학교시설 내진보강 매뉴얼 (교육부 보강편)

10 내진보강공법의 선정

10.1 내진성능평가결과의 분석

합리적인 내진보강목표를 달성하기 위해서는 내진성능평가에서 분석된 상세, 부재, 그리고 시스템의 내진 취약성을 종합적으로 분석 및 검토하여 보강설계의 기본방향을 설정하여야 한다. 내진성능평가보고서를 근거로 분석이 필요한 항목은 다음과 같다.

(1) 기존 시설의 보유성능의 재평가

내진성능평가보고서에 보고된 기존 구조물의 보유성능을 재평가하고 결과를 분석 한다. 정밀평가 결과 보유성능이 적절한 경우에는 이를 보고하고 사업을 종료한다.

(2) 기존 시설의 보유성능 분석

보유성능은 목표성능수준에 대한 백분율로 정의되므로, 보강량의 수준을 파악할 수 있다.

(3) 목표성능 미달한 부재의 강도비와 평면 및 입면상 분포 분석

각 부재의 강도비를 조사하여, 많은 보강이 필요한지 아니면 간략한 보강을 사용할 수 있는지 판단한다. 평면적으로 넓은 면적에 보강 부위가 분포하는지 아니면 국부적인 영역에 국한되는지 판단한다.

(4) 가능한 보강계획 및 방법 고려

보강계획은 강도보강, 연성보강, 하중저감방법이 있으며, 구조물의 구조형식, 층수, 면적을 고려하여 경제적이면서 효율적인 보강방법을 선택한다. 보유성능이 현저히 낮은 경우에는 전단벽 설치 등 집중보강(시스템보강)을 고려하고, 보유성능이 목표성능에 근접하여 제한적인 보강만 필요할 경우에는 개별보강을 고려하는 것이 바람직하다.

(5) 경제성, 공사기간의 비교

보유성능이 낮은 경우에는 경제성과 시공성을 위하여 집중보강방법을 선택한다. 다만, 개별보강이 용이하고 경제적인 경우에는 개별보강을 선택한다.

(6) 중력하중에 대한 보강

중력하중에 대한 보강이 필요한 경우에는 해당 부재에 보강을 하여야 하므로, 보강위치를 조정하기 어렵다. 따라서 중력하중과 지진하중에 대하여 모두 효율적인 보강방법을 선택하는 것이 바람직하다. 중력하중에 대하여 내력이 부족한 것으로 평가되는 경우에도 현장조사를 통하여그러한 징후가 발견되지 않는 경우에는 정밀한 조사에 의해 근거를 파악한 후 해당 사용조건을 유지하는 것을 전제로 계속 사용할 수 있다.

10.2 내진성능보강 계획

보강계획적인 측면에서 강도와 강성을 증대시키는 방법, 연성을 향상시키는 방법, 하중을 저감시키는 방법을 선택할 수 있다.

10.2.1 강도 및 강성증가

(1) 일반적인 건축재료를 사용하여 보강하는 방법으로서 강도가 부족한 경우 각 부재를 보강하거나 구조시스템을 신설한다. 강도의 증가는 강성의 증가를 수반하여 지진하중을 증가시킬 수 있으므로 이에 대한 효과를 검토하여야 한다.

(2) 부재를 신설하는 방법 또는 기존 부재를 보강하는 방법을 사용할 수 있다.

(3) 부재 신설방법 (시스템보강 또는 집중보강)

① 부재 신설의 대표적인 방법은 전단벽, 채움벽 또는 가새골조의 설치이다. 내력이 부족한 부재가 많거나 각 부재보강이 여의치 않은 경우, 집중적인 보강을 통하여 구조물의 강도를 증가시키고, 내력이 부족한 부재들의 요구하중을 감소시킨다.

② 신설 부재는 하중의 전달 경로와 분포를 변화시키고 구조물 전체의 하중 증가를 유발하므로 기존 부재와 기초의 안전성을 면밀히 검토하여야 한다.

③ 일반적으로 기초 보강이나 신설이 필수적이므로 시공성을 고려하여야 한다.

④ 큰 부재를 신설하기 위해서는 주로 개구부을 없애거나 외관을 변경하여야 하므로 건축주 및 건축사와 긴밀한 협의가 요구된다.

(4) 기존 부재 보강방법 (개별보강)

① 기둥에 대한 보강방법은 날개벽 설치, 기둥단면 증가 등이며, 보에 대한 보강방법은 강판보강, FRP보강이 대표적이다.

② 신설공법에 비하여 건물외관과 사용성에 미치는 영향이 작은 반면, 개소수가 많아지면 시공성이 저하되어 경제성이 떨어진다.

③ 중력하중에 대한 보강이 요구되는 경우에는 효율적으로 사용이 가능하다.

(5) 기타 고려사항

① 내진보강을 적용하면 구조물의 주기가 짧아져 응답지진력이 커지게 되고, 거동특성 상 건축물의 연성능력은 향상되지 않으나 강도 및 강성이 커지게 되어 내진성능의 향상된다. 또한 신설된 부재는 하중의 전달경로와 분포를 변화시키고 구조물 전체의 하중이 증가되므로 기존 부재의 안전성도 검토하여야 한다.

② 전단벽, 가새 또는 부축벽을 추가로 설치하는 경우 횡력의 상당부분은 신설된 부재가 저항하게 되어 기초 보강이 요구되므로 이에 대한 검토가 요구된다.

③ 기초에 인장력이 발생하지 않도록 보강방법을 채택한다. 기초 면적을 증가시키거나 주변 기초들을 연결하여 인장력이 아닌 휨모멘트로 저항할 수 있도록 한다.

④ 외부 창호벽에 강재가새골조 또는 콘크리트벽을 끼워 넣는 공법이 사용되는 경우, 이 끼움 골조는 해당 기존 기둥과 보를 직접적으로 보강하는 공법이 아니며, 특히다층구조의 경우 기둥이 연속으로 보강되지 않으므로, 해석과 강도평가 시에 힘의 흐름의 적절성을 면밀히 검토하여야 한다. 이러한 검토와 구체적인 설계방법이 제시되지 않은 경우 특수공법으로 분류하여 성능입증 자료가 요구된다.

10.2.2 연성증가

(1) 변형능력을 향상시킴으로써 요구하중의 크기를 감소시킬 수 있다.

(2) 기둥과 보에 대한 연성증가방법으로는 섬유보강공법, 철판보강공법, 철근콘크리트환형고리 감싸는 보강공법 등이 있다.

(3) 구조물의 연성을 증가시키기 위해서는 해당되는 모든 구조부재의 연성보강이 필요하다. 따라서, 많은 부재에 내진보강이 요구되는 비내진구조의 보강방법으로는 적절하지 않으며, 내진구조에서 국부적으로 연성능력이 부족한 경우에 사용이 가능한 방법이다.

(4) 보강재료에 따라서는 강도증가와 연성증가 효과를 동시에 고려할 수 있는 방법이 있으나, 이 경우에도 보강부재에 연성증가효과가 국한되므로 전체 시스템의 연성능력의 향상에는 한계가 있다.

10.2.3 하중저감

(1) 지진하중의 직접적인 원인과 경로를 차단 또는 저감하는 방법이다.

(2) 하중저감 방법으로는 다음의 방법은 선택할 수 있다.

① 질량을 저감하거나 제거하여 관성에 의한 지진하중을 저감하는 방법

② 일부 부재를 제거하여 강성을 낮추고 주기를 증가시키는 방법

③ 감쇠장치 또는 면진장치를 설치하여 감쇠 또는 면진에 의해 하중을 저감하는 방법. 이 경우 장치에 대한 입증자료가 요구된다.

(3) 기존 학교의 경우, 질량을 제거하거나 일부 구조부재 또는 비구조재를 제거하여지진하중을 줄일 수 있는 방법은 효율적으로 사용하기 어렵다.

(4) 감쇠장치의 경우도 기존 학교의 경우에는 채움벽과 허리벽으로 인하여 구조물의 변형능력이 크지 않으므로, 감쇠장치의 역할을 기대하기 어렵다.

[해설]

위에서 제시된 성능향상 단계에서 부재 단면의 보강을 통해 강도, 강성, 그리고 연성도를 증가시키기 위해 강재, 콘크리트, 유리섬유, 탄소섬유, 에폭시 등을 이용한다. 한편 시스템 단계에서는 상층부를 제거하거나 비구조재를 경량재로 교체하는 방법을 통하여 구조물의 중량을 저감시켜결과적으로 지진하중의 크기를 저감시키는 방법을 사용할 수도 있다. 이는 지진하중의 크기 즉, 요구량을 감소시키는 방법이다. 또한 건축물에서는 기둥, 벽, 가새와 같은 수직부재가 구조물의 지진하중 및 수직하중의 저항에 큰 역할을 하므로 대부분의 경우 내진보강은 건축물의 수직부재를 대상으로 한다. 따라서, 내진성능이 부족할 경우 사용되는 일반적인 방법은 추가적인 모멘트골조, 전단벽, 가새, 혹은 버팀벽의 설치를 통해 전체 구조물의 강성 및 강도를 증가시키는 방법과 함께 연직하중 저항시스템의 낮은 횡변형능력이 문제가 될 경우 추가적인 연직하중 저항시스템의 설치가 횡하중 저항부재의 보강에 비해 경제적인 방법이 될 수 있다. 또한, 가능한 한 부재의 항복순서가 내진성능이 효율적인 붕괴기구로 이루어질 수 있도록 즉, 보의 항복 이후 기둥이 항복하며, 가새부재의 항복 이후 접합부가 항복하고, 기둥과 전단벽의 경우 휨항복이 전단파괴보다 선행하도록 유도하여야 한다. 신설 구조부재의 설치와 기존 부재의 보강 시에는 하중의 흐름이 바뀌므로, 기존 부재를 포함한하중경로 상의 구조요소가 변화된 하중을 견딜 수 있는지를 확인하여 설계자가 의도한 바와 같은 하중의 분포가 이루어질 수 있도록 접합부, 보강층 하층부의 수직부재, 기초 등의 보강이 적절히 이루어져야 한다. 성능향상을 위한 또 다른 접근방법으로는 감쇠장치를 통해 구조물의 동특성을 변화시켜 주로 감쇠비를 증가시켜 지진하중을 감소시키는 방법을 사용할 수도 있다. 감쇠장치의 경우 크게 점탄성댐퍼 혹은 이력댐퍼 등 감쇠비를 증가시키는 감쇠장치와 부가질량의 운동을 통해 주구조체의 변위를 감소시키는 동조질량장치로 구분할 수 있다. 이 매뉴얼의 18장에서는 감쇠장치를 이용한성능향상기법만을 다루고 있다. 동조질량장치의 경우 일반적으로 강진 시 내진성능의 향상에는 큰 효과가 없는 것으로 보고되고 있으나 경우에 따라 효과가 있을 것으로 판단될 경우 또한 이매뉴얼에서 다루지 않은 감쇠장치의 경우에도 구조공학의 원리에 맞는 해석과 설계절차를 통해성능향상을 위해 사용될 수 있다. 면진장치나 감쇠장치를 사용한 특수보강공법은 시공이 간편하기 때문에 선호되는 경향이 있으나 기존의 방법들보다 비용이 많이 들고, 충분한 에너지소산을 위해 기존 부재가 일정 수준 이상의 변형 능력을 가져야 하는 전제조건이 따른다. 마지막으로 충분한 변형능력을 가진 부재에 취성적인 거동을 하는 요소가 같이 붙어있을 경우취성거동 요소를 제거하거나 분리시켜 전체적인 내진성능을 향상시킬 수 있다. 모멘트골조의 기둥 사이에 채움벽이 있을 경우 채움벽을 제거하는 방법이 여기에 해당한다.

10.2.4 구조항목별 보강계획

<표 10-1>은 구조항목별 성능이 부족한 경우 선택할 수 있는 보강계획을 요약하여나타내고 있다.

항목 보강 계획 부재신설 부재단면증설 연결성제고 하중저감/연성능력 부재제거 시스템 강도 골조/벽체/가 새/끼움골조/ 끼움벽체/끼움가새 - - 채움벽제거 채움벽제거 강성 골조/벽체/가 새/끼움골조/ 끼움벽체/끼움가새 - - 채움벽제거 채움벽제거 연성 및 에너지소산능력 - - - 감쇠장치 - 시스템형상 약층 벽체/가새/끼움벽체/끼움가새 기둥보강 - - - 비틀림 벽체/가새/끼움벽체/끼움가새 - - - - 하중경로 수직하중경로 수직부재의 추가 필로티기둥의 보강 수직부재의 연결 - - 수평하중경로 (인접건물간격) - - 격막슬래브의 연결 - - 기초 기초판 기초판신설 기초판확장기초판연결 - - - 지반 마이크로파일 - - - - 부재 단면 날개벽 단면증설, 강판보강 - 섬유보강 - 접합부 날개벽 단면증설 - - -

10.3 내진성능보강방법 및 선정

(1) <표 10-2> ~ <표 10-6>은 각각 철근콘크리트 모멘트골조, 철근콘크리트 전단벽구조, 철골 모멘트골조, 철골 가새골조, 및 비보강보적조의 일반적인 성능향상방법을 제시한다.

(2) 강-콘크리트 합성구조의 성능향상방법은 콘크리트와 강구조의 성능향상방법을 따른다.

(3) 여러 개 골조형식으로 구성된 혼합구조의 성능향상방법은 각 골조형식의 성능향상방법을 따른다.

(4) 여기서 제시되지 않는 성능향상방법은 책임구조기술자의 판단하에 사용될 수 있다.

보강법의 분류 보강방법 효과 관련 조항 신설 부재 콘크리트채움벽 전단벽의 증설 및 신설 RC/RC/강재 모멘트골조 철골 끼움골조 철골 가새골조의 신설 철골 끼움가새 부축벽 강판채움벽 기둥과 내력벽 신설 충전벽 PC벽 신설 기초 신설 강도 및 강성의 증가 11.2.1 11.2.2 11.2.4 11.2.5 11.2.6 11.2.7 11.2.8 11.2.9 11.2.10 11.2.11 11.2.12 - 기존부재의 보강 기둥단면 확대 기둥날개벽 기둥 강판둘레 보강 기둥 띠철판둘레 보강 기둥 섬유둘레 보강 보 강판 보강 보 섬유 보강 슬래브 연결 기초 확장/기초 연결 강도 및 강성증가 강도 및 강성증가 강도 및 강성증가 변형능력의 증가 변형능력 증가 휨강도, 전단강도증가 휨강도, 전단강도증가 다이아플램 작용 강도증가 12.2.1 11.2.3 12.2.1 12.2.1 12.2.1 12.2.2 12.2.2 - 16.2 지진하중의 저감 상층부 철거 감쇠장치 설치 질량의 감소 감쇠비의 증가 - 18장 부재의 제거 전단파괴형 기둥의 제거 채움벽 제거 연성거동 유도 - -

보강법의 분류 보강방법 효과 관련 조항 신설 부재 콘크리트채움벽 전단벽의 증설 및 신설 부축벽 신설 기초 신설 강도 및 강성의 증가 11.2.1 11.2.2 11.2.8 - 기존부재의 보강 전단벽의 섬유보강 전단벽의 콘크리트덧침 전단벽의 강판보강 기초 확장/기초 연결 강도 및 변형능력의 증가 12.2.3 12.2.3 12.2.3 16.2

보강법의 분류 보강방법 효과 관련 조항 신설 부재 전단벽의 증설 및 신설 철골가새의 신설 철골골조의 신설 강판전단벽 신설 기초 신설 강도 및 강성의 증가 11.2.2 14.8 「건축구조기준」에 따름 「건축구조기준」에 따름 「건축구조기준」에 따름 기존부재의 보강 기둥 단면보강 보 단면보강 보 기둥 좌굴방지보강 접합부 보강 페널존 보강 주각부 보강 기초 확장/기초 연결 강도 및 변형능력의 증가 14.2.1 14.2.2 14.3 14.4 14.5 14.6 16.2 지진하중의 저감 상층부 철거 감쇠장치 설치 질량의 감소 감쇠비의 증가 - 18장 부재의 제거 채움벽 제거 연성거동 유도 -

보강법의 분류 보강방법 효과 관련 조항 신설 부재 철골가새의 신설 강판전단벽의 신설 기초 신설 강도 및 강성의 증가 「건축구조기준」에 따름 「건축구조기준」에 따름 「건축구조기준」에 따름 기존부재의 보강 가새의 교체 가새의 보강 기둥단면 보강 보 단면 보강 기초 확장/기초 연결 강도 및 변형능력의 증가 「건축구조기준」에 따름 「건축구조기준」에 따름 14.2.1 14.2.2 16.2

보강법의 분류 보강방법 효과 관련조항 신설 부재 철골골조의 신설 전단벽의 신설 대린벽의 설치 기초 신설 강도 및 강성의 증가 강도 및 강성의 증가 강도 및 강성의 증가 강도의 증가 13.5 - - - 기존부재의 보강 조적벽의 섬유보강 조적벽의 콘크리트덧침 개구부의 채움 개구부 인방보보강 강재 스크류 앵커보강 일체성 강화 조적채움벽 전도보강 기초 확장 강도 및 변형능력의 증가 13.2.1 13.2.2 - 13.2.4 13.2.3 13.4 13.3 -

10.4 보강구조의 성능평가를 위한 설계계수

(1) 선형구조해석평가를 사용하여 신설 보강구조의 기여도만을 고려하는 경우, 지진력저항시스템과 설계계수는 신설보강구조의 형식에 따른다. 기존 구조와 신설 구조의 기여도를 모두 고려하는 경우에는 두 구조형식을 고려하여 지진력 저항시스템과 설계계수는 안전측의 값을 선택하여야 한다.

(2) 비선형구조해석평가를 사용하는 경우, 신설 구조부재에 대해서는 신설 부재의 모델을 따르며, 기존부재와 신설부재의 기여도를 모두 고려하는 경우에는 변형능력의 정의는 두 부재의 상세를 고려하여 안전측으로 결정한다.

11 시스템보강 일반공법

11.1 일반사항

11.1.1 개요

(1) 이 장에서는 여러 개의 부재들로 구성된 시스템을 추가하여 집중보강하는 시스템보강공법을 규정한다. 각 부재의 개별 보강공법 및 설계는 12 – 16장에 따른다.

(2) 이 장에서 규정하는 보강공법은 철근콘크리트 및 철골 부재를 신설하여 내진보강을 하는 일반공법에 한정한다. 일반공법은 「건축구조기준」에서 규정하는 일반적인 재료와 설계방법으로 설계가 가능하면서 보편적으로 사용되어 내진성능과 설계절차가 검증된 공법을 가리킨다.

(3) 시스템보강 일반공법은 철근콘크리트구조와 강구조 일반공법으로 구분된다. 감쇠장치를 통해 지진하중을 저감시키는 방법은 18장에 따른다.

(4) 이 장에서 다루는 공법의 경우에도 각각에 대해서 제시되는 요구조건을 충족하지못하는 경우에 특수공법으로 간주하며, 기준 8.9와 매뉴얼 18장에 따른 성능입증 및 성능검증이 요구된다.

[해설]

(1) 부재 보강단계에서 보강의 범위가 너무 많아지는 경우에는 시스템보강에 의해 지진하중을 집중적으로 지지하게 하는 것이 구조적으로 효율적일 수 있다. 시스템보강으로는 전단벽, 날개벽, 가새, 강접골조 또는 부축벽 등을 추가하는 방법이 보편적으로 사용되고 있다. 보강공법에 따라 내진보강의 구조적인 효율성, 공사비용 및 공사기간이 크게 차이가 날 수 있으므로 보강공법 선정 시 합리적인 선정방법에 따라 적합한 공법을 선정하여야 한다.

(2) 특수공법에 대한 정의는 기준의 용어정의와 매뉴얼 18장에 따른다.

