대 상부철근의 1/4이상 전 경간에 연속
	주열대 하부철근	주열대 상부철근의 1/3이상 연속
	주열대 및 중간대 하부철근	중앙부 하부철근의 1/2이상 연속
* 위 체크리스트는 준공필증과 함께 보관

제 6 장 유형분류

건축구조물의 지진하중을 산정하기 위해서는 건축물에 대한 정확한 이해가 필요하다. 지진에 가장 효과적으로 저항할 수 있는 구조형식은 정형구조물이다. 그러나 최근 설계되는 많은 학교건축물은 다양한 요구와 건축적인 아름다움을 표현하기 위해서 비정형으로 지어지고 있다. 건축물이 비정형인 경우에는 보다 정밀한 내진해석이 필요하므로 건축물이 어떤 형상의 비정형인가를 정확히 판단할 필요가 있다.

기존 각 학교별 형상을 분류하면 [그림 6.1.1]과 같다.

(a) 초등학교                                       (b) 중학교

(c) 고등학교                                        (d) 특수학교

[그림 6.1.1] 학교별 건물의 유형

건축물의 형상분류는 평면형태에 따른 분류와 입면형태에 따른 분류가 있다. 또한 지진과 같은 횡하중에 저항하는 구조시스템의 종류에 따라 변형능력에 차이가 있다. 이러한 특성을 고려하여 지진하중 산정 시에 반응수정계수를 적용한다. 따라서 신축예정인 학교건축물이 어떤 횡력저항 시스템을 갖고 있는가에 대한 정확한 이해가 필요하다. 이러한 이해를 돕고자 다음과 같이 학교건축물의 대표적인 유형특성을 분류하였다.

6.1. 학급별 분류

<표 6.1> 학급 수에 따른 분류

학급별	예상면적 (㎡)	기 호 (A)
18	6,771 이상	A1
24	8,666 이상	A2
30	10,208 이상	A3
36	12,010 이상	A4
36 이상	12,010 이상	A5

6.2. 층수에 따른 분류

<표 6.2> 층수에 따른 분류

층 수	기 호 (B)
3층 미만	B1
3층 이상	B2
5층 이상	B3

6.3. 평면 분류

<표 6.3> 평면형상에 따른 분류

평면 분류	정형	비정형
직렬형		-
기호 (C)	C1	-
굴절형 (ㄱ 자형)
기호 (C)	C2	C3
굴절형 (ㄷ 자형)
기호 (C)	C4	C5
기타형
기호 (C)	C6

6.4. 입면 분류

<표 6.4> 입면형상에 따른 분류

입면 분류	유 형	기 호 (D)
일반형		D1
강성 비정형		D2
기하학적 비정형		D3
횡력저항 수직저항 요소의 비정형		D4
강도의 불연속		D5
면외 어긋남		D6
비정형 시스템		D7

6.5. 용도에 따른 분류

<표 6.5> 용도에 따른 분류

용 도	기 호 (E)
유치원, 초등학교	E1
중학교, 고등학교	E2
특수학교	E3

6.6. 구조재료에 따른 분류

<표 6.6> 구조재료에 따른 분류

구조시스템	기 호 (F)
철근콘크리트조	F1
철골조	F2
기타	F3

6.7. 지역에 따른 분류

<표 6.7> 지역에 따른 분류

지진지역	행정구역	기 호 (G)
1	지진지역 2를 제외한 전지역	G1
2	강원도, 북부, 전라남도 남서부, 제주도	G2

6.8. 구조시스템에 따른 분류

<표 6.8> 구조시스템에 따른 분류

구조시스템	기 호 (H)
철근모멘트골조	H1
철근콘크리트 보통모멘트골조	H2
철근콘크리트 중간모멘트골조	H3
철근보강 조적전단벽	H4
무보강 조적전단벽	H5

6.9. 지반에 따른 분류

<표 6.9> 지반에 따른 분류

지반종류	지반종류의 호칭	상부 30M에 대한 평균 지반특성	기 호 (I)
		전단파속도(m/s)
SA	경암 지반	1,500 초과	I1
SB	보통암 지반	760에서 1,500	I2
SC	매우 조밀한 토사 지반 또는 연암 지반	360에서 760	I3
SD	단단한 토사 지반	180에서 360	I4
SE	연약한 토사 지반	180 미만	I5

■ 적용 기준

<표 6.10> 적용 기준(예시)

적용기준	기호	층수	평면 불균형	입면 불균형	용도	구조 시스템	지역	구조 시공	지반
	A	B	C	D	E	F	G	H	I
특별지진하중				◎
직교효과									◎
우발편심고려									◎
동적해석									◎

학교시설을 설계할 때 유형분류를 통하여 <표 6.10>과 같은 구조적인 시스템분류를 함으로써 지진하중 산정 시에 착오가 없게 할 수 있으며, 일선 교육기관의 실무자가 쉽게 지진하중을 검토할 수 있는 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

제 7 장 학교시설물의 비구조부재의 내진상세(권장사항)

비구조부재란, 기둥ㆍ보ㆍ벽ㆍ바닥 등 주요 구조물 이외의 부재를 말하며, 좁게는 외벽을 시작으로 주요 구조체를 제외한 부분을 가르키며, 넓게는 설비기기 및 가구 등을 포함하며, 여기서는, 지진발생 시의 안전확보의 관점으로, 구조체를 제외한 부재ㆍ요소(설비기기 및 가구 등을 포함)를 대상으로 한다.

