구조시스템 수직 조합에 관한 내용 (전이구조)

Question

대표님의 명강의를 열혈 시청중인 건설회사에서 근무하는 구독자 입니다.

시공회사에서 근무하는 사람으로서 현장에서 건축구조를 이해하는데 정말 많은 도움을 받고 있어 감사드립니다.

 

다름아닌 건축구조시스템에 대한 현장실무와 관련하여 질의 드립니다.

현장건물개요는 지하3층 지상17층이고 지하3층~지상2층까지는 라멘조, 3층~17층은 벽슬라브구조이며, 2층이 전이층으로 TG보(3층바닥)이며 지상층높이 H=57M 로 되어있는 철근콘크리트조 건물입니다

 

질문1. 구조안전 및 내진설계확인서의 횡력저항시스템은 "내력벽시스템-보통전단벽"으로 표기되어 있으면, 전단벽구조 보아야하는데, 전이보와 전이기둥에 대해서는 내진철근을 적용하라고 되어 있습니다. 내진철근은 중간모멘트골조에서 사용하는 알고 있는데 내진벽구조에서 내진철근을 사용하는 이유가 궁금합니다.

 

질문2. 그렇다면 전이층이 아닌 전이층이하 나머지층은 중간모멘트골조가 아닌 일반보와 기둥으로 보고 철근배근을 하여도 무방한지요?

 

질문3. 다른 현장의 도면의경우 구조안전 및 내진설계확인서의 횡력저항시스템이 "보통전단벽"으로 표기되어 있는데도 전이층 이하의 모든 철근을 내진철근을 사용하라고 되어있는 도면도 있습니다.

이 경우는 전이층뿐아니라 전이층 이하의 모든층이 중간모멘트골조로 보고 철근배근을 하여야하는지요?

 

질문4. 심지어 어떤 도면은 기초철근도 내진철근을 사용하라고 되어있는데 이러한 경우는 어떤 경우 인지? 표기가 잘못된 것인지 궁금합니다.

 

질문5. 현장에서는 중간모멘트 골조에 대해 관심이 많습니다, 왜냐하면 구조도면의 구조일반사항에서는 중간모멘트골조 보에 대한 철근이음시 압축측에서 이음을 하여도 연속 내지 A급이음 또는 B급이음을 하게 되어있는데, 현장실무에서는 일반보와 중간모멘트 보에 대한 구분이 명확하지 않아 철근 이음길이에 대한 철근배근에 혼란이 있습니다.

횡력저항시스템이 보통전단벽(내진설계확인서기준)인데도 불구하고 중간모멘트를 적용한 부재가 있는지 없는지 확실하지 않으며, 있다면 구도평면도상 어떠한 부재에 중간모멘트 배근기준을 적용하여야 한는지 판단하기 어렵습니다.

보통전단벽설계(내진설계확인서기준)에서 중간모멘트골조에 대한 부재를 어떻게 구별하여 철근배근해야 하는지 알고 싶습니다.

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Answer

질문과 같이 상부는 내력벽시스템(철근콘크리트 보통전단벽)이고, 이들 내력벽을 하부 어떤 층에서 전이보와 필로티기둥으로 전이시켜는 지진력저항시스템의 경우에는 전이층을 기준으로 상부구조시스템과 하부구조시스템이 달라집니다.

이런 경우에는 『건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)』에 의하면 다음과 같이 기술하고 있습니다.

 

6.4.1 수직 조합에 대한 계수

동일방향의 지진하중에 대하여 지진력저항시스템이 수직으로 조합되어 사용된 구조물의 경우, 다음 요구사항을 따른다. 단, 지하구조물은 이 절의 적용대상에서 제외한다.

 

(1) 하부 시스템의 R이 상부 시스템의 R보다 더 작은 경우, 상부 시스템의 설계에는 상부 시스템의 설계계수(R, Ω₀, 및 Cd)를 사용할 수 있다. 하부 시스템의 설계에는 하부 시스템의 설계계수(R, Ω₀, 및 Cd)를 적용하여야 하고, 또한 상부 시스템으로부터 하부 시스템으로 전달되는 힘은 상부 시스템의 R을 하부 시스템의 R로 나눈 값을 곱하여 증가시켜야 한다.

 

(2) 하부 시스템의 R이 상부 시스템의 R보다 큰 경우, 상부 시스템의 설계계수(R, Ω₀, 및 Cd)를 상부 및 하부 시스템 모두에 적용하여야 한다.