11.1.2 주요 고려사항

(1) 시스템 보강공법의 선정시 학교시설물의 구조적인 특징 외에도 미관 및 사용성 등의 건축적인 측면도 고려하여야 하며, 시스템 보강공법에 따라 공사기간, 공사규모등이 크게 달라질 수 있으므로 학교시설물의 특성을 충분히 고려하여 공법을 선정하여야 한다.

(2) 시스템보강을 적용한 구조물에 대해서는 제2편에 따라 내진성능평가를 실시하여야 한다.

(3) 시스템보강을 위해 부재가 추가되는 경우에는 신설 부재로 인해 하중의 경로와 분포를 변화시킬 뿐만 아니라 구조물 전체의 하중 증가를 유발할 수 있으므로 기존 부재들의 안전성을 검토하여야 한다.

(4) 설계자는 구조해석 시 해석모델링은 보강된 구조물이 보강설계 시에 가정한 대로 거동할 수 있도록 합리적인 방법으로 모델링하여야 한다.

[해설]

(1) 학교시설물 내진보강방안 선정시 고려하여야 할 구조적인 특징은 다음과 같다.

① 증개축 이력

② 취성적인 거동특성

③ 단주효과 고려

④ 단변방향 조적채움벽

⑤ 보‧기둥 접합부의 콘크리트 상태 불량

(4) 동일한 시스템보강 공법이라도 모델링 방법에 따라 전혀 다른 결과가 나와 보강량이 크게 달라질 수 있으므로 설계자는 구조적으로 합리적인 방법으로 모델링하여야 한다. 내진성능평가를 위한 해석모델링 시 전반적으로 고려하여야 할 사항은 1.4.2에 언급되어 있으며 시스템보강공법 적용 시 고려하여야 할 주요사항은 다음과 같다.

① 비선형정적해석은 사용하는 경우 고차모드의 영향을 고려하지 않아도 되는 지에 대한 검토가 요구된다.

② 기초에 연결보가 있는 경우 지점을 고정단으로 모델링할 수 있으며 힌지로 모델링하는 경우에는 연결보를 모델링에 포함하여야 한다. 또한 기초에 인발이 생기는 경우 인발의 보강여부에 따라 지지조건을 모델링하여야 한다.

③ 조적채움벽에 대한 모델링 시 현장조사를 통해 조적채움벽의 위치와 치수, 모르타르의 충전상태, 파괴모드에 따른 강도 및 면외전도에 대한 사항을 고려하여야 한다.

④ 지반의 특성에 따라 내진보강의 범위가 달라질 수 있으므로 지반조사를 통한 지반의 특성을 반영하여야 한다.

⑤ 기존 구조물과 신설 부재와의 연결부에 발생하는 전단력과 인장력을 검토하기 위해 사용되는 요소는 기존 부재와 신설 부재의 동일한 위치에 있어야 하며 또한 부재와 직각방향으로 축력과 전단력만 전달하는 것으로 모델링하여야 한다.

⑥ 외부에 골조가 추가로 설치되는 경우 보강된 골조로 지진하중이 충분히 전달될 수 있도록 다이아프램 거동 등의 하중 전달 과정에 대해 고려하여야 한다.

11.1.3 시스템보강 방안

(1) 목표내진성능을 만족시키지 못하는 학교시설물의 경우 적절한 보강방법을 통하여 내진성능을 향상시켜 부재력, 소성회전각, 층간변형 등이 목표성능수준 이내에 있는 지를 확인함으로써 보강의 적정성을 판단한다.

(2) 보강원리의 측면에서 내진보강은 강도와 강성을 증대시키는 방법, 연성을 향상시키는 방법, 내진요구를 저감시키는 방법으로 분류할 수 있으며 보강설계의 방향은 내진성능평가단계에서 상세, 부재 및 시스템의 관점에서 분석한 후 결정하여야 한다. 보강방법의 결정 시 고려사항은 10장을 따른다.

(3) 일반적으로 학교건축물에서 사용되는 주요 시스템보강공법의 종류는 [그림 11-1]과 같고 각각의 장단점에 대한 비교는 <표 11-1> 및 <표 11-2>와 같다. 표에 나타난 바와 같이 각각의 내진보강공법이 가지는 장단점을 분석한 후 보강목적과 대상 학교시설물의 특성을 고려하여 보강공법을 선정하는 것이 바람직하다.

철골끼움가새철골끼움골조 철골끼움가새

부축벽

RC, SRC 골조신설

날개벽 채움벽

개구부가 있는 채움벽기둥추가 기초보강

전단벽 신설

평가항목 보강방법 평면 계획 시공성 채광 외관 기초보강 경제성 보강 성능 전단벽 신설 △ △ × △ × ○ ○ 전단벽 두께 증가 ○ ○ △ △ △ △ △ 기둥 날개벽 신설 ○ △ △ × △ ○ △ 골조 신설/끼움골조 ○ △ ○ △ △ △ △ 철골가새 △ ○ △ △ × △ ○ 부축벽 △ △ ○ × × ○ ○ 프리캐스트 벽체 ○ ○ △ △ × △ ○

○ : 좋음, △ : 보통, × : 나쁨

평가항목 보강방법 평면 계획 시공성 채광 외관 기초보강 경제성 보강 성능 가새 신설 △ ○ △ △ × ○ ○ 내진철골조 신설 ○ △ △ ○ △ △ △ 내진기둥 ○ ○ ○ △ △ △ × 골조내부 채움벽 × △ △ △ × △ ○

○ : 좋음, △ : 보통, × : 나쁨

11.2 철근콘크리트구조

11.2.1 철근콘크리트 채움벽

(1) [그림 11-2]에서와 같이 모멘트골조 내에 철근콘크리트벽체를 신설하고, 벽체의 수직과 수평철근을 보와 기둥에 정착 또는 관통시키는 보강공법이다.

(2) 이 보강공법은 [그림 11-2]에서와 같이 개구부가 있는 경우와 없는 경우로 구분할 수 있으며 공간 기능상 장애가 되지 않도록 배치를 충분히 고려하여야 하고, 평면상 또는 입면상으로 균형있게 배치하여야 한다.

(3) 신설되는 채움벽의 철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽은 전단력만을 전달하도록 구조해석되고 설계되어야 한다. 이때에도 채움벽의 수직철근과 수평철근은 벽체의 전단력을 전달하는 데 충분하도록 보와 기둥에 정착되어야 한다. 또한 단부 기둥과 채움벽을 포함하는 벽체의 휨모멘트에 의한 인장력은 단부기둥의 수직철근에 의하여 저항되어야 한다. 따라서 단부 기둥에 별도의 보강이 없는 경우에는 벽체의 휨모멘트는 단부 기둥이 지지하는 것으로 검토하여야 한다.

(4) 기초까지 채움벽 또는 벽체가 설치되는 경우에는 채움벽이 전단력과 함께 휨모멘트를 전달하도록 설계할 수 있다. 다만, 이때 신설되는 채움벽의 철근을 기존보에 관통시키지 않는 경우 채움벽의 설계 휨인장력은 300 mm의 벽체 길이당 2-D10이 발휘하는 설계인장력을 초과할 수 없다. 또한 수직철근은 제한된 휨인장력을 충분히 발휘할 수 있도록 이음길이, 정착길이 및 부착강도가 확보되어야 한다.

(5) 채움벽골조의 휨모멘트를 저항하기 위하여 기초의 안전성이 검토되어야 한다. 필요한 경우 기초를 확장하거나 인근 기초와 연결하여 휨모멘트를 저항해야 한다. 경제성과 시공성을 고려하여 가급적 인발파일 보강은 사용하지 않는다.

(6) (3)-(5)를 만족하지 않거나 명확한 해석과 설계방법을 제시하지 않는 공법은 특수 공법으로 분류한다.

(7) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 채움벽은 콘크리트 전단벽으로 취급한다.

[해설]

(1) 철근콘크리트 보-기둥골조 내에 채움벽으로 전단벽을 설치하는 경우 신설벽체의 수직철근은[해그림 11-1(a)]에서와 같이 기존보에 정착시키거나 [해그림 11-1(b)]에서와 같이 관통시킬 수 있으나, 수직철근의 정착방법에 따라 힘의 흐름이 달라지므로 설계 시 이를 충분히 고려하여 야 한다.

(2) 실내에 신설되는 채움벽과 전단벽은 실의 사용에 제약을 받을 수 있고, 실외에 신설되는 경우에는 외관 및 실의 용도에 따른 채광에 문제가 있을 수 있으므로 설치 위치는 사용자와의 협의를 통해 조정하는 것이 바람직하다.

(3) 채움벽이 기존의 골조와 충분히 일체로 거동하게 하기 위해서는 연결부의 설계와 시공이 매우 중요하다. 신설채움벽과 기존구조체와의 연결부는 [해그림 11-1(a)]에서와 같이 철근을 기존 구조체에 매입시킨 후 신설되는 채움벽의 철근과 이음을 통하여 일체화시키는 방법이 보편적으로 사용되고 있다. 이때 벽체가 충분한 휨강도를 가지기 위해서는 [해그림 11-1(b)]에서와 같이 벽체의 철근이 기초에서부터 상하층으로 연속되도록 보강되어야 하나 만일 벽체철근이 연속되지 않거나 충분히 정착되지 않은 경우에는 벽체의 휨강도 산정시 정착철근의 허용인발력을 고려하여 철근량을 산정하거나 채움벽이 전단력만을 지지하도록 검토하여야 한다. 채움벽이 전단력만을 지지하도록 설계하는 경우에는 벽체를 스트럿과 같은 압축가새요소로 치환하여 모델링할 수 있고 벽체는 기초까지 연속되지 않아도 된다. 기존보에 수직철근이 정착되거나 관통되는 배근상세는 [해그림 11-2]와 같다.

(4) 채움벽에서는 보 영역에서 수직철근이 연속되지 않는 경우에는 휨인장력이 제한되어야 한다. 2-D10의 항복강도는 보의 스터럽의 항복강도로 정의한다. 이음길이 및 정착길이는 콘크리트구조기준에 따르고 부착강도는 매뉴얼 15.2.2에 따른다.

(5) 채움벽이 설치되면 지진력의 대부분이 전단벽에 집중되므로 기존 기초의 내력이 부족하게 되어 반드시 기초 보강에 대한 검토가 요구된다. 전단벽이 일반적으로 건물 내부에 설치되어 있어 기초 보강도 건물 내부에서 이루어져야 하므로 보강설계시 실내에서 시공이 가능한 보강공법을 선정하여야 한다. 기초 보강은 기존 기초와의 변형적합성과 힘의 분배를 고려하여 설계하여야 한다. 또한 기초에 인발력이 생기는 경우 기초보강이 요구된다.

(a) 벽체 수직철근이 기존 보를 관통하지 않는 경우

(b) 벽체 수직철근이 기존 보를 관통하는 경우

해그림 11-1 전단벽에 의한 보강상세

(a) 기존 기둥 + 신설 벽체 수평철근

(b) 기존보 + 벽체 수직철근(관통하지 않는 경우) (c) 기존보 + 벽체 수직철근(관통하는 경우)

해그림 11-2 보 및 기둥과 전단벽 철근의 연결상세

11.2.2 전단벽 증설 및 신설

(1) [그림 11-3]에서와 같이 기둥 사이에 새로운 벽을 신설하거나 기존 벽에 덧대어 벽체를 증설하여 일체형 전단벽을 구성하는 보강공법이다.

(2) 벽체의 수직철근은 필요한 위치에서 기초까지 연속되어야 하며, 수평철근은 필요시 기존 수직재에 정착되어야 한다.

(3) 벽체는 축력, 휨모멘트, 전단력에 저항하도록 설계하며, 필요한 철근량을 배치한다. 기존구조의 단부기둥에 요구되는 휨인장철근을 신설 또는 증설 벽체에 배치할 수 있다.

(4) 신설 또는 증설되는 벽체는 기존 구조에 연결재로 연결하여 일체화하여야 한다.

(5) 전단벽의 추가로 인해 생기는 휨모멘트에 저항하기 위해 기초의 안전성을 검토하여야 한다.

[해설]

(4) 덧씌운 콘크리트는 부착식 앵커나 보강철근을 이용하여 기존 벽체에 부착한다. 콘크리트는 거푸집에 현장 타설하거나 숏크리트를 사용할 수 있다. 기존 벽체와 덧씌운 부분이 변형적합성과 힘의 분배효과에 따라 하중을 분담한다고 보고 설계하거나 보수적으로 덧씌운 부분이 모든 하중에 저항한다고 보고 설계한다. 전단벽의 단면을 증가시킬 경우 기존 단면의 철근이 필요 철근량보다 적을 경우가 대부분이고 기존 단면은 이미 축하중을 부담하고 있으므로 덧씌운 부분이 지진력을 모두 부담하도록 설계하는 것을 바람직하다. 또한 기초 부분도 추가된지진력에 대해 보강하여야 한다.

(5) 기초의 보강은 11.2.1(6)에 따른다.

11.2.3 기둥날개벽

(1) [그림 11-4]에서와 같이 철근콘크리트 골조의 기둥의 좌우에 일정 크기의 철근콘크리트 날개벽을 설치하는 공법이다.

(2) 날개벽은 평면적, 입면적으로 균형있게 설치하여야 한다.

(3) 날개벽과 주변 부재와의 연결부는 [그림 11-5]에서와 같이 기존 구조체와 신설 날개벽의 연결부는 전단벽체의 증설에서와 동일하며 조합된 설계하중을 충분히 전달할 수 있도록 설계되어야 한다. 신설된 벽체의 주변 골조의 기둥과 보는 보강전단벽의 경계요소로 거동하므로 강도, 정착, 변형적합성 등을 충분히 검토하여야 한다.

(4) 신설되는 날개벽의 수직철근이 보를 관통하지 않는 경우에는 압축력만 받는 날개벽으로 설계할 수 있다. 이 경우 양쪽 중에 압축을 받는 한쪽만의 날개벽을 유효한날개벽으로 고려한다. 면내 전단에 대해서는 양쪽 날개벽이 유효한 것으로 평가한다.

(5) 증설된 날개벽과 기존 기둥에 증가된 지진력에 대한 기초와 주각부의 안전성을 검토하고, 기초 확장공법을 사용하여 보강한다.

(6) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 날개벽이 설치된 구조는 모멘트골조로 취급한다.

[해설]

(4) 신설되는 날개벽의 철근은 채움벽에서와 동일하게 기존 보의 상, 하부를 관통하여 연속시키기 어려우므로 정착시키는 것이 실무적으로 많이 사용되고 있다.

11.2.4 모멘트골조

(1) [그림 11-6]에서와 같이 기존의 철근콘크리트골조 외부에 현장타설 철근콘트리트(RC) 또는 철골철근콘크리트(SRC) 골조를 설치하고 [그림 11-7]에서와 같은 방법으로 앵커를 통해 접합시켜 일체로 거동하게 하는 공법이다.

(2) 신설되는 철근콘크리트 또는 철골철근콘크리트 골조와 기존 철근콘크리트 골조와의 연결부는 두 개의 골조가 일체로 거동하도록 설계하여야 한다.

(3) 추가되는 골조의 개소와 층수에 따른 설치는 건물의 규모에 따라 정할 수 있다.

(4) 필요한 경우 기초를 확장하고, 추가되는 철근콘크리트골조의 기둥 주근 및 철골부재는 기초에 충분히 정착되어야 한다.

[해설]

(2) [그림 11-7]과 같은 기존 철근콘크리트골조와 신설 RC 또는 SRC 골조와의 연결부는 15장의 기존 구조-보강재의 연결부에 따라 설계하여야 한다.

(a) RC와 기존 골조와의 접합상세 (b) SRC와 기존 골조와의 접합상세

그림 11-7 기존 골조와의 접합상세

11.2.5 철골 끼움골조

(1) [그림 11-8]에서와 같이 기존 철근콘크리트골조 내부에 철골골조를 삽입하여 보강하는 공법이다.

(2) 신설된 철골골조는 후설치 앵커를 통해 기존 철근콘크리트골조와 접합시켜 일체로 거동하게 한다.

(3) 끼움골조와 기존 콘크리트골조에 발생하는 축력, 휨모멘트, 전단력에 안전하도록강재부재와 기존 콘크리트부재가 설계되어야 한다.

(4) 끼움골조의 힘이 기존 골조에 전달할 수 있도록 연결재로 연결되어야 한다. 기존부재와 신설 부재가 밀착되도록 충분한 강도를 가진 채움 재료를 사용하여야 한다.

(5) 끼움골조에 의하여 단부기둥에 발생하는 인장력은 기존 기둥에 의하여 저항되어야 하며, 보 - 기둥 접합부 영역과 주각부에서 기둥을 보강하지 않는 한, 끼움골조의 수직재의 기여는 무시되어야 한다. 따라서 보 - 기둥 접합부 영역과 주각부에서 단부기둥에 별도의 보강이 없는 경우에는 단부 기둥의 인장강도는 단부 기둥의 수직철근강도에 의하여 제한되어야 한다.

(6) 끼움골조의 전도모멘트를 저항하기 위하여 기초의 안전성이 검토되어야 한다. 필요한 경우 기초를 확장하거나 인근 기초와 연결하여 전도모멘트를 저항하여야 한다. 경제성과 시공성을 고려하여 가급적 인발파일 보강은 사용하지 않는다.

(7) (3) ~ (6)을 만족하지 않거나 명확한 해석과 설계방법을 제시하지 않는 공법은 특수 공법으로 분류한다.

(8) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 끼움골조는 합성보통모멘트골조로 취급하여 「건축구조기준」에 따라서 설계계수를 정하되, 혼합구조로서 콘크리트골조의 기여도를 고려하여야 한다.

[해설]

(2) 철근콘크리트 골조 내부에 설치되는 H형강과 콘크리트의 직접접합방법과 간접접합방식의 예시는 각각 [해그림 11-3], [해그림 11-4]에 나타난 바와 같다. 강재단면과 RC 단면 사이의 계면전단력은 강재앵커에 의해서만 전달되는 것으로 가정하며 연결부 설계는 15장 기존부재-보강재 연결부에 따른다.

(3) 기존 골조 부재에 앵커를 시공하는 경우 일반적으로 콘크리트 속에 묻혀 있는 철근과 간섭이 발생하여 앵커 시공시 앵커의 위치가 철근의 위치에 따라 보정되어야 한다. 직접접합방법은 철골부재와의 접합성을 고려할 때 시공성이 떨어질 것으로 예상된다. 따라서 직접접합에 대한 설계는 충분한 안전율이 확보되어야 하며, 시공시 철저한 품질관리가 요구된다.

간접접합의 상세는 [해그림 15-1]과 같으며 주입모르타르의 압축강도는 최소 30MPa 이상이 어야 하며 충분히 채워질 수 있는 공법을 사용하여 모르타르를 주입하여야 한다. 하중 전달 시에 주입모르타르의 연성도를 높이기 위해 스파이럴후프를 사용하는 경우에는 「건축구조기준」의 제한사항을 따라야 하며, 최소 직경 6 mm 이상이어야 한다.

(5) 요구사항을 만족하기 위한 구조해석모델로서 [해그림 11-5]를 사용할 수 있다. 모델의 특징은 다음과 같다.

① 보-기둥접합부에서 인장력은 기존골조의 기둥에 의해서만 전달된다.

② 끼움부재와 기존골조를 연결하는 연결재는 압축력과 전단력만을 전달한다.

③ 선행해석 및 비선형해석에 모두 사용할 수 있다.

(6) 기초내력이 부족한 경우, 기초를 보강하거나 골조의 내력을 제한하여야 한다.

(7) 특수공법으로 분류되는 경우에는 기준 8.9와 매뉴얼 18장에 따라야 한다.

11.2.6 철골 가새골조

(1) [그림 11-9]에서와 같이 독립적으로 또는 기존의 철근콘크리트 골조에 붙여서 철골가새골조를 설치하는 보강공법이다.

(2) 보강하는 철골가새의 형태는 X자형이나, V자형 등을 적용할 수 있으며, 가새의 배치는 전단벽에서와 유사하게 평면적, 입면적으로 균형 있게 설치하여야 한다.

