구조설계 및 구조해석

1. 지반

(1) 건축물의 기초에 작용하는 지반력은 지반의 허용 지내력 이하가 되도록 하여야 한다.

(2) 액상화 등의 위험이 있는 지반에서는 그 영향을 고려한다.

(3) 지반침하 등이 있는 지역 또는 위험성이 있는 지역에 설계되는 지지말뚝은 부마찰력 에 대한 검토를 한다.

 

 

2. 구조계획

(1) 골조는 역학적으로 명쾌한 해석결과를 얻을 수 있는 구조로 한다.

(2) 수평력에 대한 저항 요소는 수평적으로 비틀림이 발생하지 않도록 배치하고 높이에 대해서도 강성의 급격한 변화가 없도록 고려한다.

(3) 내진성능을 확보하기 위한 골조는 소요 강도와 충분한 연성을 확보한다.

(4) 골조는 어떤 하중에 대해서도 큰 변형이 발생하지 않고, 보행이나 열차진동에 의해 진동 장애가 발생하지 않도록 한다.

(5) 안전하고 확실한 시공이 가능한 구조로 한다.

(6) 시공방법이 단순하고 힘의 흐름이 명확한 구조로 한다

 

 

3. 구조종류

(1) 구조내력상 주요 부재에 대해서는 철근콘크리트구조, 철골구조 또는 철골철근콘크리트 구조로 하는 것을 원칙으로 한다.

(2) 말뚝기초는 현장타설 철근콘크리트 말뚝기초 및 기성콘크리트말뚝기초 또는 강관말 뚝기초를 원칙으로 한다.

(3) 기둥과 말뚝의 접합부는 일체화될 수 있는 방법으로 보강한다.

 

 

4. 건축물의 구조적 요건 및 구조설계 원칙

(1) 건축물의 구조적 요건 (건축법 제48조(구조내력 등)제1항) 건축물은 고정하중, (활)적재하중(積載荷重), 적설하중(積雪荷重), 풍압(風壓), 지진, 그 밖의 진동 및 충격 등에 대하여안전한 구조를 가져야 한다.

(2) 건축물 구조설계의 원칙

① 철도역건물의설계에대해서는열차운행및승객등이용자의안전확보에주의한다.

② 선로상부 건축물의 경우에는 선로에서 항상 열차 운행 등으로 많은 진동이 발생되며, 소규모 지진이나 진동에 대해서는 탄성 거동할 수 있도록 하고, 중규모이상 지진에 대해서는 열차운행에 큰 문제가 없는 경미한 피해발생, 건축물 붕괴가 일어나지 않 도록 하는 설계하는 것을 목표로 소요의 내력과 연성을 확보할 수 있게 한다.

③ 건축물의 구조에 관한 설계는 건축물의 용도·규모·구조의 종별과 지반의 상황 등을 고려하여 기초·기둥·보·바닥·벽 등을 유효하게 배치하여 건축물 전체가 이에 작용하 는고정하중·적재하중(활하중)·지붕적재하중(지붕활하중)·적설하중·풍하중·토압·수압·지 진하중·토압 및 지하수압· 유체압 및 용기내용물 하중, 그 밖의 하중에 대하여 구조내 력상 안전하도록 하여야 한다. (건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 제4조 제1항)

④ (구조부재인) 벽은 건축물에 작용하는 횡력(橫力)에 대하여 유효하게 견딜 수 있도 록 균형 있게 배치하여야 한다. (건축물의 구조기준 등에 관한 규칙 제4조 제2항)

⑤ 건축물의 구조는 그 지반의 부동침하(不同沈下), 떠오름, 미끄러짐, 전도(顚倒) 또는 동 해(凍害)에 대하여 구조내력에 지장이 없어야 한다.(건축물의 구조기준 등에 관한 규 칙 제4조 제3항)

⑥ 건축물 및 공작물의 내력부재는 사용에 지장이 되는 변형이나 진동이 생기지 아니 하도록 충분한 강성(과) 인성의 확보를 고려한다. (건축구조기준 (0104.1.2)

⑦ (구조)부재로서 특히 부식이나 마모훼손의 우려가 있는 것에 대(해서)는 모재나 마 감재에 이를 방지할 수 있는 재료를 사용하는 등 필요한 조치를 취한다. (건축구조 기준 (0104.1.3)

(3) 구조형식

① 건축물의 구조형식은 안전하고 경제적인 구조로 한다.

② 기초는 풍하중, 지진하중 기타 동하중에 대하여 강성과 안전성을 확보하기 위하여 기초 간 연결보를 둘 수 있다.

(4) 사용재료

① 사용재료는 그 특성을 충분히 파악하여 가장 적절한 재료와 그 조합에 따른다.