학교시설의 비구조부재 가운데 지진에 의한 피해 위험성이 비교적 높으며, 일상점검 및 낮은 비용으로 내진대책이 가능한 사례를 몇 가지 소개한다. 단, 여기서 소개하는 상세는 강진지역인 일본의 사례이다.

7.1. 천장재

[그림 7.1(a)]와 같이 천장 형상이 평탄할 경우에는, 진동방지브레이스를 설치하고, 외벽과 스페이스를 두며, [그림 7.1(b)]와 같이 천장 형상에 높이 차이가 있는 경우에는, 높이 차이가 있는 부분에 스페이스를 설치함으로써 내진보강효과를 높일 수 있다.

(a) 평탄한 천장                                     (b) 비평탄한 천장

[그림 7.1] 천장재의 지진 대책 사례

7.2. 조명기구

[그림 7.2(a)]와 같이 조명기구를 걸어 놓은 후크에 떨어짐방지 보조기구를 설치한다. 또한 [그림 7.2(b), (c)] 와 같이 진동방지 보조재를 설치하는 것이 효과적이다.

(a) 후크의 개선

(b) 와이어 설치에 의한 진동방지          (c) 레이스웨이 설치 예

[그림 7.2] 조명기구의 지진 대책 사례

7.3. 물탱크 및 냉각탑

[그림 7.3]과 같이 비교적 중심이 낮은 기기는 횡변위를 구속할 수 있는 stopper를 설치하고, 중심이 높은 기구는 횡면위 및 로킹을 구속할 수 있는 stopper를 설치한다.

(a) 중심이 낮은 기구           (b) 중심이 높은 기구

[그림 7.3] 물탱크 및 냉각탑의 지진 대책 사례

7.4. 각종 파이프

지진 직후에도 계속 사용이 요구되는 주요 배관은, [그림 7.4]와 같이 변위흡수가능 이음새를 설치하여, 지진 시의 변형을 예방한다.

[그림 7.4] 파이프의 지진 대책 사례

7.5. 냉장고 및 진열장

[그림 7.5.1]와 같이 본체를 벽에 고정을 시키거나, 내진용 받침대 및 앵커볼트를 이용하여 바닥에 고정시켜, 지진 발생 시의 전도를 방지한다.

[그림 7.5.2]와 같이 유리창에 비산방지필름을 부착하는 방법이 효과적이며, 내부 수납물이 진동에 의해 외부로 나오지 않도록 진열장 선반에 부드러운 깔개를 놓거나, 불안정한 기구는 모래가 담아있는 용기에 수납하는 등의 대책이 필요하다.

(a) 본체 고정                    (b) 앵커볼트에 의한 고정

[그림 7.5.1] 냉장고의 지진 대책 사례

[그림 7.5.2] 진열장의 지진 대책 사례

7.6. 책꽂이ㆍ로커 등

[그림 7.6]과 같이 책꽂이 및 로커 상부를 금속기구를 사용하여 벽ㆍ보ㆍ천장 등에 고정시킨다. 앞받침대를 설치하여 물건의 전도를 방지한다.

[그림 7.6] 책꽂이 및 로커의 지진 대책 사례

7.7. 신발장

[그림 7.7]과 같이 신발장은 와이어를 사용하여 벽면에 고정시킨다. 또한 벽면에 위치하지 않은 신발장의 경우는 천장 및 보에 고정시켜, 넘어지는 것을 방지한다.

[그림 7.7] 신발장의 지진 대책 사례

7.8. 허리벽, 내림벽, 날개벽

[그림 7.8.1, 7.8.2]와 같이 기둥과 허리벽, 내림벽, 날개벽을 분리하여 기둥의 전단파괴를 방지하도록 한다.

[그림 7.8.1] 기둥과 벽의 분리 효과

[그림 7.8.2] 허리벽, 내림벽, 날개벽의 지진 대책 사례

7.9. 칸막이벽(조적조)

골조와 비구조용 조적조 칸막이벽 사이는 보와 바닥 등이 벽체와 분리되어 수평이동이 가능하도록 [그림 7.9]와 같은 내진슬릿을 둔다.

[그림 7.9] 칸막이벽(조적조)의 지진 대책 사례