(3) 철골가새골조에 요구되는 하중을 저항할 수 있도록 수직재, 수평재, 가새부재, 접합부를 안전하게 설계하여야 한다.

(4) 철골가새골조를 기존 골조에 붙여서 시공하는 경우, 보와 기둥은 합성부재로 설계할 수 있으며, 그에 필요한 연결재로 연결하고 밀착되도록 채움재료를 사용하여야 한다.

(5) 철골가새골조가 기존 골조와 독립적으로 거동하도록 설계 시공되는 경우에는 각층에서 층전단력을 가새골조에 전달할 수 있도록 기존 구조의 수평재와 신설 구조의 수평재사이에 전단연결재로 긴결되어야 한다.

(6) 철골가새골조 하부에는 기초를 신설하여야 하며, 기존 기초를 확장하여 설계할 수 있다. 경제성과 시공성을 고려하여 인발파일 보강은 사용하지 않는다.

(7) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 독립적인 거동을 나타내는 철골가 새골조는 철골보통중심가새골조, 합성작용을 사용하는 끼움가새골조는 합성보통중심가새골조로 취급하여 「건축구조기준」에 따라서 설계계수를 정하되, 혼합구조로서 콘크리트 골조의 기여도를 고려할 수 있다.

11.2.7 철골 끼움가새

(1) [그림 11-10]에서와 같이 기존의 철근콘크리트 골조 내부에 철골가새를 설치하는 보강공법이다.

(2) 보강하는 철골가새의 형태는 X자형이나, V자형 등을 적용할 수 있으며, 가새의 배치는 전단벽에서와 유사하게 평면적, 입면적으로 균형 있게 설치하여야 한다.

(3) 철골가새에 전달되는 인장력과 압축력에 안전하도록 가새와 접합부가 설계되어야 한다.

(4) 철골가새의 인장력과 압축력을 기존 골조에 전달할 수 있도록 기존 부재와 끼움철골부재가 일체화 되도록 연결재로 연결되어야 한다. 기존 부재와 신설 부재가 밀착되도록 충분한 강도를 가진 채움 재료를 사용하여야 한다.

(5) 철골가새에 의하여 단부기둥에 발생하는 인장력은 기존 기둥에 의하여 저항되어야 하며, 보 - 기둥 접합부 영역과 주각부에서 기둥을 보강하지 않는 한, 끼움철골조의 수직재의 기여는 무시되어야 한다. 따라서 보 - 기둥 접합부 영역과 주각부에서 단부기둥에 별도의 보강이 없는 경우에는 단부 기둥의 인장강도는 단부 기둥의 수직철근강도에 의하여 제한되어야 한다.

(6) 끼움가새골조의 전도모멘트를 저항하기 위하여 기초의 안전성이 검토되어야 한다. 필요한 경우 기초를 확장하거나 인근 기초와 연결하여 전도모멘트를 저항하여야 한다. 경제성과 시공성을 고려하여 가급적 인발파일 보강은 사용하지 않는다.

(7) (3) ~ (6)을 만족하지 않거나 명확한 해석과 설계방법을 제시하지 않는 공법은 특수 공법으로 분류한다.

(8) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 끼움가새골조는 합성보통중심가새골조로 취급하여 「건축구조기준」에 따라서 설계계수를 정하되, 혼합구조로서 콘크리트 골조의 기여도를 고려할 수 있다.

[해설]

(3) 철골가새가 지진력을 부담하는 과정에서 지진력을 전달해 주는 철근콘크리트의 주변 부재가 탄성상태로 유지되어야 하므로 구조해석 시 이 점을 반드시 확인하여야 하며 부재설계 시 다음사항에 주의하여야 한다.

① 가새는 국부좌굴 및 휨좌굴에 의해 조기에 강도 저하가 발생하지 않고 충분한 강도와 에너지 소산능력을 발휘할 수 있도록 한다.

② 가새를 통한 보강에 있어 가새와 기둥면 간 접합부와 가새와 보 간 접합부를 유의하여야 하고, 보 웨브의 국부좌굴 및 크리플핑(crippling) 등을 고려하여야 한다.

③ 가새 단부는 볼트나 용접을 통해 거셋플레이트에 접합한다. 이때, 거셋플레이트의 항복, 단면파단, 블럭전단파단, 좌굴 등을 검토하여야 한다.

(4) 접합방식에 대한 설명은 11.2.5의 해설(2)를 따른다.

(5) 끼움가새골조의 해석모델은 11.2.5 해설(5)를 참고한다.

(6) 철골가새로 보강할 경우 전단벽보강과 마찬가지로 지진력이 보강한 철골가새에 집중하게 되므로 기존 기초에 필요한 지지력이 증가할 것으로 예상되기 때문에 기초 검토를 반드시 수행하여야 한다.

11.2.8 부축벽

(1) [그림 11-11]에서와 같이 철근콘크리트 골조 내부에 공간 기능상의 제약으로 전단벽 또는 가새 설치가 불가능한 경우, 건물 외측에 부축벽을 신설하는 공법이다.

(2) 외부에 설치되는 계단이나 승강기를 설치하기 위해 활용할 수 있으며, 수평증축을 위한 확장부 벽체로도 활용할 수 있다. 기존 격막(슬래브)으로부터 횡력이 전달될 수 있도록 충분한 수집재(collector)를 설치하여야 한다.

(3) 부축벽과 기존 구체가 연결되는 부위의 부재에 대하여 내력을 검토하여 필요시 강도와 연성도를 향상시켜야 한다.

(4) 건물 외부에 새로 설치되는 부축벽을 따라 새로운 기초를 설치하여야 한다.

11.2.9 강판 채움벽

(1) [그림 11-12]에서와 같이 모멘트골조내에 강판 채움벽을 신설하는 보강공법이다. 연성능력을 증가시키면서 벽체의 폭을 감소시키고 건식공법을 사용하여야 할 경우, 강판전단벽을 사용할 수 있다.

(2) 강판 채움벽은 전단력만을 전달하도록 구조해석을 하고 설계되어야 한다.

(3) 강판의 국부좌굴을 고려하지 않는 경우에는 강판은 전단에 의한 대각 인장력과 압축력을 전달하도록 설계될 수 있다. 이 경우에는 강판의 국부좌굴을 억제하도록충분한 보강재를 격자형으로 설치한다.

(4) 강판의 국부좌굴을 허용하는 경우에는 강도 계산시 인장역 하중(tension-fieldaction)을 고려하여 강판의 대각인장내력만을 고려하여야 하며, 구조해석에서 대각인장가새로 고려하여야 한다.

(5) 강판벽의 전단강도 (또는 대각 인장강도)를 기존 구조에 전달할 수 있도록 강판경계부를 연결재로 연결하여야 하며, 기존 부재와 밀착 시공되도록 충분한 강도의 채움재료를 사용하여야 한다.

(6) 단부 기둥과 강판 채움벽을 포함하는 합성벽체의 휨모멘트에 의한 인장력은 단부기둥의 수직철근에 의하여 저항되어야 한다. 따라서 단부 기둥에 별도의 보강이 없는 경우에는 합성벽체의 휨모멘트는 단부기둥의 수직철근강도에 의하여 제한되어야 한다.

(7) 벽체의 휨모멘트강도를 증가시키기 위해서는 단부 기둥의 철근이 상하층으로 기초까지 연속되도록 보강되어야 한다.

(8) 벽체의 휨모멘트를 저항하기 위하여 기초의 안전성이 검토되어야 한다. 필요한 경우 기초를 확장하거나 인근기초와 연결하여 휨모멘트를 저항하여야 한다. 경제성과 시공성을 고려하여 가급적 인발파일 보강은 사용하지 않는다.

(9) (2) ~ (8)을 만족하지 않거나 명확한 해석과 설계방법을 제시하지 않는 공법은 특수 공법으로 분류한다.

(10) 보강구조에 대한 선형해석평가를 사용하는 경우, 채움강판벽 골조는 콘크리트전단벽으로 취급하여 지진력 저항시스템과 설계계수를 결정한다.

11.2.10 기둥과 내력벽

(1) [그림 11-13]에서와 같이 기둥과 내력벽을 신설하는 공법이다.

(2) 기존 구조물이 중력하중에 대한 저항력이 부족하거나 수직부재에 지나치게 큰 인발하중이 작용하는 경우 기둥과 내력벽을 설치하여 내진성능을 향상시킨다.

(3) 새로 설치된 수직부재와 기존의 부재가 접하는 부분에서 기존 부재에 대한 내력을 검토하고 필요시 강도와 연성도를 향상시킨다.

(4) 새로 설치된 기둥과 내력벽을 따라 새로운 기초를 설치하여야 한다.

11.2.11 충전벽 증설

(1) [그림 11-14]에서와 같이 벽체의 개구부를 충전시키는 공법을 가리킨다. 개구부를 철근콘크리트로 충전함으로써 내진성능을 향상시킨다.

(2) 설계방법과 기존 부재와의 연결은 매뉴얼 11.2.1 또는 11.2.2에 따른다.

11.2.12 프리캐스트 콘크리트 벽

(1) [그림 11-15]에서와 같이 기존 골조의 내외부에 프리캐스트 콘크리트 벽체를 추가 하는 공법이다. 전단벽을 현장 타설하는 대신에 프리캐스트 전단벽을 설치하여 내진성능을 향상시키는 방법이다.

(2) 프리캐스트 콘크리트 벽체의 형상과 크기에 따라 설계 및 시공방법이 달라질 수 있으며, 현장 타설작업을 최소화할 수 있으므로 공기를 줄일 수 있다.

(3) [그림 11-16]에서와 같이 전단벽체의 신설에서와 유사하게 기존 골조와 프리캐스트 벽체가 일체로 거동할 수 있도록 연결재와 채움재료를 사용하여 긴결하여야 한다.

(4) 기초 확장 및 기초연결공법을 사용하여 기초를 보강하여야 한다.

11.3 강구조 및 합성구조

11.3.1 가새

(1) [그림 11-17]에서와 같이 기존의 철골골조에 가새를 설치하여 강도 및 강성을 증가시키는 공법이다.

(2) 가새는 건물의 규모에 따라 형강, 또는 강관 등을 사용한다.

(3) 가새의 설치는 전단벽에서와 같이 건축평면계획을 충분히 고려하고, 평면 또는 입면상 균형있게 배치하여야 한다.

(4) 현장에서 용접을 하는 경우에는 철저한 품질관리가 요구된다.

(5) 가새의 설치로 인해 부재력이 증가되는 기존 골조부재에 대해서도 작용하는 지진력에 대해 다른 하중과 함께 안전을 확인하여야 한다.

(6) 가새골조를 형성 하는 가새, 보, 기둥 거셋플레이트와 접합부를 검토하고, 전단벽에 서와 같이 지진하중이 가새에 집중되므로 기초구조에 대해 검토한 후 필요시 보강하여야 한다.

[해설]

(1) 가새보강은 가새 추가, 가새 단면의 보강과 프레임 추가 등의 방법이 있다. 압축력, 인장력, 압축과 인장을 동시에 받는 부재를 명확히 구분하여 구조보강 설계하여야 한다. 이 경우 기준 4장의 강구조와 합성구조의 내진설계 및 「건축구조기준」에 따라야 한다.

11.3.2 철골 끼움골조

(1) [그림 11-18]에서와 같이 기존 철골골조의 면내에 공장에서 제작된 일체형의 철골프레임을 현장용접과 고력볼트로 접합하는 보강방법이다.

(2) 추가되는 내진골조에 전달되는 수평력을 지지하기 위한 접합부를 검토하여야 한다.

(3) 추가되는 골조의 보와 기둥에는 국부변형이 생기지 않도록 스티프터 등으로 보강 하고, 시공시 모재에 손상을 주지 않도록 주의하여야 한다.

(4) 신설된 골조의 양측의 기존 기둥에 축력이 증가되므로 기초를 포함한 하부구조에 대해 검토하여야 한다.

11.3.3 강재 기둥

(1) [그림 11-19]에서와 같이 기존 철골조 내부에 강재기둥을 설치하여 골조의 강성을 증가시키는 공법이다.

(2) 기둥의 하부면은 슬래브를 파취하여 보에 직접 연결하여야 하며, 기둥의 상, 하부는 기둥과 보가 모멘트접합이 되도록 설계한다.

(3) 기존 보에 보강 리브와 스티프너 등을 설치하여 국부변형을 방지하고, 시공 시에도 모재가 손상되지 않도록 한다.

(4) 보의 전단스팬이 작은 경우에는 전단내력의 확보에도 유의한다.

[해설]

(1) [그림 11-19(a)]는 추가되는 기둥을 기존 보와 고력볼트로 접합한 예이다. 반면에, 용접에 대하여 충분한 품질관리를 확보할 경우에는 [그림 11-19(b)]와 같이 추가되는 기둥을 직접 기존보에 용접할 수 있다.

11.3.4 채움벽

(1) [그림 11-20] 및 [그림 11-21]에서와 같이 기존 철골골조 내부에 철근콘크리트 또는 조적에 의해 내부를 채워 보강하는 공법이다.

(2) 채움벽과 철골골조의 합성효과에 따라 강도 및 강성의 차이가 매우 크므로 철골골조와 채움벽의 접합상태에 따른 접합부에 대한 적절한 평가를 한 후 적용하여야 한다.

(3) 콘크리트 채움벽의 경우, 전단연결재와 벽체철근 사이에 충분한 정착길이가 확보되지 않는 한, 콘크리트 채움벽의 휨모멘트 저항력은 무시되어야 하며, 이러한 경우에는 채움벽은 전단력만 전달하도록 설계되어야 한다.

(4) 조적 채움벽의 경우에는 대각 압축력에 의한 전단력만 전달되도록 설계되어야 하며, 조적벽이 전도되지 않도록 조치되어야 한다.

(5) 기초의 안전성이 검토되어야 하며, 기초확장 또는 기초연결 공법을 사용하여 보강되어야 한다.

12 기존 철근콘크리트부재의 보강

12.1 일반사항

12.1.1 기본 요구사항

(1) 내진보강 부재는 「건축구조기준」에 따라 설계하는 것을 기본원칙으로 한다. 다만, 강도감소계수의 적용은 4.1.9의 일반 원칙에 따른다.

(2) 재료강도는 휨모멘트에 의한 연성적인 거동에 대해서는 평균강도를 사용한다. 그외에 전단, 압축, 기존 콘크리트와의 접합부에서 발생하는 휨모멘트, 보강근의 이음 및 정착 등에 의한 취성적인 거동에 대해서는 재료강도로 설계기준강도를 사용한다.

(3) 강판보강공법을 사용할 경우에는 반드시 기계적 정착을 적용하여야 한다.

12.1.2 재료의 강도

(1) 기존 구조의 재료강도는 5장에 제시된 규정을 따라 결정한다.

(2) 보강 또는 신설되는 부재의 재료강도는 공인기관에 의하여 확인된 값을 사용한다. 통계적으로 재료강도 특성이 확인된 경우, 연성적인 거동이 예상되는 부재의 평균강도는 적절한 보정계수를 적용하여 산정된 값을 사용할 수 있다.

(3) 콘크리트, 철근 및 강재를 제외한 구조재료는 공인기관에 의하여 구조성능, 내구성, 내화성능 등을 확인하여야 한다.

(4) 섬유복합체로 부재를 보강할 경우 섬유복합체의 단면적은 모재와의 계면의 화학적접착력이 갖는 강도 이하 단면을 사용하여야 하며, 이를 초과할 경우 기계적 정착을 병행하여 충분한 정착 및 부착력을 확보하여야 한다.

12.1.3 내화요구사항

(1) 탄소섬유, 철판보강 등의 내화가 입증되지 않은 보강재료에 대하여 내화피복을 하지 않는 경우에는 「건축구조기준」의 화재시의 하중조합을 만족하도록 설계되어야 한다.

[해설]

(1) 화재 시 하중조합은 「건축구조기준」KDS 41 10 15 1.5.3에서 규정하고 있다.

12.2 부재 보강공법

12.2.1 기둥 보강

(1) 기둥 단면 확대 : 기존 기둥의 단면을 확대하기 위하여 주철근과 폐쇄형 후프를 배치하고 콘크리트를 증타설한다. 기둥의 휨 모멘트, 전단력 및 축방향 강도와 연성을 향상시킬 목적으로 사용한다. 추가되는 수직철근은 단면의 코너에 배치하여 상하층과 기초까지 연속이 되도록 설계 시공되어야 한다. 이때, 폐쇄형 후프는 시공편의성을 위하여 [그림 12-1]과 같이 양단부 90도, 135도 후크를 갖는 횡보강근 2개로 이뤄진 폐쇄형 후프를 사용할 수 있다.

(2) 기둥 날개벽 : 철근콘크리트 골조의 기둥의 좌우에 일정한 크기의 철근콘크리트날개벽을 설치하여 내진성능을 향상시킨다. 수직철근이 상하층에 연속되어 배치할 수 있도록 날개벽의 위치를 정하는 것이 바람직하다. 보강공법의 주요 절차 및 규정은 11.2.3에 따른다.

(a) 수직철근 연속형 날개벽공법 (b) 날개벽내의 후프철근의 시공

그림 12-2 기둥날개공법

(3) 기둥에 철판 감기 : 기존 기둥 단면에 철판을 감은 후 기둥과 철판 사이에 모르타르 또는 에폭시로 충전하여 기둥의 전단강도와 연성의 향상 목적으로 사용한다.

(4) 기둥에 띠철판 감기 : 기존 기둥에 띠철판을 감아 연성 향상을 목적으로 사용한다.

(5) 기둥의 탄소섬유보강 : 기둥 둘레에 탄소섬유를 붙여 기둥의 압축강도 및 연성의 향상을 목적으로 사용한다.

12.2.2 보의 보강

(1) 보의 강판보강 : 보의 하단에 강판을 붙여 보의 휨강도를 향상시키거나, 보의 측면에 강판을 붙여 전단강도를 향상시킨다.

(2) 보의 탄소섬유보강 : 보 단면의 하부에 탄소섬유를 붙여 보의 휨강도를 향상시키거나, 보의 측면에 탄소섬유를 붙여 전단강도를 향상시킨다.

12.2.3 벽체 보강

(1) 벽체의 콘크리트 단면 증설 : 기존 벽체에 추가로 콘크리트를 타설하여 벽체의 단면적을 증대시켜, 휨 및 전단강도를 향상시킨다. 추가 수직철근은 상하층에 연속되도록 시공되어야 하며, 기둥과 연결되는 경우에는 수평철근을 기둥에 정착시켜야한다.

(2) 벽체의 탄소섬유보강 : 벽의 한쪽 또는 양쪽에 탄소섬유를 붙여 면내 전단력을 향상시킨다. 벽체 면에 수평방향으로 탄소섬유를 붙여 벽체 전단성능을 증가시킴으로써 주철근 항복 이후의 연성거동을 확보할 수 있도록 한다. 개구부 상부의 인방 또는 연결보의 경우 주로 부재 길이 수직방향으로 탄소섬유를 붙여 보강한다.

12.2.4 다이아프램 슬래브 보강

(1) 슬래브 두께 증가 : 슬래브의 두께를 증가시켜 휨 및 전단강도를 증대시켜 다이아프램 작용을 확보할 수 있다. 이때 기존 슬래브 표면을 거칠게 처리하거나 다우얼 철근을 추가하여 기존 슬래브 및 수직재와 보강재 간 일체성을 확보하여야 한다.

(2) 슬래브 접합부 보강 : 슬래브와 수직재 사이 접합부에 철물을 삽입하거나 콘크리트를 추가로 타설하여, 접합부의 휨 및 전단성능, 연성능력 등을 향상시킨다.

(3) 익스팬션 조인트의 슬래브 보강 : 익스팬션 조인트로 분리된 두 구조체의 일체형 거동이 필요한 경우, 양쪽 슬래브를 연결한다. 슬래브의 철근이 연속되도록 충분한이음길이를 사용하여야 하며, 연결 부위에 콘크리트 또는 모르타르를 타설하여 연결한다.