② 사용재료는 원칙적으로 한국산업표준(KS) 또는 동등 품 이상의 것을 사용한다.

 

 

5. 구조계획 및 설계

(1) 구조계획 일반요령 (건축구조기준 0104.3.1)

① 건축물 및 공작물의 구조계획에는 건축물 및 공작물의 용도, 사용재료 및 강도, 지 반특성, 하중조건, 구조형식, 장래의 증축여부, 용도변경이나 리모델링 가능성 등을 고려한다.

② 기둥의 배치는 건축평면 계획과 잘 조화되도록 하며, 보춤을 결정할 때는 기둥 간격 외에 층고와 설비계획도 함께 고려한다.

③ 지진하중이나 풍하중 등 수평하중에 저항하는 구조 요소는 평면상 균형 뿐 아니라 입면상 균형도 고려한다.

④ 구조형식이나 구조재료를 혼용할 때는 강성이나 내력의 연속성에 유의하며, 사용성 에 영향을 미치는 진동과 변형도 미리 검토한다.

(2) 철도건축물 구조계획 시 유의 사항 구조계획 시 선로나 철도구조물 등 주변의 입지조건, 지반, 공사의 시공성 및 운전 보안, 여객 및 공중에의 영향 등을 종합적으로 검토하고 다음 사항에 유의한다.

① 골조의 형상은 가급적 정형이고 단순하게 하여 역학적으로 명확한 구조로 한다.

② 수평력에 대한 저항요소는 평면적으로 비틀림이 생기지 않도록 배치한다.

③ 골조는 사용(하중재하)시 유해한 변형이 일어나지 않아야 하고 보행 시 진동 장해 가 생기지 않아야 한다.

④ 안전하고 확실한 시공이 가능한 구조로 한다.

⑤ 가급적 건축물의 경량화를 도모한다.

⑥ 비정상하중으로 인하여 일부부재 또는 접합부가 파괴되더라도 구조물 전체가 붕괴 되지 않도록 계획한다.

(3) 골조해석 및 부재설계 (건축구조기준 0104.3.2)

① 골조해석은 탄성해석을 원칙으로 하되 필요한 경우 비선형 해석도 함께 수행하여 실제구조물의 거동에 가까운 부재력이 산출되도록 노력한다.

② 부재설계는 허용응력도설계법, 강도설계법 또는 한계상태설계법에 의하거나 국토해 양부장관이 이와 동등 이상의 성능을 확보할 수 있다고 인정하는 구조설계법에 의 한다.

(4) 허용응력도설계법 (건축구조기준 0104.2.2) 허용응력도설계법에 의하여 구조부재의 설계를 할 때에는 다음 방법에 의한다.

① 내력부재에 대한 설계하중은 「건축구조기준」 3장(설계하중)의 규정에 의한 하중 및 외력을 사용하여 산정한 단면력의 조합 중에서 가장 불리한 값으로 한다.

② 내력부재의 설계하중에 의한 장기 및 단기의 응력도는 「건축구조기준」 6장(조적 식 구조) 및 8장(목구조)의 허용응력도 이하가 되도록 한다.

(5) 강도설계법 또는 한계상태설계법 (건축구조기준 0104.2.3) 강도설계법 또는 한계상태설계법에 의하여 구조부재의 설계를 할 때에는 다음 방법 에 의한다.

① 내력부재에 대한 설계하중은 「건축구조기준」 3장(설계하중)의 규정에 의한 하중 및 외력에 하중계수를 곱한 계수하중을 사용하여 산정한 단면력의 조합 중에서 가장 불리 한 값으로한다.

② 내력부재의 계수하중에 의한 설계용 단면력은 그 부재단면의 공칭강도에 강도감소 계수를 곱한 설계용 강도를 초과하지 아니하도록 한다.

③ 강도설계법 또는 한계상태설계법에서 사용되는 하중계수, 강도감소계수, 하중의 조 합 등구조계산에 필요한 사항은 각각「건축구조기준」 5장, 6장 및 7장에 따른다.

(6) 구조설계도의 작성 (건축구조기준 0104.3.4)

① 구조설계도는 구조평면도와 구조계산에 의하여 산정된 부재의 단면 및 접합부 상세를 표 현하고, 아울러 구조계산에는 포함되지 않았으나 ,이 기준에 규정한 구조세칙과 구조실험 이나 경험등으로구조안전이확인된관련상세까지도표현하여구조설계취지에부합하 도록 작성해야한다.

② 구조설계도는 설계의 진척도에 따라 계획설계, 기본설계, 실시설계의 3단계로 나누 어 작성할 수 있다.

③ 구조설계도에 포함할 내용은 다음과 같다.