 

다만, 다음의 경우는 예외로 한다.

(1) 높이가 2층 이하이고 전체 구조물 중량의 10% 이하인 옥상 구조물

(2) 전체 구조물 중량의 10% 이하의 중량을 갖는 별도 지지된 구조물

(3) 1가구 및 2가구 단위의 경량골조 독립주택

 

결국, 상부 내력벽과 전이층이 있는 지진력저항시스템은 일반적으로 상기 (2)의 조건에 해당합니다.

 

왜냐하면, 상부 내력벽시스템 – 철근콘크리트 보통전단벽은 R(반응수정계수)=4로, 코아(Core) 벽체와 모멘트골조가 있는 전이층을 포함한 하부 지상층 지진력저항시스템에 비하여 R(반응수정계수)이 작기 때문입니다.

 

예를 들어 전이층을 포함한 하부 지상층 지진력저항시스템은 일반적으로 다음과 같이 볼 수 있습니다.

① 중간모멘트골조를 가진 이중골조시스템 – 철근콘크리트 보통전단벽 : R=5.5

② 철근콘크리트 보통 전단벽-골조 상호작용시스템 : R=4.5

 

따라서 질문과 같은 구조시스템의 지진력저항시스템은 상부 지진력저항시스템을 기준으로,

『내력벽시스템 – 철근콘크리트 보통전단벽』으로 적용하고 있는 것입니다.

 

한편 현행 건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)에 따르면,

중간 및 특수모멘트골조, 특수전단벽의 경계요소와 연결보에 사용되는 주철근은 한국산업규격의 내진용철근(SD400S, SD500S, SD600S)을 사용해야 합니다.

 

답변1.

현행 건축구조기준(KDS 41)만을 본다면, 전이보와 필로티 기둥을 포함한 하부 지진력저항시스템은 ② 철근콘크리트 보통 전단벽-골조 상호작용시스템을 볼 수 있고, 이때 골조는 보통모멘트골조이므로 내진용철근을 사용하지 않아도 됩니다.

다만, 구조설계자가 하부 지상층 지진력저항시스템을 ① 중간모멘트골조를 가진 이중골조시스템 – 철근콘크리트 보통전단벽으로 보았다면, 모든 지상층 기둥과 거더(Girder)는 중간모멘트골조로 내진용철근을 사용하여야 합니다.

한편 전이보와 해당층의 필로티 기둥은 특별지진하중을 적용하는 구조적으로 매우 중요한 부재임으로 ② 철근콘크리트 보통 전단벽-골조 상호작용시스템을 적용하였음에도 구조설계자의 판단 또는 심의과정에서의 심의위원의 요청에 따라 중간모멘트골조 이상의 내진상세 및 내진용철근을 사용하기도 합니다.

 

그리고 지하층 구조시스템의 지진력저항시스템은 R(반응수정계수)=3 으로,

지상층 지진력저항시스템에 영향받는 일부 부재를 제외하고, 보통전단벽과 보통모멘트골조를 적용하면 됩니다.

 

답변2.

전이보와 필로티 기둥을 포함한 하부 지진력저항시스템을 ② 철근콘크리트 보통 전단벽-골조 상호작용시스템으로 보았다면 지상층 및 지하층의 일반 보와 기둥은 보통모멘트골조에 해당하는 배근을 하면 됩니다.

 

답변3.

요즘 건축 및 구조심의과정에서 보면, 내진용철근은 무조건 좋다고 생각하고,

경제성은 무시하고 모든 철근을 내진용철근으로 적용한 구조설계도서도 있고,

무작정 내진용철근을 적용하라는 심의위원도 있는데, 이것은 비합리적인 판단으로 생각합니다.

 

답변4.

기초 철근은 내진용철근을 사용할 필요가 없습니다.

 

답변5.

일단 작은보(Beam)는 지진력 저항요소가 아니므로 일반 보의 배근상세를 적용하면 되고,

기둥과 큰보(Girder)가 보통모멘트골조인지 중간모멘트골조인지의 구분이 중요한데,

이것은 상기에서 기술했듯이 구조설계자의 설계의도가 중요함으로 원 구조설계자에게 문의하셔서 구분하는 것이 가장 좋을 듯 합니다.

 

출처 : 하이구조