12.2.5 시공시 주요 고려사항

(1) 신구콘크리트의 접합을 위하여 기존 기둥이나 보의 피복콘크리트를 제거한 후, 적절한 강도의 콘크리트 또는 모르타르를 타설하여 일체성을 확보한다.

(2) 기존 콘크리트 일부 제거 또는 파취 시에 존치하고자 하는 콘크리트에 손상이 발생하지 않도록 주의하여야 한다.

(3) 기존 철근콘크리트 부재 단면에 철근, 강판, 섬유보강체, 콘크리트 등을 사용하여단면증가를 위해 덧댐으로 보강하는 방법에서는 모재 표면을 거칠게 처리하거나 필요시 전단연결재를 적용하는 등 계면의 부착강도를 확보하여야 한다.

12.3 휨 설계

12.3.1 일반사항

(1) 휨 설계 및 해석은 실제 부재의 역학적인 거동을 고려하여 변형률 적합조건 및 힘의 평형조건을 만족하여야 한다.

(2) 이질 재료 간에는 미끄러짐이나 탈락이 발생하지 않도록 접합되어야 한다. 신․구재료가 완전히 접착된 경우에는 모든 재료가 일체로 거동하는 것으로 가정하여 부재의 강도를 산정할 수 있다.

[해설]

(1) 해석 및 설계 시 아래의 가정을 사용할 수 있다.

① 부재의 단면은 부재가 휨 변형한 후에도 그 평면을 유지한다.

② 콘크리트 압축연단의 최대 압축변형률은 0.003이다.

③ 보강재와 콘크리트 사이에는 미끄러짐이 발생하지 않는다.

12.3.2 섬유복합체 보강

(1) 섬유복합체로 접착 보강된 콘크리트 부재의 공칭휨강도는 콘크리트와 철근에 섬유복합체 보강효과를 고려하여 식 (12-1)로 산정한다. 다만, 강도의 증가는 기존 부재 강도의 40 퍼센트까지만 허용된다. 섬유복합체의 유효응력 산정시 보강공사 방법에 따라 철근의 기존 변형률의 영향을 고려하여야 한다.

$M_n = A_s f_s\left(d - \frac{\beta_1 c}{2}\right) + \Psi_f A_f f_{fe}\left(h - \frac{\beta_1 c}{2}\right)$ (12-1)

여기서, $f_s$ : 인장철근의 응력

$f_{fe}$ : 섬유복합체의 유효응력

$A_f$ : 섬유복합체의 단면적

$\Psi_f$ : 부분강도감소계수로서 0.85를 사용

(2) 섬유복합체의 인장변형률이 과도한 경우에는 재료의 탈락에 따른 파괴가 발생할 수 있으므로 부재의 공칭휨강도는 식 (12-2)의 변형률에 의하여 제한하여야 한다. 변형률 적합성에 근거하여 극한 상태에서 섬유복합체의 유효 변형률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

$\epsilon_{fe} = 0.003\left(\frac{d_f - c}{c}\right) - \epsilon_{bi} \leqq \epsilon_{fd}$ (12-2)

여기서, $\epsilon_{fe}$ : 섬유복합체의 유효변형률

$\epsilon_{bi}$ : 모재콘크리트 초기 변형률이다

$\epsilon_{fd}$ : 식 (12-3)으로 계산되는 박리가 발생할 때 섬유복합체의 유효변형률

$\epsilon_{fd}$는 다음 식과 같다.

$\epsilon_{fd} = 0.41\sqrt{\frac{f_{ck}}{n E_f t_f}} \leq 0.9\epsilon_{fu}$ (12-3)

여기서, $n$ : 섬유복합체 개수

$E_f$ : 섬유복합체의 탄성계수

$t_f$ : 섬유복합체의 두께

$\epsilon_{fu}$ : 식 (12-4)로 계산되는 섬유복합체의 설계파단 변형률

$\epsilon_{fu}$는 다음 식으로 구한다.

$\epsilon_{fu} = C_E\,\epsilon_{fu}^{*}$ (12-4)

여기서, $\epsilon_{fu}^{*}$ : 섬유복합체 제조사로부터 제공된 극한인장변형율

$C_E$ : 섬유복합체의 종류 및 노출조건에 따른 환경감소계수

$C_E$는 <표 12-1>과 같다.

(3) 보강재는 탈락이나 단부 박리가 일어나지 않도록 설계하여야 한다. 단부 부착면적은 모재의 수평전단응력과 인장응력에 기초하여 산정한다. 섬유복합체는 겹쳐 잇는 방법으로 연속성을 유지할 수 있는데, 소요 겹침길이는 인장강도와 두께, 각 층사이의 접착력에 따라 달라진다. 보강 공법에서 소요 겹침 길이는 재료의 제조자에 의해 제시되어야 하며 실험을 통해 입증되어야 한다.

노출 조건 섬유 종류 환경감소계수 내부 노출 탄소 0.95 유리 0.75 아라미드 0.85 외부 노출 탄소 0.85 유리 0.65 아라미드 0.75

12.3.3 강판 보강

(1) 기존 휨부재의 인장철근이 단배근이고 보 하단에 강판이 보강된 경우 공칭휨강도는 식 (12-5)로 산정할 수 있다. 인장철근의 응력은 공사방법에 따라 기존 변형율의 영향을 고려하여 산정한다.

$M_n = A_s f_s\left(d - \frac{\beta_1 c}{2}\right) + A_{sp} f_{sp}\left(h - \frac{\beta_1 c}{2}\right)$ (12-5)

여기서, $f_s$ : 인장철근의 응력

$f_{sp}$ : 강판의 응력

(2) 강판의 단부 박리가 일어나지 않도록 설계하여야 한다. 모재의 수평전단응력과 인장응력에 기초하여 검토하여야 한다.

(3) 강판 보강재에 의한 휨 성능 향상 기여도를 확보하기 위해서는 강판과 기존 콘크리트 부재의 일체성을 확보할 수 있도록 충분한 앵커가 설치되어야 한다. 설계는 5.6과 15.2를 따른다.

12.3.4 증타설 보강

(1) 공칭휨강도의 산정은 일반적인 철근콘크리트 휨부재의 설계방법을 따른다.

(2) 기존 콘크리트와 증타설된 콘크리트의 충분한 부착을 확보하도록 기존 콘크리트의 표면처리 후 증타설 시공되어야 한다.

(3) 증타설 보강한 부분에는 보강된 부재의 상세가 「건축구조기준」의 관련 규정을 만족하도록 휨철근과 함께 스터럽 철근을 설치하여야 한다.

(4) 보강 강재 단면을 사용하는 경우 철근콘크리트 부재와 일체화되도록 철물 앵커 등의 기계적 연결재로서 충분히 부착하여야 한다.

12.4 압축 설계

12.4.1 일반사항

(1) 휨과 압축을 동시에 받는 부재의 내력은 휨모멘트와 압축력의 상호작용을 고려한다.

(2) 압축부재의 설계 및 해석은 변형률 적합조건 및 힘의 평형조건을 만족하여야 한다.

(3) 신구재료가 완전접착이 된 경우에는 모든 재료가 일체로 거동하는 것으로 가정하여 부재의 압축내력을 산정할 수 있다.

12.4.2 섬유복합체 보강

(1) 섬유복합체의 섬유방향은 콘크리트의 횡구속에 의하여 발생하는 후프 인장력에 저항할 수 있도록 배치한다.

(2) 섬유복합체로 부재를 횡구속시킨 압축재의 설계압축강도는 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다. 단, 아래 식 (12-6)과 식 (12-7)은 모멘트에 의한 편심이 부재 장변 길이의 10 퍼센트 이하일 때에만 유효하다. 편심이 부재 장변 길이의 10퍼센트를 초과할 때에는 축력-모멘트 상호작용을 고려하여야 한다.

① 나선형 철근을 가진 철근콘크리트 부재

$P_n = 0.85\left[0.85 f_{cc}{}'(A_g - A_{st}) + f_y A_{st}\right]$ (12-6)

② 띠철근을 가진 철근콘크리트 부재

$P_n = 0.80\left[0.85 f_{cc}{}'(A_g - A_{st}) + f_y A_{st}\right]$ (12-7)

식 (12-6)과 식 (12-7)에서 $f_{cc}{}'$는 횡구속된 콘크리트의 압축강도이며 다음 식으로 구한다.

$f_{cc}{}' = f_{ck}\Psi_f(3.3)\kappa_a f_l$ (12-8)

여기서, $f_{ck}$ : 횡구속되지 않은 콘크리트의 압축강도

$\Psi_f$ : 감소계수로서 0.95를 사용

$\kappa_a$ : 단면의 형상을 반영하는 유효계수

$f_l$ : 횡구속응력

$f_l = \frac{2E_f n t_f \epsilon_{fe}}{D}$ (12-9)

$D = \sqrt{b^2 + h^2}$ (12-10)

여기서, $b$, $h$ : 각각 섬유복합체로 둘러싸인 사각형 기둥 단면의 단변 및 장변 방향 길이

$\kappa_a$ : 원형단면일 때에는 1.0, 원형단면이 아닌 사각형 단면일 때에는 다음 식을 사용한다.

$\kappa_a = \frac{A_e}{A_c}\left(\frac{b}{h}\right)^{2}$ (12-11)

여기서, $A_c$ : 섬유복합체로 둘러싸인 사각형 기둥 단면적

$A_e$ : 사각형 기둥에서 섬유복합체로 둘러싸인 콘크리트의 유효 횡구속 면적. $A_e$는 다음 식으로 구한다.

$\frac{A_e}{A_c} = \frac{1 - \dfrac{\left[\left(\dfrac{b}{h}\right)(h-2r_c)^2 + \left(\dfrac{h}{b}\right)(b-2r_c)^2\right]}{3A_g} - \rho_g}{1 - \rho_g}$ (12-12)

여기서, $r_c$ : 사각형 단면 모퉁이에서 섬유복합체의 회전 반경

$\rho_g$ : 주철근비

$A_g$ : 기둥의 순 단면적

12.4.3 강판 보강

(1) 강판 부착으로 보강된 단면에서는 강판의 강도 기여도를 고려하되, 강판 부착에 의한 콘크리트 압축강도의 증가를 고려하지 않는다. 다만, 실험에 의하여 입증된 경우에 한하여 증가된 콘크리트 압축강도를 사용할 수 있다.

12.4.4 증타설 보강

(1) 증타설 부분의 주철근과 띠철근의 이음과 정착은 「건축구조기준」을 따라야 한다.

(2) 증타설된 부재는 기존 콘크리트기둥과 완전일체가 되도록 전단연결재를 설치한 경우에는 일체가 된 부재로 가정하고 「건축구조기준」에 따라 설계한다.

(3) 기존 압축부재의 둘레를 감싸서 증타설한 부재로서 (1)의 조항을 만족하는 부재는 일체로 설계할 수 있다.

(4) 콘크리트로 증타설한 부재가 기존 콘크리트 기둥과 완전일체가 되지 않은 부재는 각각 부재의 저항 능력을 더하여 강도를 계산한다. 이때 증설되는 부분은 「건축구조기준」을 따라야 한다.

(5) 합성부재의 설계도 (1) ~ (4)의 조항을 따른다. 다만, 독립된 강재단면을 사용하는 경우에는 기존 압축부재와 분리되어 독립적으로 하중을 전달하도록 설계하여야 한다.

12.5 전단 설계

12.5.1 일반사항

(1) 각 재료의 전단성능을 합하여 부재의 전단내력으로 산정할 수 있다.

(2) 전단보강을 하는 경우에도 전단철근과 보강재에 의한 전단강도의 합은 $0.66\sqrt{f_{ck}}\,b_w d$를 초과할 수 없다.

12.5.2 섬유복합체 보강

(1) 섬유복합체로 부착 보강된 콘크리트 부재의 공칭전단강도는 콘크리트와 철근에 섬유복합체 보강 효과를 더하여 결정한다.

$V_n = (V_c + V_s + \Psi_f V_f)$ (12-13)

여기서, $V_c$, $V_s$, $V_f$ : 각각 콘크리트, 전단보강근, 섬유복합체가 저항하는 전단강도

$\Psi_f$ : 부분강도감소계수. 0.95, 전단면의 둘레를 감싼 경우. 0.85, 양면 혹은 U형으로 부착한 경우

섬유복합체의 전단강도 $V_f$는 다음 식으로 구한다.

$V_f = \frac{A_{fv} f_{fe}(\sin\alpha + \cos\alpha)d_{fv}}{s_f}$ (12-14)

여기서,

$A_{fv} = 2n t_f w_f$ (12-15)

$f_{fe} = \epsilon_{fe} E_f$ (12-16)

여기서, $\alpha$ : 보 수평면과 섬유복합체가 이루는 각

$d_{fv}$ : 보 옆면에서 보강된 섬유복합체의 상부 끝에서 인장측 철근까지의 거리

$w_f$ : 개별 섬유복합체의 폭

$\epsilon_{fe}$ : 섬유복합체의 유효변형율. $0.75\epsilon_{fu} \leq 0.004$, 전단면의 둘레를 감싼 경우. $\kappa_v\epsilon_{fu} \leq 0.004$, 양면 혹은 U형으로 부착한 경우

$\kappa_v$ : 부착감소계수로서 다음 식으로부터 구한다.

$\kappa_v = \frac{k_1 k_2 L_e}{11{,}900\epsilon_{fu}} \leq 0.75$ (12-17)

$L_e = \frac{23{,}300}{(n_f t_f E_f)^{0.58}}$ (12-18)

$k_1 = \left(\frac{f_{ck}}{27}\right)^{2/3}$ (12-19)

$k_2 = \begin{cases} \dfrac{d_{fv} - L_e}{d_{fv}} & : U\text{형 부착} \\[2ex] \dfrac{d_{fv} - 2L_e}{d_{fv}} & : \text{양면 부착} \end{cases}$ (12-20)

12.5.3 강판 보강

(1) 강판으로 접착 보강한 콘크리트 부재의 공칭전단강도는 콘크리트의 전단강도에 강판의 전단보강 효과를 더하여 결정한다.

$V_n = (V_c + V_s + V_{sp})$ (12-21)

이 식에서 $V_{sp}$는 강판에 의한 공칭전단강도이며, 이는 아래의 수식을 이용하여 산정한다.

$V_{sp} = 0.5h(2t_j b/s)f_{yj.d}(\cot\alpha + \cot\beta)\sin\beta$ (12-22)

여기서, $h$ : 콘크리트 부재 단면의 깊이

$t_j$ : 보강 강판의 두께

$b$ : 부재 한 면에 부착되는 보강강판의 폭

$s$ : 보강 띠철판의 간격

$\alpha$ : 스트럿 경사각

$\beta$ : 보강 띠철판과 부재간의 각도

$f_{yj.d}$ : 콘크리트 부재에 부착되는 강판의 응력으로 설계의 간편성과 안전성을 확보하기 위하여 강판보강재 항복강도의 절반으로 사용할 수 있다.

이때, 띠철판이 아닌 강판으로 부재 전체를 둘러싸는 경우, $b/s = 1$ 그리고 $\beta = 90^\circ$로 한다.

13 기존 비보강조적조 및 조적채움벽의 보강

13.1 일반사항

(1) 이 장은 기존 비보강 조적조 또는 조적채움벽이 있는 학교시설을 대상으로 조적벽을 보수·보강하여 내진성능을 향상하는 일반공법에 대하여 규정한다.

(2) 보수·보강 효과를 고려한 학교시설의 내진성능평가는 4장에 따르며, 재료강도, 부재강도, 허용기준은 6장에 따른다. 또한 매뉴얼에 규정되지 않은 사항은 「학교시설내진설계기준」과 「건축구조기준」의 조적구조를 따른다.

(3) 기존 비보강 조적조 및 조적채움벽의 일반적인 내진보강은 조적벽 신설, 기존 조적벽 표면 보강, 보강재 설치 등을 통해 이루어진다.

[해설]

(1) 국내 학교시설 중 조적조로 지어진 경우가 다소 존재하며, 이들 대부분은 보강재가 사용되지 않은 비보강 조적조로서 테두리보와 같은 일체성 확보가 되어있지 않아 횡하중에 대해서 저항성능이 취약하다. 조적조 건물의 바닥구조는 철근콘크리트로 구성되어 있으며 벽체 상부에 테두리보가 없고 개구부 상부 인방보가 없는 상태의 벽체는 개구부 주변에서 균열 손상이 크게 발생한다. 또한, 개구부가 없는 조적벽체에서는 철근콘크리트 바닥과의 경계면에서 충분한부착저항 및 인장저항을 확보하지 못하여 수평균열 파괴를 동반하는 미끄러짐 파괴가 발생할 수 있다. 국내 학교시설의 대부분은 구조형식이 철근콘크리트 모멘트골조이며, 보 하부에 비보강 조적채움벽을 시공하여 교실을 구획하는 경우가 많다. 일반적으로 교실간의 조적채움벽은 1.0B쌓기를 하였으며, 모르타르를 충전하여 벽돌과 주변 구조체 사이를 접합한다. 벽돌 간의 접합상태는 수평면은 밀실하나 수직면은 잘 채워지지 않는 경우가 많으며, 특히 상부 보와 조적채움벽 사이의 접합면에 모르타르 시공이 불량한 경우가 많다. 다만, 조적채움벽 표면을 일반적으로 약 10 mm 두께의 모르타르로 마감하고 있어 이 모르타르 마감이 줄눈 모르타르의 열화 방지 및 강도 증진에 일부 기여할 수 있다. 비보강 조적채움벽은 철근콘크리트 골조의 전체 강성과 강도를 증가시키며, 경계면에서 미끄러짐이 발생할 때 어느 정도의 에너지 소산효과도 기대할 수 있다. 그러나 면내 사인장균열에 의한 파괴 및 면외방향 전도에 의한 붕괴는 인명 피해를 야기할 수 있으므로 이런 점들을 내진성능평가와 보강 시 고려하여야 한다.

(3) 2017년 포항지진에서 학교건축물에 발생된 조적채움벽의 주요 파괴모드는 1) 상부 보 및 기둥과의 접합면 미끄러짐 파괴, 2) 면외방향 변형 및 붕괴, 3) 상부 모서리 부분의 균열 및 손상, 4) 사인장 대각 균열 등이다. 이러한 파괴모드에 대비하여 기존 비보강 조적조 및 조적채움벽의 일반적인 내진보강 방향은 벽체강도 보강, 개구부 보강, 일체성 강화 등으로 구분할 수 있으며, 대표적으로 조적벽의 신설, 기존 조적벽의 표면 보강, 보강재 설치 등을 일반보강공법으로 사용할 수 있다.

13.2 조적벽 신설

13.2.1 철거 후 신설

골조 내부 조적채움벽의 시공상태가 불량하거나 줄눈에 열화가 많이 진행된 경우, 기존벽의 일부 또는 전체를 철거한 후 조적벽을 신설함으로써 조적채움벽 골조가 더 신뢰도 높은 성능을 발휘하도록 보강할 수 있다.

13.2.2 개구부 보강

개구부가 있는 조적채움벽의 경우, 개구부를 신설 조적벽으로 채움으로써 내진보강을 수행할 수 있다. 이 경우 보강된 전체 조적채움벽의 강성 및 강도는 기존 조적벽 부분의 재료특성에 근거하여 산정하여야 한다.

13.3 표면 보강

13.3.1 모르타르 보강

(1) 기존 조적벽의 표면 전체 또는 일부에서 모르타르마감이 누락된 경우, 모르타르를 추가로 시공함으로써 조적벽의 내진성능을 증가시킬 수 있다. 이 경우 보강된 조적벽의 조적 상태를 ‘양호’로 상향시켜 매뉴얼 6장에 따라 내진성능 보강 효과를 검증한다.