가. 구조설계기준

나. 활하중 등 주요설계하중

다. 구조재료강도

라. 구조부재의 크기 및 위치

마. 철근과 앵커의 규격, 설치위치

바. 철근정착길이, 이음의 위치 및 길이

사. 강재의 제작·설치도작성에 필요한 경우, 접합부 설계에 필요한 전단력·모멘트·축력 등의 접합부 소요강도

아. 기둥중심선과 오프셋, 워킹 포인트

자. 접합의 유형

차. 치올림이 필요할 경우 위치, 방향 및 크기

카. 부구조체의 시공상세도 작성에 필요한 경우 상세기준

타. 기타 구조시공상세도 작성에 필요한 상세와 자료

파. 책임구조기술자, 자격명 및 소속회사명, 연락처

하. 구조설계 연 월 일

거. 각층 평면상의 설계하중분포도

(7) 구조체공사 시방서의 작성(건축구조기준 0104.3.5)

① 구조체공사 시방서는 국토해양부 제정 건축공사표준시방서를 중심으로 작성하되 이 기준 해당 장의 관련부분을 포함하고 별도의 특기시방서를 통하여 구조설계도면에 나타낼 수 없는 골조공사의특기사항을기술함으로써구조설계취지에부합하도록작성하여야한다.

② 이 기준의 내용과 국토해양부 제정 건축공사표준시방서의 내용이 일치하지 않을 때 는 이기준에 따른다.

(8) 각종 검사와 실험 및 구조재료의 성능검증(건축구조기준 0105) 구조설계에 적용한 재료 및 제작물 등의 품질확인 성능검증의 절차 및 방법과 규격 외 자재사용 또는 특수한 공법을 적용할 경우의 사용승인을 위한 기술적 방법, 강구 조접합부 인증실험 및 풍동실험 등에 필요한 사항은 제2장에 따라야 한다.

(9) 구조안전의 확인(건축구조기준 0106) 건축물 및 공작물이 안전한 구조를 갖기 위해서는 설계단계에서부터 시공감리 및 유지·관리 단계에 이르기까지 이 기준에 적합하여야 하며 이를 위한 구조안전의 확 인사항은 다음과 같다.

① 구조설계도서의 구조안전 확인(건축구조기준 0106.1) 건축물 및 공작물의 구조체에 대한 구조설계도서는 책임구조기술자가 이 기준에 따라 작성하여 구조 안전이 확보되도록 설계하였음을 확인을 하여야 한다.

② 시공상세도서의 구조안전 확인(건축구조기준 0106.2) 시공자가 작성한 시공상세도서 중 이 기준의 규정과 구조설계도서에 적합한지에 대하여 책임구조 기술자로부터 구조안전(지진에 대한 안전 포함)의 확인을 받아야 할 도서는 다음과 같다.

가. 구조체 배근시공도

나. 구조체 제작·설치도

다. 구조체 내화상세도

라. 부구조체 시공도면과 제작·설치도

마. 건축설비의 설치상세도

바. 가설구조물의 구조체 시공상세도

사. 밸류엔지니어링(V.E.) 구조설계도서

아. 기타 구조안전의 확인이 필요한 도서

 

 

6. 프로그램을 이용한 구조해석

(1) 구조해석 및 설계 프로그램 개인용 컴퓨터(PC)에 의한 구조해석프로그램은 실무에서 널리사용되고 있어 그 성능 이 기검증되었거나, 공신력이 있는 학술단체나 건축구조기술사회 등에 의하여 성능이 확인된 것이어야 한다.

(2) 구조해석을 위한 모델링

① 좌표계의 선정과 구조재의 단면 성질 입력 내용을 확인하여야 한다.

② 구조물의 모델링 절점의 입력, 요소의 선택 및 연결, 바닥판, 벽체 및 기초/지하구조의 모델링에 유 의하며 모델링 시 기본적으로 다음의 원칙에 의하여야 한다.

가. 필요이상으로 복잡하게 하지 않는다.

나. 부재의 상세한 거동은 큰 모델에서 구하지 않고 일부를 떼어 내어 별도의 상세한 모델에 의하여야 한다.

다. 해석모델에 반영한 기본적인 가정은 충분히 검토한 후 입력한다.

③ 경계조건의 입력 절점의 경계조건과 요소의 경계조건을 구분하여 입력하여야 한다.

④ 하중입력

(3) 구조해석 결과의 검토 구조해석결과를 입력 자료와 구조해석 모델을 구분하여 검토하고 최소한 다음사항 을 검토하여야 한다. ① 축력 및반력

② 변형 및변위조건

③ 고유주기와 고유모드

④ 부재력

⑤ 주요구조부에 대한 책임기술자가 검증한 별도보고서

 

출처-국가철도공단 KR A-04020