(2) 벽체 표면에 모르타르를 덧붙여 전체 조적벽의 두께를 증가시킴으로써 조적벽의 강성 및 강도를 증가시킬 수 있다. 이 경우 보강 모르타르 두께를 포함한 전체 조적벽의 두께에 대하여 조적채움벽의 강성 및 강도를 산정할 수 있다. 다만, 실제 조적벽에서 채취한 시험편에 대한 재료시험을 통하여, 보강 조적벽체의 재료특성을 확인하여야 한다.

[해설]

(1) 국내 학교건축물에 대한 현장조사 결과, 조적채움벽의 모르타르마감과 관련하여 다음 유형의 불량한 조적 상태가 확인되었다. 1) 조적채움벽의 일면에만 모르타르마감이 있는 경우, 2) 칠판 뒷면의 모르타르마감 누락, 3) 천장재 윗 공간에서 조적벽 표면 모르타르마감 누락 등. 이경우 잔존하는 모르타르마감이 양호하면, 모르타르마감이 누락된 조적벽 표면에 새로 모르타르를 시공함으로써 조적채움벽이 더욱 신뢰성 높은 내진성능을 발휘할 수 있도록 한다. 다만, 보강된 전체 조적채움벽의 강성 및 강도 산정에 모르타르 두께를 포함하지 않는다.

(2) 모르타르마감 내부의 조적벽 및 줄눈 상태를 확인하기 어려우므로, 모르타르마감이 조적개체와 분리되었는지 여부를 확인함에 있어 각별한 주의가 요구된다. 부착성능이 저하되어 조적 재료와 분리된 기존 모르타르마감이 있는 경우, 이를 완전히 제거한 후 보강 모르타르를 시공하여야 한다.

13.3.2 섬유보강재 보강

기존 조적조 벽체에 섬유계 보강재를 부착하여 벽체의 전단강성을 향상시키는 공법이다. 조적조 벽체의 모르타르마감 전면에 섬유보강을 부착하거나 띠 형태로 벽체 일부만 부착할 수 있다.

[해설]

공사가 간단하고 적용할 수 있는 부위가 넓으며 벽체의 강성증가 효과가 높은 장점이 있지만, 화재에 취약하며 접착재의 환경적인 영향 및 시간이 지남에 따라 부착효과 감소되기 때문에 이에 대한 영향을 고려하여야 한다.

13.4 보강재 설치

13.4.1 콘크리트 벽체 보강

기존 조적조 및 조적채움벽의 전단강도를 높이기 위해 기존 조적벽에 덧대어 콘크리트 또는 숏크리트 벽체를 타설하고 그 접합면을 다우얼 철근으로 보강하여 일체화시키는 내진보강 공법이다. 숏크리트를 사용할 경우 거푸집이 필요하지 않으므로 시공이 더 편리하다.

13.4.2 철골 골조 보강

조적벽체의 면적이 전체적으로 부족하거나 노후화 정도가 심하여 구조체로서의 역할을 상실하였다고 판단될 경우, 철골 골조를 구조체 내부에 신설하여 기존 콘크리트 슬래브 및 조적벽과 일체화시키는 보강공법이다. 확실한 내진보강효과가 있으나 공사비가 높으며 경우에 따라 기초 보강이 필요할 수도 있다.

13.5 일체성 강화

13.5.1 앵커-타이 공법

앵커-타이 공법은 [그림 13-3]과 같이 벽체 접합부를 다우얼 철근과 앵커 등을 사용하여 보강하는 방식으로 구조체 전체의 일체화 및 연성 증가를 위한 공법이다. 공사가 간편하며 공사비도 적게 소요되나, 내진성능 향상의 정도가 낮으며 연결부위 기존 구조물의 강도가 낮을 경우 보강효과가 감소할 수도 있다.

13.5.2 조적채움벽체 전도 방지

조적채움벽과 골조 사이에 일체성 강화를 통하여 면외방향 전도를 방지하는 보강방법이다. 조적채움벽-보 연결부 보강은 조적채움벽의 미끄러짐 파괴를 억제하고 철근 콘크리트 보와 조적채움벽의 일체성을 높여 면외방향 전도를 방지한다.

[해설]

보강공사는 어렵지 않으나 건축마감을 철거해야 하므로 사용중에는 공사가 불가하다. 면외방향 전도 방지를 위해 앵글, 보조철물, 기타 끼움재를 사용하여 조적채움벽 상단부를 구속하는 내진 상세를 사용할 수도 있다. [그림 13-4]는 조적벽체의 면외방향 전도방지를 위한 기존 방법으로 상부 보에 앵커를 삽입하고 철제 앵글을 사용하여 고정하는 방법이다. 그러나 이 방법들은 상부 보를 천공하여야하기 때문에 보 철근이 파손될 위험이 있으므로 시공에 주의가 필요하다.

14 기존 강구조 및 합성구조의 보강

14.1 일반사항

(1) 이 장은 기존 강구조 또는 합성구조 지진력 저항시스템을 가진 학교시설을 대상으로 강재를 이용하여 보강하는 방법을 포함한다.

(2) 보강된 부재 및 추가된 신설 부재 설계의 기본적인 사항은 「학교시설 내진설계기준」과 「건축구조기준」의 강구조를 따른다.

(3) 내진보강 후 학교시설의 내진성능평가는 4장에 따르며, 재료강도, 부재강도, 허용기준은 7장에 따른다.

(4) 기존 강구조 및 합성구조의 내진보강은 기존 부재 보강, 부재 간 접합부 성능향상 또는 신설 부재 설치를 통해 이루어진다.

[해설]

(1) 강구조 학교시설의 대부분은 철골모멘트골조의 지진력 저항시스템을 가진다. 따라서 이 지침은 기존 철골모멘트골조 대상의 기본적인 내진보강 방법을 포함한다.

(4) 기존 강구조 및 합성구조의 내진보강은 부재 단계에서 기존 부재 단면 보강, 접합부 보강 또는 시스템 단계에서 신설 부재 설치를 통해 지진력 저항시스템의 강성, 강도, 또는 연성의 증가를 유도한다. 대표적인 기존 강구조 및 합성구조에 새로운 시스템을 설치하는 보강 방안은 철골가새골조 또는 철골모멘트골조를 설치하는 방안이다.

14.2 부재 단면 보강

14.2.1 기둥 단면 보강

(1) 기둥단면에 보강판을 부착하여 단면형상을 변화시키거나 두께를 증가시켜 단면적 또는 단면성능 등을 향상시키는 방법이다. 보강판을 부착하는 사례는 [그림 14-1] 과 같다.

(2) H형강 및 각형강관의 플랜지 또는 웨브에 보강판을 추가한다.

(3) 일반적으로 필릿용접을 통해 기둥에 보강판을 부착하며, 다음 사항을 고려한다.

① 보강판과 기존 기둥의 일체화 거동을 확보할 수 있도록 용접 사이즈와 길이를 확보하여야 한다.

② 필릿용접의 사이즈는 원칙적으로 접합되는 모재의 얇은 쪽 판두께 이하로 하며, 필릿용접의 최대 사이즈와 최소 사이즈는 판두께에 따라 각각 <표 14-1> 및<표 14-2>와 같다.

접합재 단부 판두께, t 필릿용접의 최대사이즈, s $t < 6$ $s = t$ $t \geq 6$ $s = t - 2$

접합부의 얇은 쪽 판두께, t 필릿용접의 최소사이즈 t ≤ 6 3 $6 < t \leq 13$ 5 $13 < t \leq 19$ 6 $19 < t$ 8

③ 평판인장재의 단부에 길이방향으로 필릿용접이 될 경우 각 필릿용접의 길이는 수직방향 간격보다 길어야 한다.

④ 필릿용접부의 설계강도 $\phi R_n$은 「건축구조기준」의 강구조에 따른다.

[해설]

(2) 다만, 강재 보가 접합하는 부분의 기둥면에 대해서 박스 형태로 보강하는 작업은 곤란할 수 있다. 한편, 세장비가 큰 기둥의 좌굴내력을 증대시키고자 하는 경우, 보-기둥 접합부 부분에 박스 형태의 보강이 없더라도 기둥 순간격내의 박스형태 보강은 효과적이다.

(3) 기둥에 보강판을 부착하기 위하여 고장력볼트를 사용할 수도 있다.

14.2.2 보 단면 보강

(1) H형강 보 상부 또는 하부 플랜지에 [그림 14-2]와 같이 보강판, H형강, T형강 등을 추가한다. 이를 통해 단면형상을 변화시키거나 두께를 증가시켜 단면성능을 향상시키는 방법이다.

(2) 일반적으로 필릿용접을 통해 보에 보강판, H형강, T형강을 부착하며, 용접 시 고려사항은 14.2.1에 따른다.

(a) H형강 보 상하부 강판 보강 (b) H형강 보 상하부 형강 보강

그림 14-2 보 단면 보강 사례

[해설]

(1) 다만, 보 상부에 기존 슬래브가 있는 경우에 상부 플랜지 보강은 작업이 곤란할 수 있다. 하부 플랜지만 보강하는 경우 상부 플랜지의 응력의 삭감 정도는 매우 작다. 그러나 단면2차모멘트는 증가하므로 골조 횡변위를 감소시킬 수 있다.

14.3 좌굴방지를 위한 부재 보강

14.3.1 횡지지 부재 설치

(1) 보의 횡좌굴방지 부재 설치

보의 중앙부인 정모멘트 구간에서는 압축응력을 받는 상부 플랜지를 슬래브가 구속 하여 횡좌굴이 방지되지만, 보의 단부인 부모멘트 구간에서는 압축응력을 받는 하부 플랜지에 횡좌굴이 발생할 우려가 있으므로 적절한 횡지지 부재를 설치하여 보강한다. 보 단부의 횡지지 부재는 큰 연성능력이 요구되는 경우에만 필요하다.

(2) 압축재의 좌굴방지 부재 설치

기둥 또는 트러스의 압축 현재가 세장한 경우 좌굴길이를 감소시키는 횡지지부재를 설치한다.

14.3.2 웨브 스티프너 설치

(1) 국부좌굴 가능 부위에 웨브 스티프너 설치

국부좌굴이 발생할 가능성이 큰 세장판단면이나 비조밀단면인 경우에 압축응력이 발생하는 단면 주변에 웨브 스티프너를 설치한다.

(2) 집중하중 부위에 웨브 스티프너 설치

집중하중이 작용하거나 집중반력이 발생하는 부위에 웨브 스티프너를 설치하여 국부적인 파괴를 방지한다. 특히, 집중하중이나 집중반력이 인장력인 경우에는 파단의 우려를 검토하여 웨브 스티프너를 설치한다.

14.4 접합부 성능향상

14.4.1 취약부 개선 방안

접합부의 취약 부분을 개선함으로써 각각의 접합부가 보다 더 신뢰도 높은 성능을 발현하도록 보강한다.

14.4.1.1 노치 제거

최소 수준의 내진성능 향상 방안으로 용접 접합부에 존재하는 노치효과를 제거하거나최소화한다. 뒷댐판의 제거 및 백가우징이 어려운 경우에는 돌출부만 절삭하고 연마한후 뒷댐판과 기둥플랜지 사이를 필릿용접 보강하는 방안도 대안이 될 수 있다

14.4.1.2 틈새 도입

기둥플랜지와 바닥슬래브 사이에 약 25mm의 틈새(gap)를 도입하여 정모멘트 작용 시콘크리트 지압을 억제시켜 중립축의 상승을 최소화한다. 필요 시 이 틈새에는 압축성완충재를 삽입할 수 있다

14.4.1.3 용접에 의한 이음부 보강

(1) 볼트접합 이음판 용접보강

고장력볼트 또는 일반볼트로 접합되어 볼트 개수가 부족한 경우에 [그림 14-3 (a)] 와 같이 이음판 주변을, [그림 14-3 (b)]와 같이 거셋플레이트 주변을 용접으로 보강한다.

(2) 용접 유효목두께 증대

필릿용접에서 유효목두께가 부족한 경우, 표면 처리 후에 용접을 추가하여 유효목두께를 증대시킨다.

(3) 용접불량 보강

① 용접검사에서 확인된 내부 공극 또는 균열 부위는 가우징한 후에 재용접을 시행한다.

② 외부 표면의 용접불량 역시 부분 가우징 후에 재용접을 시행한다.

(a) 볼트접합 이음판 용접보강

(b) 볼트접합 거셋플레이트 용접보강

그림 14-3 볼트접합의 용접보강 사례

14.4.2 플랜지 보강

(1) 접합부에서 [그림 14-4]와 같이 보 상부 또는 하부 플랜지에 보강판을 추가하여 보강한다.

(2) 보강판 설계 시 고려할 주요 사항은 다음과 같다.

① 중력하중과 지진하중을 조합한 휨모멘트도에 근거하여 보강판의 길이를 산정하여야 한다.

② 단면계수를 증가시킬 목적의 보강판이 필요한 시점으로부터 사다리꼴 형태로 단면을 점차적으로 감소시켜서 급작스러운 단면 변화에 따른 파단 가능성을 방지

하여야 한다.

③ 보 단부에만 보강판을 사용하는 경우, 단면 변화에 따른 모멘트 분배 변화를 고려하여야 한다.

[해설]

(2) [그림 14-4]와 같이 보의 단부에만 보강판을 사용한 경우, 보 길이 전체적으로 단면2차모멘트가 등분포가 아니므로 휨모멘트 분배가 달라지게 된다. 보강판을 사용한 부위인 단면2차모멘트가 큰 부위에서 소요모멘트가 증가하므로, 보 단부에 이러한 모멘트 증대 효과를 고려하여야 한다.

14.4.3 헌치 보강

(1) 접합부에서 보 하부 플랜지를 수평헌치 또는 삼각헌치로 보강한다.

(2) 이러한 보강은 상대적으로 고비용이 소요되므로 특수모멘트 골조 접합부 수준의 내진보강이 요구되는 경우 적절한 방안이다.

(a) H형강 보 하부 삼각헌치 보강 (b) H형강 보 하부 수평헌치 보강

그림 14-5 접합부 헌치보강 사례

[해설]

(1) 기존 구조물의 경우 상부플랜지는 바닥슬래브의 존재로 인해 접근성이 떨어져 보강 및 수정이 곤란하다. 특히 의도치 않은 합성효과로 인한 부작용은 하부 플랜지와 관계되므로, 하부플랜지를 수평헌치 또는 삼각헌치로 보강한다.

14.4.4 중량 전단탭 보강

(1) 기둥 플랜지와 보 웨브가 접합되는 지점에 중량 전단탭을 추가하여 기둥면에서 이격된 거리에서 보의 소성힌지가 위치하도록 하는 방안이다.

(2) 이러한 보강은 상대적으로 고비용이 소요되므로 특수모멘트 골조 접합부 수준의 내진보강이 요구되는 경우 적절한 공법이다.

14.4.5 하부 플랜지 절취

(1) 바닥슬래브를 고려하여, 하부플랜지만을 절취한 보단면 감소부(RBS)를 도입하여, 기둥면에서 이격된 거리에서 조기에 항복시키는 방안이다.

(2) 이러한 보강은 상대적으로 고비용이 소요되므로 특수모멘트 골조 접합부 수준의 내진보강이 요구되는 경우에 사용가능한 공법이다.

14.5 패널존 보강

(1) 패널존의 전단변형이 큰 경우, [그림 14-8]과 같이 패널존 보강판(doubler plate)으로 보강한다.

(2) 기둥의 약축 방향으로 보가 없는 경우에는 기둥웨브의 한 면 또는 양 면에 패널존 보강판을 설치할 수 있다.

(3) 기둥의 약축 방향으로 보가 있는 경우에는 보 웨브 접합면 좌우로 나누어서 패널존 보강판을 설치할 수 있다.

(4) 기둥 웨브에 이중판을 설치하는 대신에 기둥의 양쪽 플랜지 끝단을 연결하는 형태로 패널존 보강판을 설치할 수 있다.

(5) 패널존 보강판은 플랜지에 그루브용접 또는 필릿용접을 통해 접합한다.

14.6 주각부 보강

(1) 주각부는 지진하중의 증가 또는 상부 골조시스템의 변화에 따라 기둥에 증가된 부재력, 즉 축력과 모멘트, 전단력을 기초로 전달할 수 있어야 한다.

(2) 주각부를 구성하는 모든 소재, 즉 베이스 플레이트의 휨내력, 앵커볼트의 인장내력및 전단내력, 기초판의 지압내력이 확보되었는지를 검토하여 필요시 보강하여야 한다. 내력이 심하게 부족한 경우 [그림 14-9]와 같이 철근콘크리트로 감싸 주각을 보강할 수 있다.

(3) 베이스 플레이트 보강

기둥에 증가된 축력 또는 모멘트에 의해 베이스 플레이트의 휨내력 증대가 필요한 경우 두께를 증가시키거나, 윙플레이트 등의 스티프너를 추가하여 보강할 수 있다.

(4) 앵커볼트 보강

인장력 또는 전단력에 저항하는 앵커볼트를 증가시키기 위해서는 베이스 플레이트와 기초판을 천공하여 기계적 정착이음을 사용할 수 있다.

14.7 특수부위의 보수

(1) 녹 제거와 방청 처리

녹 발생이 심한 경우에 단면적의 부족뿐만 아니라 일종의 노치가 형성되어 파단의 우려가 있으므로 녹을 제거한 후, 노치 부분을 매끈하게 간 후 적절한 방청처리를 하여야 한다.

(2) 피로 균열 부위 보강

반복하중에 의하여 피로응력 발생되는 부위에는 피로 균열 여부를 검사하여야 하며, 피로 균열이 발생시 보강하여야 한다.

(3) 소성변형 부위 보강

응력의 집중 또는 충격 등에 의해 소성변형이 발생한 부위는 강판 또는 형강을 첨부하여 추가적인 변형에 따른 파단을 방지하여야 한다.

(4) 러멜러 테어링 가능 부위 보강

형강 또는 강판의 두께가 크거나, Z방향의 강재 재질이 미흡한 경우에는 러멜러 테어링의 가능성이 크므로 보강하여야 한다.

14.8 가새 추가

14.8.1 일반사항

(1) 횡력에 저항하기에 충분하지 않거나 허용층간변위를 만족시키지 못하는 모멘트골조에 가새를 추가하여 가새골조로 전환하는 방안이다.

(2) 일반적으로 철골 중심가새골조로 전환하며, 대각가새골조, X형가새골조, V형 및 역V형 등의 형상들을 고려한다.

(3) 가새를 활용한 보강을 통해 내진성능을 향상시킬 경우, 가새골조를 형성하는 가새, 보, 기둥, 거셋플레이트, 접합부를 검토하고, 기초구조도 반드시 검토하여야 한다.

[해설]

(1) 가새를 통한 보강은 구조물의 강성 및 강도를 증가시켜서 내진성능을 향상시키거나 가새의 인장항복과 비탄성좌굴을 통한 에너지 소산에 의해 내진성능을 향상시키는 용도로 활용될 수 있다.

(2) 대표적인 철골중심가새골조 형상은 [해그림 14-1]과 같다.

14.8.2 설계 고려사항

(1) 가새 추가는 강성을 증가시키므로, 보강된 구조물을 증가된 횡력과 전도모멘트에 대해 평가하여야 한다.

(2) 기존 구조물의 재료와 강도에 대한 충분한 정보를 통해 기존 부재와 신설 부재간의 상호작용이 예상대로 이루어지도록 하여야 한다.

(3) 가새는 기존 부재, 접합부, 기초의 강도를 사용할 수 있도록 가능한 기존 모멘트골조 경간에 설치한다.

(4) 가새는 항복 후 조기에 좌굴이나 파단이 발생하지 않도록 단면을 선택한다.

(5) 가새의 설계는 「건축구조기준」KDS 41 13 00 4.10 강구조내진설계의 요구사항에 따른다.

(6) 거셋플레이트를 사용하여 가새를 골조 부재에 접합한다. 이때, 가새와 기둥면 간접합부와 가새와 보 간 접합부를 유의하여야 한다.

(7) 특수중심가새골조에서 면외좌굴 후 가새 성능을 고려할 경우, 안정적인 좌굴후거동을 확보하기 위하여 거셋플레이트가 구속없는 소성회전을 발현하도록 한다. 이를 위한 거셋플레이트 상세는 「건축구조기준」의 강구조내진설계에 따른다.

(8) 접합부 설계에서 거셋플레이트의 항복, 단면파단, 블럭전단파단, 좌굴 등을 검토하여야 한다. 부가적으로, 보 웨브 국부좌굴, 보 웨브 크리핑 등을 고려하여야 한다.

(9) 접합부의 소요 인장강도는 가새가 발현할 수 있는 최대 인장강도를 기준으로 산정한다. 여기서 재료의 예상 항복강도를 적용한다.

(10) 접합부의 소요압축강도는 가새가 전달하는 최대 압축강도를 기준으로 산정한다. 여기서 재료의 예상 항복강도를 적용하며, 압축강도초과계수인 1.1을 도입할 수 있다.

[해설]

(5) 쌍ㄱ형강, 쌍각형강관, 쌍ㄷ형강과 같은 조립부재를 특수중심가새골조 가새로 사용할 경우, 보다 엄격한 기준을 적용한다. 「건축구조기준」의 강구조내진설계의 상세를 참고한다.

(6) [그림 14-10]은 기존 보-기둥 접합부에 각형강관 가새를 추가한 간단상세를 가진 보통 중심가새골조 사례이다. 기존 보-기둥 접합부에 각형강관 가새를 추가한 특수 중심가새골조 사례는 [해그림 14-2]와 같다.

14.9 데크 플레이트 및 지붕 구조 보강

14.9.1 전단성능 향상

(1) 콘크리트가 없는 데크 플레이트 자체 또는 지진력 저항시스템과의 접합부의 내진성능이 부족한 경우 보강한다.

(2) 접합부 성능은 지진하중에 대한 데크 플레이트의 연성거동을 확보할 수 있어야 한다.

(3) 접합부는 용접이나 파스너로 보강한다. 기존 철골골조와 데크 플레이트의 접합부가 용접된 경우, 퍼들(puddle)용접을 사용하여 보강한다. 기존 접합부가 스크루, 샷핀(shot pin), 익스팬션앵커로 연결된 경우, 동일한 파스너를 사용하여 보강한다. 콘크리트 벽체와 같이 용접이나 파스너 직접 설치가 어려운 경우, 강재 ㄱ형강을 추가하고 확장형 앵커나 다월 철근으로 연결한다.

(4) 데크 유닛사이의 길이방향 조인트(연결부)를 심(seam)용접 또는 주름(crimp)으로 보강한다. 데크 스티프너를 추가할 수도 있다.

(5) 접합부 성능이 아닌 데크 플레이트 자체 성능이 부족한 경우, 콘크리트를 채우거나 수평가새골조를 설치할 수 있다.

14.9.2 수평가새 설치

(1) 콘크리트슬래브가 없는 지붕 철골조에서 기존 다이아프램 자체 성능이 부족한 경우, 데크 플레이트를 대체하거나 콘크리트를 채우는 대신, 데크 플레이트 아래 수평가새를 설치하여 다이아프램으로 작용하도록 하는 방안이다.

(2) 기존 데크 플레이트와 신설 수평가새가 다이아프램의 전단력을 적절히 분배하도록수평가새의 강성을 선택하여야 한다.

(3) 수직의 지진력 저항시스템이 비탄성 연성거동을 발현할 때 다이아프램은 탄성상태를 유지하여야 한다.

(4) 수평가새의 경사는 지붕 경사와 동일하여야 한다.

(5) 수평가새는 기존 골조에 용접 또는 볼트 접합한다. 거셋플레이트의 유무는 선택할 수 있다.

14.9.3 인장 로드 수평가새

(1) 지붕에 설치된 인장 로드 가새는 로드(rod), 턴버클 및 이를 핀 또는 볼트에 의해지지부에 연결하는 클레비스(clevis)로 구성된다. 양쪽 단부는 탈락되지 않도록 모두 클레비스에 의해 지지점에 연결되어야 한다.

(2) 내진성능이 부족한 인장 로드는 전체를 교체하여야 한다.

(3) 클레비스 핀은 거셋플레이트에 볼트접합하여야 하며, 여기에 사용되는 볼트는 [그림 14-13]의 예와 같이 탈락을 방지할 수 있는 상세를 가져야 한다. 거셋플레이트는 강재보나 기둥, 벽체에 접합한다.

(4) 접합부는 전형적인 가새골조접합부와 유사하게 보강될 수 있다.

(5) 접합부의 강도는 로드 강도를 발현할 수 있어야 한다.

15 기존 구조-보강재 연결부

15.1 일반사항

(1) 이 장은 기존 콘크리트와 보강재의 연결부 설계 및 내진성능평가에 적용한다.

(2) 기존 콘크리트와의 접합부에 발생하는 전단력, 인장력, 휨모멘트, 지랫대작용(prying action) 등은 하중지배거동으로 본다. 따라서 접합부의 강도는 재료강도의 하한값인 설계기준강도를 적용하여 이 장의 규정에 따라 산정한다.

(3) 제4장의 선형해석평가를 적용하는 경우에 강도감소계수 $\phi$는 「건축구조기준｣ 또는「콘크리트용 앵커 설계기준｣(KDS 14 20 54)에 따른다.

(4) 제4장의 m 계수법, 비선형정적절차 및 비선형동적절차를 적용하는 경우에 강도감소계수 $\phi$는 1.0을 적용한다.

(5) 접합부에 균열이 발생할 수 있는 경우 접합부의 강도에서 콘크리트 저항은 고려하지 않는다.

15.2 후설치 앵커

15.2.1 일반사항

지진하중에 저항하는 후설치 앵커의 내진설계는 이 매뉴얼에서 별도로 규정하는 사항을 제외하면 「콘크리트용 앵커 설계기준｣(KDS 14 20 54)의 제반 규정을 따른다.

(1) 횡철근 배근시 콘크리트에 대한 구속효과나 직접 저항력을 고려할 수 있다.

(2) 강도 산정에서 여러 개의 앵커를 인접하여 사용하는 경우 무리 효과에 의한 강도 감소 및 하중의 편심효과를 고려한다.

(3) 앵커를 모서리 인근에 설치하는 경우 측면효과를 고려하여 공칭강도를 감소시킨다.

(4) 기존 콘크리트와 신설 콘크리트를 연결하기 위해 앵커를 사용한 경우, 접촉면을 경계로 기존 콘크리트와 신설 콘크리트는 각각 다른 설계 극한강도를 나타내므로 각각에 대하여 강도를 검토한 후 불리한 값을 사용한다.

(5) m 계수법, 비선형정적절차 및 비선형동적절차 적용 시 후설치 앵커에 가해지는 모든 작용은 하중지배형작용으로 간주한다. 후설치앵커의 공칭강도는 재료의 설계기준강도를 적용하여 이 지침의 규정대로 결정한다.

15.2.2 지진하중에 저항하는 앵커의 요구사항

「건축구조기준」에서 정의하는 지진구역 II의 내진 특등급과 지진구역 I의 내진1등급및 내진특등급 구조물에서 지진하중에 저항하는 후설치앵커는 (1)에서 (5)까지의 요구사항을 추가로 만족하여야 한다. 여기서 규정하지 않은 사항은 「콘크리트용 앵커 설계기준｣(KDS 14 20 54)에 따른다.

(1) 소성힌지 구간에서는 후설치 앵커의 묻힘 깊이를 강도계산 시 적용된 값보다 20퍼센트 이상 증가시켜서 설치하고 설계도서에 명기한다. 앵커 설치 위치에서 예상되는 최대 균열폭을 계산하고 관련 모의 지진시험에서 해당 균열폭이 적용되었음을 제시하는 경우에 한하여 증가시키지 않을 수 있다.

(2) 지진하중에 저항하는 후설치 앵커는 균열콘크리트에서 다음 항목에 대하여 모의지진시험을 통해 검증된 것으로서 공인된 기관에서 발행한 성적서를 구비하여야 한다.

① 확장앵커 및 언더컷앵커 : 뽑힘강도 $N_p$와 강재의 전단강도 $V_{sa}$

② 부착식 앵커 : 특성부착강도 $\tau_{uncr}$, $\tau_{cr}$ 및 강재의 전단강도 $V_{sa}$

(3) 인장력에 대하여 다음 ①~④ 중에서 하나를 만족하도록 설계한다. 다만 지진하중이 차지하는 비중이 전체 하중의 20%보다 작은 경우에는 이 규정을 적용하지 않는다.

① 15.2.2(2)~(4)에 따른 콘크리트 브레이크아웃, 뽑힘 및 부착강도가 15.2.2(1)에 따른 공칭 강재강도의 1.2배보다 크도록 설계한다. 앵커는 「콘크리트용 앵커 설계기준｣ 4.1(3)④의 요구사항에 따라 연성을 확보할 수 있는 재료와 상세로 제작및 설치되어야 한다.

② 초과강도와 변형경화 효과를 고려한 부속물의 연성항복 메커니즘에 의해서 앵커에 전달될 수 있는 최대 인장력에 대해 설계한다.

③ 항복하지 않는 부속물에 의해 앵커로 전달될 수 있는 최대 인장력에 대해서 설계한다.

④ 초과강도에 의해서 증가되는 지진력을 포함하는 설계하중조합으로부터 얻은 최대 인장력에 대해 설계한다.

(4) 콘크리트에 균열이 발생하지 않는다고 판단할 수 없다면 앵커의 설계인장강도는<표 15-1>을 적용한다.

(5) 전단력에 대하여 다음 ①~③ 중에서 하나를 만족하도록 설계한다. 다만 지진하중이 차지하는 비중이 전체 하중의 20%보다 작은 경우에는 이 규정을 적용하지 않는다.

① 초과강도와 변형경화 효과를 고려한 부속물의 연성항복 메커니즘에 의해서 앵커에 전달될 수 있는 최대 전단력에 대해 설계한다.

② 항복하지 않는 부속물에 의해 앵커로 전달될 수 있는 최대 전단력에 대해서 설계한다.

③ 초과강도에 의해서 증가되는 지진력을 포함하는 설계하중조합으로부터 얻은 최대 전단력에 대해 설계한다.

(6) 앵커의 강도가 내진보강 효과를 제한하지 않도록 (3) 및 (5)의 규정에 따라 충분한 강도를 갖도록 설계하여야 하며, 그렇지 않은 경우 실험을 통해 연결부의 성능을 입증하여야 한다.

파괴모드 설계인장강도 인장 단일앵커 또는 앵커그룹에서 가장 큰 응력을 받는 앵커의 강재강도 $\phi N_{sa}$ 콘크리트 브레이크아웃강도 $\phi 0.75N_{cb}$ 또는 $\phi 0.75N_{cbg}$ 단일앵커 또는 앵커그룹에서 가장 큰 응력을 받는 확장앵커 및 언더컷앵커의 뽑힘강도 $0.75\phi N_{pn}$ 부착식앵커의 부착강도 $0.75\phi N_{a}$ 또는 $0.75\phi N_{ag}$

[해설]

(1) 「콘크리트용 앵커 설계기준」에서는 원칙적으로 지진 시 소성힌지 위치에서 후설치앵커의 적용을 허용하고 있지 않으나 내진설계되지 않은 기존건물에서 현실적으로 내진보강설계가 어려워지기 때문에 이 매뉴얼에서는 앵커의 묻힘 깊이를 증가시켜 설계하도록 규정하였다. 이하에서 설명하는 ICC 또는 EOTA 인증서를 구비한 앵커는 상기 수치를 소성힌지 위치에 서의 앵커 묻힘깊이 증가 면제 규정에 활용할 수 있다.

(2) 콘크리트용 후설치 앵커의 모의 지진실험 방법에 대한 규정으로는 ACI 355.2 Qualificationof Post-Installed Mechanical Anchors in Concrete and Commentary, ACI 355.4Qualification of Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete and Commentary, ETAG 001Guideline for European Technical Approval of Metal Anchrs for Use in Concrete 등이 있으며, 각각 ICC(International Code Council) 및 EOTA(European Organization of TechnicalApproval)에서 관련 인증서를 발급하고 있다. ACI 355.2 및 ACI 355.4에서는 0.5 mm의 균열폭에서 반복가력 시험을 수행하도록 규정하고 있으며, ETAG 001 Guideline에서는 시험 범주를 C1과 C2로 나누고 각각 0.5 mm 및 0.8 mm의 균열폭을 적용한 반복가력 시험 절차를 규정하고 있다.

(3)(5) 선형해석평가법을 적용하는 경우에 초과강도에 의해서 증대된 지진하중은 평가용 지진하중에 구조시스템의 초과강도계수를 곱하여 산정할 수 있다. 반면에 성능기반평가법을 적용하는 경우에는 최대고려지진에 대한 평가에서 결정되는 소요강도를 초과강도에 의해서 증대된지진하중으로 적용할 수 있다. 비선형정적 절차의 경우에는 성능점 자체가 아닌 성능점에 도달하는 과정에서의 최대 작용력을 적용한다.

15.2.3 인장강도

앵커의 공칭인장강도는 [그림 15-1]에서와 같이 앵커 강재강도, 콘크리트 브레이크아웃강도, 확장앵커 또는 언더컷앵커의 뽑힘 강도, 부착식 앵커의 부착강도로 구분할 수 있으며 이 중 최솟값을 강도로 정한다.

[해설]

이 매뉴얼에서 제시하는 인장강도 및 그에 관련된 수정계수의 계산식은 「콘크리트용 앵커 설계기준」에 따른 것이다. 콘크리트 측면파열강도는 주로 선설치 방식인 헤드앵커에서 발생하므로 제외하였으나 필요시 「콘크리트용 앵커 설계기준」에 따라 강도를 산정한다.

(1) 인장을 받는 앵커의 강재강도

앵커의 인장강도는 식 (15-1)을 이용하여 구할 수 있다.

$N_s = n A_{se} f_{uta}$ (15-1)

여기서, $n$ : 앵커 그룹에서 인장력을 지지하는 앵커의 수

$n_t$ : mm당 나사산의 수

$d_a$ : 앵커의 외경

$f_{uta} = 1.9 f_y \le 860\ \text{MPa}$ (15-2)

$A_{se} = \frac{\pi}{4}\left(d_a - \frac{0.9743}{n_t}\right)^2$ (15-3)

(2) 인장을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃 파괴강도

① 단일 또는 다수의 앵커에 의하여 인장을 받는 콘크리트의 파괴강도는 각각 다음식 (15-4) 및 (15-5)를 이용하여 구할 수 있다.

(a) 앵커 강재의 인장파괴 (b) 인장을 받는 원추형 콘크리트 파괴

(c) 앵커의 뽑힘 파괴 (d) 콘크리트의 측면 파열

그림 15-1 인장에 의한 앵커의 파괴 유형

단일 앵커 :

$N_{cb} = \frac{A_{Nc}}{A_{Nco}}\,\psi_{ed,N}\,\psi_{c,N}\,\psi_{cp,N}\,N_b$ (15-4)

앵커 그룹 :

$N_{cbg} = \frac{A_{Nc}}{A_{Nco}}\,\psi_{ec,N}\,\psi_{ed,N}\,\psi_{c,N}\,\psi_{cp,N}\,N_b$ (15-5)

여기서, $A_{Nco}$ : 연단거리가 $1.5h_{ef}$ 이상인 단일 앵커에 대한 콘크리트 파괴면의 투영면적으로서 식 (15-6)에 의해 산정함.

$A_{Nc}$ : 단일 앵커의 중심, 앵커 그룹에서는 인접 앵커 열의 중심선으로부터 $1.5h_{ef}$ 밖으로 투영하여 만들어진 사각형상을 기초로 하여 계산된 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 투영된 영향면적. $nA_{Nco}$ 이하이어야 함. [그림 15-2]의 설치 위치 조건에 대해서 식 (15-7)과 같이 산정할 수 있음.

콘크리트 파괴강도 식 (15-4) 및 (15-5)의 계산에 필요한 변수는 다음 식 (15-6) 부터 (15-8)과 같이 계산한다.

$A_{Nco} = 9h_{ef}^{\,2}$ (15-6)

$A_{Nc} = \begin{cases}(c_{a1} + 1.5h_{ef})(2\times 1.5h_{ef}) & c_{a1} < 1.5h_{ef}\text{인 경우}\\[4pt] (c_{a1} + s_1 + 1.5h_{ef})(2\times 1.5h_{ef}) & c_{a1} < 1.5h_{ef},\ \text{또한 } s_1 < 3h_{ef}\text{인 경우}\\[4pt] (c_{a1} + s_1 + 1.5h_{ef})(c_{a2} + s_2 + 1.5h_{ef}) & c_{a1}, c_{a2} < 1.5h_{ef},\ \text{또한 } s_1, s_2 < 3h_{ef}\text{인 경우}\end{cases}$ (15-7)

$N_b = k_c\sqrt{f_{ck}}\,h_{ef}^{1.5},\quad \begin{cases}k_c = 10 & \text{선설치 앵커의 경우}\\ k_c = 7 & \text{후설치 앵커의 경우}\end{cases}$ (15-8)

여기서, $h_{ef}$ : 앵커의 묻힘 깊이

$c_{a1}$ : 인장력이 작용하는 앵커 샤프트 중심부터 콘크리트 단부까지의 최소 연단거리, mm

$c_{a2}$ : 앵커 샤프트 중심부터 $c_{a1}$과 직각방향에 있는 콘크리트 단부까지 거리, mm

② 식 (15-4) 및 식 (15-5)에 적용되는 수정계수 $\psi_{ec,N}$, $\psi_{ed,N}$, $\psi_{c,N}$, $\psi_{cp,N}$는 다음과 같이 계산한다.

편심하중에 관한 수정계수 $\psi_{ec,N}$ :

$\psi_{ec,N} = \frac{1}{1 + \dfrac{2e'_N}{3h_{ef}}} \le 1.0$ (15-9)

여기서, $e'_N$ : 앵커 중심과 인장력 작용지점 사이의 거리

가장자리 영향에 관한 수정계수 $\psi_{ed,N}$ :

$\psi_{ed,N} = \begin{cases}1 & c_{a,\min} \ge 1.5h_{ef}\\[6pt] 0.7 + 0.3\dfrac{c_{a,\min}}{1.5h_{ef}} & c_{a,\min} < 1.5h_{ef}\end{cases}$ (15-10)

균열의 영향에 관한 수정계수 $\psi_{c,N}$ :

$\psi_{c,N} = \begin{cases}1.25 & \text{선설치 앵커(비균열 단면)}\\ 1.4 & \text{후설치 앵커(비균열 단면)}\\ 1.0 & \text{균열 단면}\end{cases}$ (15-11)

비균열 콘크리트에 보조철근 없이 사용하는 후설치앵커의 수정계수 $\psi_{cp,N}$ :

$\psi_{cp,N} = \begin{cases}1.0 & c_{a,\min} \ge c_{ac}\\[4pt] c_{a,\min}/c_{ac} \ge 1.5h_{ef}/c_{ac} & c_{a,\min} < c_{ac}\end{cases}$ (15-12)

③ 앵커 그룹에서 일부의 앵커에만 인장력이 가해질 경우 $\psi_{ec,N}$에 적용되는 $e'_N$의 결정과 식 (15-3)에서 $N_{cbg}$의 계산은 인장을 받는 앵커에 대해서만 고려하며, 두축에 대하여 편심 하중이 존재하는 경우 수정계수 $\psi_{ec,N}$은 각 축에 대하여 독립적으로 계산하고, 이 계수의 곱을 식 (15-5)에서 $\psi_{ec,N}$으로 사용하여야 한다.

④ 콘크리트 파괴면을 기준으로 양쪽으로 「콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준」 (KDS 14 20 52)에서 규정하고 있는 정착길이를 확보한 철근이 있거나, 앵커를 감싸고 있으면서 파괴면을 지나서 충분한 정착길이를 확보한 철근이 있으면, 이철근의 강도로 콘크리트 파괴강도를 대신할 수 있다. 이때 강도감소계수를 적용하는 경우에는 $\phi$ = 0.75를 사용한다.

(3) 앵커의 뽑힘강도

인장에 의한 앵커의 뽑힘 시 강도는 식 (15-13)과 같이 계산한다.

$N_{pn} = \psi_{c,P} N_P$ (15-13)

여기서,

$\psi_{c,P} = \begin{cases}1.4 & \text{비균열 시}\\ 1.0 & \text{균열 시}\end{cases}$

$N_P = \begin{cases}8A_{brg}f_{ck} & \text{단일 헤드스터드 또는 헤드볼트}\\ 0.9f_{ck}e_h d_a,\ \text{단 } 3d_a \le e_h \le 4.5d_a & \text{단일 갈고리 볼트}\end{cases}$

$A_{brg}$ : 볼트의 헤드지압면적

(4) 콘크리트 측면 파괴강도

다수의 앵커에 의하여 인장을 받는 콘크리트의 측면 파괴강도는 식 (15-14)를 이용하여 구할 수 있다. 단일 앵커의 경우 앵커의 수로 나누어 구한다.

$N_{sbg} = \left(1 + \frac{s}{6c_{a1}}\right)N_{sb}$ (15-14)

여기서,

$N_{sb} = 13c_{a1}\sqrt{A_{brg}}\,\sqrt{f_{ck}}$ (15-15)

(5) 인장을 받는 부착식 앵커의 부착강도

① 이 매뉴얼에서 규정하는 앵커의 부착강도는 뭍힘깊이의 범위 $4d_a \le h_{ef} \le 20d_a$에 대해서 적용한다.

② 인장에 의한 부착식앵커의 부착파괴 시 강도는 단일 앵커와 앵커 그룹에 대하여 각각 식 (15-16) 및 (15-17)과 같이 계산한다.

단일 부착식앵커 :

$N_a = \frac{A_{Na}}{A_{Nao}}\,\psi_{ed,Na}\,\psi_{cp,Na}\,N_{ba}$ (15-16)

부착식앵커 그룹 :

$N_{ag} = \frac{A_{Na}}{A_{Nao}}\,\psi_{ec,Na}\,\psi_{ed,Na}\,\psi_{cp,Na}\,N_{ba}$ (15-17)

여기서,

$N_{ba}$ : 인장력을 받는 단일 앵커의 기본부착강도

$A_{Nao}$ : 연단거리가 $c_{Na}$ 이상인 단일 앵커에 대한 부착파괴의 투영된 영향면적으로서 식 (15-18)에 의해 산정함

$A_{Na}$ : 앵커의 중심, 앵커 그룹에서는 인접 앵커 열의 중심선으로부터 $c_{Na}$ 밖으로 투영하여 만들어진 사각형상을 기초로 하여 계산된 단일 앵커 또는 앵커 그룹의 투영된 영향면적. $nA_{Nao}$ 이하이어야 함. [그림 15-3]의 설치 위치 조건에 대해서 식 (15-19)와 같이 산정할 수 있음

$n$ : 앵커 그룹에서 인장력이 작용하는 앵커의 수

부착강도 식 (15-16) 및 (15-17)의 계산에 필요한 변수는 다음 식 (15-18)부터(15-21)과 같이 계산한다.

$A_{Nco} = (2c_{Na})^2$ (15-18)

$A_{Na} = \begin{cases}(c_{a1} + c_{Na})(2c_{Na}) & c_{a1} < c_{Na}\text{인 경우}\\[4pt] (c_{a1} + s_1 + c_{Na})(2c_{Na}) & c_{a1} < c_{Na},\ \text{또한 } s_1 < 2c_{Na}\text{인 경우}\\[4pt] (c_{a1} + s_1 + c_{Na})(c_{a2} + s_2 + c_{Na}) & c_{a1}, c_{a2} < c_{Na},\ \text{또한 } s_1, s_2 < 2c_{Na}\text{인 경우}\end{cases}$ (15-19)

$c_{Na} = 10d_a\sqrt{\frac{\tau_{uncr}}{7.6}}$ (15-20)

여기서, $\tau_{uncr}$ : 비균열 콘크리트에서의 특성부착강도로서 공인된 시험절차에 따라수행 및 평가된 실험 결과의 제5백분위수로 한다.

인장력을 받는 단일 앵커의 기본부착강도는 식 (15-21)의 값 이하로 한다.

$N_{ba} = \lambda_a \tau_{cr} \pi d_a h_{ef}$ (15-21)

여기서, $\lambda_a$ : 경량콘크리트계수(보통중량콘크리트는 1.0, 경량콘크리트는 0.75~1.0)

$\tau_{cr}$ : 균열 콘크리트에서의 특성부착강도로서 공인된 시험절차에 따라 수행 및 평가된 실험 결과의 제5백분위수로 한다.

$d_a$ : 앵커의 직경

③ 해석 결과 지진하중 작용 시 균열이 발생하지 않는 것으로 나타난 콘크리트 부재의 영역에 사용되는 부착식앵커에 대해서는 식 (15-21)의 $\tau_{cr}$을 $\tau_{uncr}$로 대체할수 있다.

④ 식 (15-16) 및 식 (15-17)에 적용되는 수정계수 $\psi_{ec,Na}$, $\psi_{ed,Na}$, $\psi_{c,Na}$, $\psi_{cp,Na}$는 다음과 같이 계산한다.

편심하중에 관한 수정계수 $\psi_{ec,Na}$ :

$\psi_{ec,Na} = \frac{1}{1 + \dfrac{e'_N}{c_{Na}}} \le 1.0$ (15-22)

가장자리 영향에 관한 수정계수 $\psi_{ed,Na}$ :

$\psi_{ed,Na} = \begin{cases}1 & c_{a,\min} \ge c_{Na}\\[6pt] 0.7 + 0.3\dfrac{c_{a,\min}}{1.5h_{ef}} & c_{a,\min} < c_{Na}\end{cases}$ (15-23)

비균열 콘크리트에 보조철근 없이 사용하는 후설치앵커의 수정계수 $\psi_{cp,Na}$ :

$\psi_{cp,Na} = \begin{cases}1.0 & c_{a,\min} \ge c_{ac}\\[6pt] \dfrac{c_{a,\min}}{c_{ac}} & c_{a,\min} < c_{ac}\end{cases}$ (15-24)

여기서, 부착식앵커 그룹에서 일부의 앵커에만 인장력이 가해질 경우 식 (15-22)에 사용되는 $e'_N$의 결정과 식 (15-17)에서 $N_{ag}$의 계산은 인장을 받는 앵커에 대해서만 고려하며, 두 축에 대하여 편심 하중이 존재하는 경우 수정계수 $\psi_{ec,Na}$은 각 축에 대하여 독립적으로 계산하고, 이 계수의 곱을 식 (15-17)에서 $\psi_{ec,Na}$으로 사용하여야한다.

15.2.4 전단강도

앵커의 공칭전단강도는 [그림 15-4]에서와 같이 앵커 강재강도, 콘크리트 브레이크아웃강도, 콘크리트 프라이아웃강도로 구분할 수 있으며 이 중 최솟값을 강도로 정한다.

(1) 전단을 받는 앵커의 강재강도

슬리브가 전단파괴면까지 연결되지 않으면서 전단을 받는 후설치 앵커의 강재강도는 식 (15-25)를 이용하여 구할 수 있다. 슬리브가 전단파괴면까지 연결되는 후설치앵커의 경우에는 실험에 기초하여 구한다.

$V_s = n\,0.6 A_{se} f_{uta}$ (15-25)

(a) 강재 파괴 (b) 콘크리트의 파괴

(c) 프라이아웃 파괴 (d) 설치조건별 콘크리트 파괴 영역

그림 15-4 전단에 의한 앵커의 파괴 유형

(2) 전단을 받는 앵커의 콘크리트 브레이크아웃강도

① 전단에 의한 앵커의 콘크리트 파괴강도는 단일 앵커와 앵커 그룹에 대하여 각각식 (15-26) 및 (15-27)과 같이 계산한다.

단일 앵커 :

$V_{cb} = \frac{A_{Vc}}{A_{Vco}}\,\psi_{ed,V}\,\psi_{c,V}\,\psi_{h,V}\,V_b$ (15-26)

앵커 그룹 :

$V_{cbg} = \frac{A_{Vc}}{A_{Vco}}\,\psi_{ec,V}\,\psi_{ed,V}\,\psi_{c,V}\,\psi_{h,V}\,V_b$ (15-27)

여기서,

$A_{Vco}$ : 전단력 작용선에서 직각방향으로의 연단거리가 $1.5c_{a1}$ 이상이고 부재 두께가 충분히 두꺼운 경우에 단일 앵커의 콘크리트 파괴면을 부재 측면에 투영한 면적으로서 식 (15-28)에 의해 산정함.

$A_{Vc}$ : 단일 앵커 또는 앵커 그룹에 대해 콘크리트 가장자리 측면에 생기는 파괴면의 투영면적. [그림 15-5]와 같이 전단력 작용방향 앵커열 중심선으로부터 같은 방향 연단거리의 1.5배에 해당되는 수평 및 수직 방향 이격 거리에 의해서 영역이 한정되는 수직으로 잘린 피라미드의 아랫면에 해당되는 투영면적. 하중 직교방향 연단거리나 두께에 의해 감소할 수 있음. $nA_{Vco}$ 이하이어야 함.

$n$ : 앵커 그룹에서 전단력이 작용하는 앵커의 수

$V_b$ : 균열콘크리트에 설치된 단일 앵커의 기본전단강도로서 식 (15-29)에 의해 산정한 값을 초과할 수 없다.

$c_{a1}$ : 전단력이 작용하는 앵커 샤프트 중심부터 전단력 방향의 콘크리트 단부까지의 연단거리, mm. 단, 폭이 좁고 두께가 충분하지 않은 단면에 앵커가 정착되어 있어서, 양쪽 연단거리 $c_{a2}$와 부재 두께 $h_a$가 모두 $1.5c_{a1}$보다 작은 경우, 15.2.3(2)에서 사용되는 $c_{a1}$은 가장 큰 연단거리의 2/3, $h_a$의 2/3, 전단력 직각방향으로 가장 큰 앵커 사이 간격의 1/3 중 큰 값 이하이어야 한다.

$c_{a2}$ : 앵커 샤프트 중심부터 $c_{a1}$과 직각방향에 있는 콘크리트 단부까지 거리, mm

$A_{Vco} = 4.5c_{a1}^{\,2}$ (15-28)

$V_b = 0.6\left(\frac{l_e}{d_a}\right)^{0.2}\sqrt{d_a}\,\sqrt{f_{ck}}\,(c_{a1})^{1.5} \le 3.7\sqrt{f_{ck}}\,(c_{a1})^{1.5}$ (15-29)

여기서, $l_e$ : 전단력에 의해 앵커가 지압을 받는 길이. 헤드 스터드 또는 전체 묻힘깊이에 걸쳐 단일 관을 갖는 후설치 앵커는 $h_{ef}$, 간격슬리브가 확장 슬리브와 분리된 비틀림제어 확장앵커는 $2d_a$. 다만, 어떠한 경우에도 $8d_a$ 이하임

② 가장자리에 평행한 방향으로 작용하는 전단력에 대한 $V_{cb}$ 또는 $V_{cbg}$는 각각 식(15-26) 및 (15-27)로부터 정해지는 값의 2배로 할 수 있다. 이때 전단력은 가장자리에 직각 방향으로 작용한다고 가정하고 $\psi_{ed,V}$는 1.0을 적용한다.

③ 식 (15-26) 및 식 (15-27)에 적용되는 수정계수 $\psi_{ec,V}$, $\psi_{ed,V}$, $\psi_{c,V}$, $\psi_{h,V}$는 다음과 같이 계산한다.

편심하중에 관한 수정계수 $\psi_{ec,V}$ :

$\psi_{ec,V} = \frac{1}{1 + \dfrac{2e'_V}{3h_{ef}}} \le 1.0$ (15-30)

가장자리 영향에 관한 수정계수 $\psi_{ed,V}$ :

$\psi_{ed,V} = \begin{cases}1 & c_{a2} \ge 1.5c_{a1}\\[6pt] 0.7 + 0.3\dfrac{c_{a2}}{1.5c_{a1}} & c_{a2} < 1.5c_{a1}\end{cases}$ (15-31)

균열의 영향에 관한 수정계수 $\psi_{c,V}$ :

$\psi_{c,V} = \begin{cases}1.4 & \text{비균열 단면}\\ 1.0 & \text{보조철근이 없거나 D13 미만의 가장자리 보강근 배근}\\ 1.2 & \text{앵커와 가장자리 사이에 D13 이상 보조철근 배근}\\ 1.4 & \text{앵커와 가장자리 사이에 D13 이상 보조철근 배근, 스터럽 간격} \le 100\,\text{mm}\end{cases}$ (15-32)

부재 두께에 관한 수정계수 $\psi_{h,V}$ :

$\psi_{h,V} = \sqrt{\frac{1.5c_{a1}}{h_a}}\,,\quad h_a < 1.5c_{a1}$ (15-33)

여기서, $h_a$ : 앵커가 설치되는 부재의 앵커 축방향 두께

④ 콘크리트 파괴면을 기준으로 양쪽으로 「콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준」 에서 규정하고 있는 정착길이를 확보한 철근이 있거나, 앵커를 감싸고 있으면서 파괴면을 지나서 「콘크리트구조 정착 및 이음 설계기준」에 따른 충분한 정착길이를 확보한 철근이 있으면, 이 철근의 강도로 콘크리트파괴강도를 대신할 수 있으며, 이때 강도감소계수는 $\phi$ = 0.75를 사용한다.

(3) 콘크리트 프라이아웃 강도

콘크리트의 프라이아웃 강도는 식 (15-34) 및 (15-35)와 같이 계산한다. 단일 앵커 :

$V_{cp} = k_{cp}N_{cp}$ (15-34)

앵커 그룹 :

$V_{cpg} = k_{cp}N_{cpg}$ (15-35)

여기서,

$k_{cp} = \begin{cases}1.0 & h_{ef} < 65\,\text{mm}\\ 2.0 & h_{ef} \ge 65\,\text{mm}\end{cases}$

$N_{cp}$, $N_{cpg}$ : 각각 인장을 받는 앵커의 콘크리트 파괴강도 $N_{cb}$와 $N_{cbg}$를 사용한다. 다만, 부착식 앵커의 경우에는 각각 부착강도 $N_a$와 $N_{ag}$를 초과할 수 없다.

15.2.5 조합응력

앵커에 인장력과 전단력이 동시에 작용하는 경우에는 두 힘의 조합에 [그림 15-6]의 3선형 상관선을 적용하여 설계한다.

(1) 15.2.2에 따라 계산한 설계인장강도의 20 퍼센트 이하에 해당하는 인장력과 조합되는 경우 100 퍼센트의 설계전단강도를 사용할 수 있다. 마찬가지로 15.2.3에 따라 계산한 설계전단강도의 20 퍼센트 이하에 해당하는 전단력과 조합되는 경우 100퍼센트의 설계인장강도를 사용할 수 있다.

(2) 각각 설계강도의 20 퍼센트를 초과하는 인장력과 전단력이 함께 작용하는 경우에 다음 식 (15-36)을 적용하여 설계한다.

$\frac{N_{ua}}{\phi N_n} + \frac{V_{ua}}{\phi V_n} \le 1.2$ (15-36)

15.2.6 쪼갬파괴를 방지하기 위한 연단거리, 앵커 간격 및 두께

(1) 쪼개짐을 제어하기 위한 보조철근이 배치되어 있지 않으면, 후설치 앵커의 최소간격과 연단거리 및 부재의 최소 두께는 (2)부터 (6)까지 규정에 따라야 한다. 또는 별도의 제품 시험을 통해 더 작은 값을 사용할 수 있다. 여기에서 규정하지 않은 사항에 대해서는 콘크리트구조기준」 부록 II에 따른다.

(2) 후설치앵커의 최소 중심간격은 $6d_a$이어야 한다.

(3) 후설치 앵커에 대한 최소 연단거리는 5.4의 철근의 피복두께 요구 조건 이상이거나 별도의 시험에 따른 제품의 최소 연단거리 요구 조건에 근거하여야 하되, 최대골재 크기의 두 배 이상이어야 한다. 별도의 시험을 거치지 않은 경우 최소 연단거리는 다음 값 이상이어야 한다.

① 언더컷앵커 : $6d_a$

② 비틀림제어 앵커 : $8d_a$

③ 변위제어 앵커 : $10d_a$

④ 부착식앵커 : $6d_a$

(4) 확장 또는 언더컷 후설치 앵커에 대한 $h_{ef}$ 값은 부재치수의 2/3와 부재치수 - 100mm 중 큰 값 이하이어야 한다.

(5) 별도의 인장 실험에 의해 결정되지 않는 경우, 위험 연단거리 $c_{ac}$는 다음 값 이상이어야 한다.

① 언더컷앵커: $2.5h_{ef}$

② 비틀림제어 앵커: $4h_{ef}$

③ 변위제어 앵커: $4h_{ef}$

④ 부착식앵커: $2h_{ef}$

(6) 시공 도면과 시방서에 설계에서 가정된 최소 연단거리를 갖는 앵커를 사용할 것을 명기하여야 한다.

[해설]

이 매뉴얼에서 제시하는 연단거리, 앵커간결 및 두께에 관한 제한 규정은 「콘크리트용 앵커 설계기준」에 따른 것이다.

15.2.7 품질관리

(1) 후설치 앵커는 시공 도면과 시방서에 따라 설치되어야 한다.

(2) 후설치 앵커의 시공은 개별 앵커의 설치 매뉴얼에 규정된 방법에 따른다.

(3) 수평 또는 상향 천공되는 부착식 앵커의 접착제는 흘러나오지 않고 밀실하게 채워졌음을 확인하여야 한다.

(4) 후설치 앵커의 설치를 위해 기존 콘크리트에 천공된 구멍은 반드시 개별 앵커의 설치 매뉴얼에 따라 브러쉬로 청소하여야 한다. 규정에 따라 청소를 실시하지 않고 설치된 앵커는 15.2에 따라서 결정되는 강도를 발휘한다고 볼 수 없다.

15.3 보강철근의 정착 및 이음

15.3.1 기존 콘크리트에 정착

(1) 보강철근은 기존 콘크리트에 정착하거나 다우얼바를 통하여 정착되어야 한다.

(2) 앵커 혹은 다우얼바를 이용한 정착강도는 15.2의 규정에 따른다. 접착물 혹은 캡슐을 이용하는 철근을 정착시킬 경우 공급자가 제공하는 상세와 권고사항을 고려하여야 한다.

15.3.2 기존 철근과의 이음

(1) 기존 및 보강 철근은 「건축구조기준」에 따라 겹침이음한다. 겹침이음은 기존 콘크리트를 제거하여 철근을 노출시키고 이음할 철근을 설치한 후 새로 콘크리트를 타설하는 방식으로 시공한다.

(2) 만약 「건축구조기준」의 규정이 요구하는 이음길이를 만족시키지 못할 경우, 보강철근은 직경과 항복강도가 같거나 더 큰 기존 철근에 용접하여 정착시킨다. 단, 철근에 작용하는 응력이 큰 경우 용접하지 말아야 한다.

(3) 보강철근이 기존의 철근 옆에 배치되거나 붙어 배근되는 경우 겹침용접한다. 겹침용접의 길이는 적어도 보강철근 직경 $d_b$의 15배 이상이어야 한다. 적어도 두 군데 이상에서 용접하여야 하고, 모든 용접부위의 용접길이는 $5d_b$보다 작지 않아야 한다.

(4) 두 철근의 맞댐용접은 동일한 현장조건에서 표준용접을 실시하여 인장 및 다른 타당한 하중시험을 실시한 경우에 한에서 허용된다. 맞댐 용접 대신, 길이가 $10d_b$ 이상인 두 개의 짧은 용접철근을, 기존 및 보강 철근의 길이방향에 대하여 대칭으로 양옆에 겹침용접하여 편심이 없도록 기존 철근과 보강 철근을 잇는 방법을 사용할 수 있다. 용접철근과 이음철근 사이의 겹침용접의 길이는 적어도 $5d_b$ 이상이어야 한다.

(5) 보강 철근을 기존 철근의 옆에 붙여 이을 수 없거나 이음부에 편심이 발생한 경우, 충분한 해석 및 실험으로 증명한 적당한 방법을 사용하여야 한다. 스터럽으로 보강철근을 둘러싸는 경우 정착성능을 크게 향상시킬 수 있다.

(6) 모든 경우에 보강철근이 겹침이음되어 있거나 용접되어 있는 기존 철근의 총 정착강도는 구조설계기준에 따른다.

15.3.3 불충분한 겹침길이

(1) 내진보강 설계 시 「건축구조기준」에서 요구되는 겹침길이를 충분히 확보할 수 없는 경우에는 5.7에 따라서 저항성능을 저감하여 설계하고 내진성능평가에도 반영하여야 한다.

(2) 추가적인 겹침길이를 확보하기 위하여 용접으로 연장하는 경우 철근의 국부적인연성도 저하를 고려한다.

(3) 외부 구속효과를 증가시키기 위하여 구속철근 또는 FRP를 설치할 수 있다.

① 구속효과의 증가에 필요한 띠철근 또는 강재의 단면적은 식 (15-37)에 따라 산정한다.

$A_j/s = \gamma_{Rd}\,\frac{(1-\lambda_s)}{\beta}\,\frac{1}{\mu}\,\frac{f_{yk}}{\sigma_{jd}}\,\frac{A_b}{l_s}$ (15-37)

여기서,

$\beta = b_f/B \le 1.0$ (15-38)

$A_j$ : $t_j w_j$, 횡구속 보강재의 단면적

$s$ : 횡구속 재료의 간격

$A_b$ : 겹침이음 되는 철근의 단면적

$\sigma_{jd}$ : 횡구속된 부재의 설계축응력

$\lambda_s$ : 기존 겹침이음의 부착력 기여도 (권장치 : 0)

$b_f$ : 철근의 겹침을 따라서 형성되는 마찰 영역의 폭

$B$ : 횡구속 재료의 축력에 의해 유발되는 전체 압축력이 동일한 균열을 따라 분포되는 폭

$\mu$ : 이음의 잠재적 균열에서의 마찰계수

② 구속보강길이는 겹침길이의 1.3배 혹은 600 mm 이상 확보되어야 한다.

15.4 합성수지

15.4.1 일반사항

(1) 합성수지에 의한 직접 인장력의 전달은 무시한다.

(2) 전단력의 전달은 환경적 요인과 시간경과에 따라서 부착강도가 저하될 우려가 있는 부분에서는 무시한다.

(3) 철근 또는 패스너와 함께 사용하는 경우, 합성수지의 부착강도는 무시한다.

15.4.2 콘크리트 간의 접합

(1) 합성수지로 부착된 접촉면에서의 설계압축강도는 콘크리트의 압축강도와 같은 값을 갖는다.

(2) 접촉면에서 전단강도를 사용할 수 있으나. 강도, 내구성 등의 성능은 실험을 통하여 입증되어야 한다. 그러나 온도가 높고 습기가 많은 환경에서는 접촉면의 전단강도에 대한 부착력의 기여를 무시한다.

(3) 접촉면에 전단력과 압축력이 함께 작용하는 경우 전단강도는 압축력의 효과를 고려하여 증가시킬 수 있다.

15.4.3 콘크리트와 강판의 접합

강판의 내력을 확보하기 위하여 강판 단부에서 콘크리트와 박리가 일어나지 않도록접합면의 인장력과 전단력에 대하여 충분히 접합한다. 접착길이 $l_a$는 강판 단부로부터적어도 식 (15-39)로부터 계산한 값 이상이 되어야 한다.

$l_a = \frac{f_y}{f_t/\gamma_m}\,t_s$ (15-39)

여기서, $f_t$ : 콘크리트의 공칭인장강도

$\gamma_m$ : 콘크리트의 재료안전계수로 1.5

$t_s$ : 강판 두께

15.5 신구 콘크리트 사이의 하중 전달

15.5.1 압축력의 전달

(1) 접촉면에 수직방향 압축강도는 두 재료의 압축강도 중 작은 값으로 한다.

(2) 기존 재료와 새로운 재료의 접합면에서 발생하는 국부적인 응력과 변형의 변화는 무시한다.

15.5.2 전단력의 전달

(1) 보, 기둥 등의 주요 부재에서 접합면의 직각방향으로 압축력이 작용하지 않거나 철근이 배근되어 있지 않은 경우 부착력은 무시한다.

(2) 전단마찰철근을 사용하는 경우, 콘크리트의 접합강도는 무시하며, 철근의 항복강도에 의하여 발생되는 전단미끄러짐 강도만을 고려한다. 전단미끄러짐 강도 산정 시에는 다음 사항을 고려한다.

① 접촉면에 수직으로 설치된 전단마찰철근에 의한 접촉면의 공칭전단강도 $V_n$는 다음 식 (15-40)과 같다.

$V_n = A_{vf}\,f_y\,\mu$ (15-40)

여기서, $A_{vf}$ : 전단마찰철근의 단면적

$\mu$ : 전단마찰계수

② 철근이 미끄러짐 면과 경사를 이루는 경우에 「건축구조기준」에 따라 경사각을 고려하여 설계한다.

③ 일체로 시공되지 않은 경우, 이질재료의 접합면에서는 미끄러짐 강도를 감소시켜야 한다.

④ 경량콘크리트를 사용할 경우에는 전단미끄러짐 강도를 감소시킨다.

⑤ 압축력이 작용하는 경우에는 이를 고려하여 전단미끄러짐 강도를 증가시킬 수 있다.

⑥ 전단미끄러짐 공칭강도 $V_n$은 $0.2f_{ck}A_c$과 $5.5A_c$을 초과해서는 안 된다. $A_c$는 전단력에 저항하는 콘크리트 단면적이다.

⑦ 전단마찰철근의 설계항복강도는 500 MPa를 넘지 않아야 한다.

⑧ 전단마찰철근은 접촉면을 따라 균등히 배근되어야 하고 박아넣기, 후크, 정착기구 등을 이용하여 항복강도를 발휘할 수 있도록 충분히 정착되어야 한다.

⑨ 기존 콘크리트 위에 새로운 콘크리트를 타설하는 경우, 접촉면을 깨끗하게 하여레이턴스가 발생하지 않도록 한다.

⑩ 기존 강재 부재에 새로운 콘크리트를 스터드나 철근의 용접으로 접착시킬 경우, 강재의 접촉면은 깨끗하여야 하고 페인트를 칠해서는 안 된다.

15.6 기존 콘크리트와 신설 철골조의 간접접합

15.6.1 스터드 앵커

(1) 스터드 앵커의 직경은 강재단면의 웨브판과 직접 연결된 플랜지 부분에 용접하는 경우 이외에 플랜지두께의 2.5배를 초과할 수 없다.

(2) 용접 후 밑면에서 머리 최상단까지의 스터드 앵커 길이는 몸체 직경의 4배 이상으로 한다.

(3) 스터드 앵커의 전단강도는 다음 식 (15-41)로 산정한다.

$Q_n = 0.5A_{sa}\sqrt{f_{ck}E_c} \le R_g R_p A_{sa} F_u$ (15-41)

여기서, $A_{sa}$ : 스터드 앵커의 단면적, mm²

$E_c$ : 콘크리트의 탄성계수, MPa

$F_u$ : 스터드 앵커의 설계기준인장강도, MPa

$R_g$ : 그룹효과 계수로서 0.85

$R_p$ : 위치효과 계수로서 0.75

(4) 스터드 앵커의 종방향 간격은 기본적으로 후설치 앵커와 동일 간격으로 배치하되, 250 mm 이하로 한다.

(5) 스터드 앵커의 횡방향 간격 및 연단거리, 측단거리, 정착길이를 적절히 확보한다.

(6) 여기에서 규정하지 않은 사항에 대해서는 「건축구조기준」에 따른다.

[해설]

(5) 일본 내진개수설계지침 및 해설에서는 간접접합부의 스터드 앵커에 대하여 다음과 같은 상세를 요구하고 있다. 치수 기호의 정의는 [해그림 15.1]을 참조한다.

① 2열 배치 시 게이지는 60 mm 이상으로 한다.

② 측단거리는 60 mm 이상, 연단거리는 30 mm 이상 60 mm 이하로 한다.

③ 정착길이 $l_s$는 머리 아래로 $6d_s$ 이상 확보한다.

15.6.2 후설치 앵커

(1) 인장에 저항하는 역할을 하는 앵커와 전단에 저항하는 역할을 하는 앵커로 구분하여 설계하거나 매뉴얼 15.2.4에 따라 조합응력을 고려하여 설계할 수 있다.

(2) 기존 콘크리트에 매입되는 부분은 매뉴얼 15.2에 따라 연단거리의 영향을 고려하여 설계한다.

(3) 스터드 앵커와 적절한 겹침길이 및 간격을 유지하여야 한다.

(4) 채움 모르타르의 압축강도는 30MPa 이상이어야 한다.

(5) 후설치 앵커는 채움 모르타르에 매입되는 부분에 머리가 형성되어 있는 것을 사용한다. 너트를 체결하여 머리를 형성할 수 있다.

[해설]

(2) 전단강도 계산 시 15.2.3(2)의 규정에 부합하는 기존 구조체 철근의 영향을 고려할 수 있다.

(3) 일본 내진개수설계지침 및 해설에서는 간접접합부의 후설치 앵커에 대하여 다음과 같은 상세를 요구하고 있다.

① 후설치 앵커와 스터드 앵커의 겹침길이 $L$은 각각의 길이 $l_n$ 및 $l_s$ 중에서 큰 쪽의 1/2 이상으로 한다.

② 후설치 앵커와 스터드의 간격 $D_{as}$는 $2L$ 이하로 한다. 단, 해당 접합부에 큰 인장력이 가해지는 경우 $L$ 이하로 한다.

15.6.3 쪼개짐 방지 철근

(1) 면내 전단력 작용 시의 쪼개짐을 방지하고 충진 모르타르의 수축과 균열을 방지하기 위한 보강 철근을 설치한다.

(2) 나선철근 또는 종방향 철근과 후프의 조합을 사용할 수 있다.

(3) 나선철근은 직경 6 mm 이상의 강선으로 제작한다.

(4) 후프는 D10 이상, 종방향 철근은 4-D13 이상을 사용한다.

[해설]

(2) 충분한 쪼개짐 방지효과를 확보하기 위하여 [해그림 15.1](a)에서 나선철근 또는 후프가 감싸는 면적은 내부에 스터드 앵커와 후설치 앵커가 모두 들어오는 크기로 한다. 시공상의 오차를 감안하여 가급적 큰 면적을 확보할 것을 권장한다.

(3) 일본 내진개수설계지침 및 해설에서는 나선철근의 간격으로 40~60mm 사이, 스터드 간격의 1/6~1/3을 권장하고 있다.

(4) 일본 내진개수설계지침 및 해설에서는 후프의 간격으로 스터드 간격의 1/3~1/2을 권장하고 있다.

16 기초 및 지반의 보강

16.1 일반사항

이 장은 학교시설 기초 및 지반의 내진성능 향상기법에 대한 일반적인 내용을 다루고 있다.

(1) 여기서 언급되지 않는 사항은 매뉴얼 10장의 내진보강공법의 선정절차를 따른다.

(2) 건축물 기초의 내진설계는 숙련된 지반공학기술자의 협력 하에 수행될 수 있다.

16.2 기초의 보강설계

기초의 내진성능을 향상시키기 위한 보강은 기초의 지지력 및 수평저항력을 증가시키도록 설계되어야 한다. 이때, 기존 기초구조물과 신설되는 기초구조물이 일체화 되도록 계획되어야 한다.

16.3 기초의 신설

기존 학교시설 기초의 내력이 작용하중에 비해 현저히 부족한 경우, 기초를 신설하여 기존 기초에 작용하는 하중을 분담할 수 있다. 이때, 신설되는 기초는 기존 상태에서 지진시 부가되는 하중에 대하여 저항하도록 설계한다.

16.4 기초단면 확대공법

기초단면 확대공법은 단면적을 증가시켜서 지진하중의 작용 시 요구되는 추가의 지지력을 확보하고, 수평변위를 감소시키는 방법이다. 이때, 기존의 얕은기초와 추가 확장 기초의 일체화를 위하여 [그림 16-1]과 같이 다우얼철근 등의 전단연결재를 배치하여야 한다.

16.5 기초연결 공법

기초연결 공법은 [그림 16-2]와 같이 전단벽이 신설되는 경우, 전단벽 단부에 인접한 기초를 연결하여 전단력에 의해 부가되는 하중을 지지하는 방법이다. 이때, 신설되는 전단벽 및 기초와 기존 구조물 및 기초의 일체화를 위하여 다우얼철근 등의 전단연결재를 배치하여야 한다.

16.6 마이크로파일 공법

얕은기초 보강을 위한 마이크로파일 보강공법으로는 고내력 마이크로파일 공법, 회전관입식 마이크로파일 공법 등이 있다.

또한, 기존 콘크리트 재질의 성능이 저하되었거나 지진의 동적하중이 과다하여 기존 콘크리트 기능이 부족한 경우에는 기존 콘크리트 상면위에 보강철근을 설치한 신설보강콘크리트를 타설한 후, 기초콘크리트 아래에 일정 깊이까지 마이크로파일을 설치하는 공법을 이용할 수 있다.

17 비구조요소의 내진보강

17.1 일반사항

17.1.1 목적

이 장은 학교시설에 설치되는 건축, 기계/전기설비, 배관 등의 비구조요소에 대한 내진보강 여부의 판정 및 보강 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다. 보강을 요구하는 비구조요소의 종류 및 내진보강 시 요구되는 성능 목표는 9장을 따른다.

17.1.2 내진보강 방향 및 절차

학교시설의 비구조요소의 내진보강은 성능 목표에 부합하도록 하며, 이 매뉴얼의 9.5절에서 정의한 각 비구조요소의 거동 특성을 고려하여 적절한 보강 방법을 적용한다.

(1) 가속도 민감형 비구조요소의 보강 : 각 비구조요소의 성능 수준별 지진하중에 대하여 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 비구조요소를 구조체에 적절히 정착하거나브레이싱을 이용해 보강하며, 비구조요소 자체의 강도가 부족한 경우에는 자체 보강을 실시한다.

(2) 변형 민감형 비구조요소의 보강 : 각 비구조요소의 성능 수준별 허용 변위에 대하여 비구조요소가 충분한 변형 능력을 확보하도록 한다.

17.2 보강 여부 판정

비구조요소의 보강 여부를 판정하기 위한 지진하중 및 상대변위는 이 매뉴얼의 9.4절을 따른다. 각 비구조요소의 지진하중 및 상대변위는 9.5절의 성능수준별 허용기준을 고려하여 산정한다. 또한 비구조요소와 부속품의 성능은 실험적 절차를 적용하여 평가 하고 보강 여부를 평가할 수 있다. 이때 비구조요소의 강성, 강도, 변형 능력 등을 평가할 수 있도록 진동대 실험 또는 등가정적하중 실험을 계획하여 수행할 수 있다. 이중바닥 및 그 상부에 설치되는 전기 및 통신설비의 기능수행 수준에 대한 평가 및 보강은 전파연구소의 ‘전기통신설비의 내진시험방법’과 같은 공인시험 절차를 따를 수 있다.

17.3 비구조요소의 내진보강

(1) 비구조요소의 보강은 각 비구조요소의 거동 유형 및 요구하는 성능목표에 맞추어수행되어야 한다.

(2) 힘지배형 비구조요소의 내진보강은 적절한 정착법과 브레이싱을 제공하는 방식으로 수행할 수 있다. 비구조요소의 자체적인 강도가 부족한 경우에는 적절하게 보강하거나 새로운 비구조요소로 대체하여 설치한다.

(3) 변형지배형 비구조요소의 내진보강은 비구조요소가 지진발생시 위치를 유지하면서 충분한 변형능력을 발휘하는 방식으로 수행할 수 있다.

(4) 지진 시 한 방향에 대하여 힘지배형, 다른 방향에 대하여 변형지배형인 힘-변형동시 지배형 비구조요소는 각각의 영향을 모두 고려하여 보강되어야 한다.

[해설]

비구조요소의 일반적인 보강방법에는 부재교체, 강성 및 강도 증진, 보수, 가새 추가, 앵커 추가 등이 있다. 그러나 비구조요소의 보강 여부 및 방법은 전적으로 설계자의 역량에 따라 결정되기때문에, 이 지침에서 따로 제시하지 않는 보강방법이 비구조요소의 목표성능수준별 허용기준을 만족하고 성능을 개선시킬 수 있으면 검증을 통해 보강방법으로 사용할 수 있다.

(1) 부재교체

- 건물 외부 외장재 제거, 외장재-벽체간 연결장치 교체 등 비구조요소의 제거 또는 비구조요소-구조체 간 연결부의 제거

- 외장 패널의 제거, 패널과 벽체간 연결장치 교체, 새로운 패널의 설치 등 새로운비구조요소로 교체

(2) 강성 및 강도 증진

- 대상 비구조요소에 대한 설계지진력에 대하여 저항할 수 있도록 비구조요소의 지지점 부근에 추가적인 부재를 용접하여 구조요소의 좌굴을 방지하고 강성 및 강도를 증진

(3) 보수

- 부식된 프리캐스트 콘크리트 외장 시스템의 부착물을 보수, 단순 부착물 교체, 외장 시스템 전체의 교체 등 비구조요소의 손상된 부품 또는 부재를 교체하여 목표성능수준에 따른 허용기준을 만족할 수 있도록 함

(4) 가새 추가

- 매달린 천장 시스템 상부에 경사 와이어 및 수직 압축재 추가 설치 등 비구조요소 내부에 버팀대를 추가하거나 비구조요소-구조물 간 버팀대를 추가(5) 앵커링 추가- 콘크리트 슬래브 등의 비구조요소를 지지하는 구조체에 볼트, 또는 앵커를 추가하여 바닥판과 비구조요소 간 횡방향 강성 및 지지력을 높임

17.3.1 건축 비구조요소

17.3.1.1 외부에 접착 또는 앵커로 고정되는 중량 외장재

외부에 접착된 중량 외장재는 면내 방향으로 구조체의 변형이 발생하면 접착면이 분리되어 외장재가 탈락하거나, 면외 방향으로 가속도에 의해 탈락할 수 있다. 벽돌이나석재와 같은 중량의 외장재는 탈락시 인명 손상이나 주차된 자동차 등의 재산피해를 야기할 수 있으므로 구조체와 중량 외장재가 적절하게 부착될 수 있도록 보강한다. 조적 외장재 등 중량의 외장재가 구조체와 접착 또는 앵커링이 되어 있지 않거나, 시공상태가 불량하면 전면 재시공하여야 한다. 앵커로 지지된 석재 등 중량의 외장재는 구조체와 외장재를 연결하는 앵커 및 지지철물이 면내 방향과 면외 방향의 변형을 충분히 흡수할 수 있고, 면외 방향의 가속도에 의한 지진력에 저항할 수 있는 충분한 내력을 갖도록 보강하여야 한다.

[해설]

외부에 설치되는 중량 외장재는 적절한 접착제를 사용하거나 앵커링이 되어야 하나, 2017년 11월발생한 포항지진에서는 다수의 조적 외장재가 [해그림 17-1]과 같이 탈락하였다. 대부분의 경우 구조체와 조적 외장재 사이에 단열재가 설치되고, 적절하게 부착되지 않는 경우가 많으므로 이와 같은 외장재에 대한 내진성능평가 시 실제 시공 상세에 대한 현장 조사가 필수적이다. [해그림 17-2]와 같이 구조체 외부에 단열재와 함께 중량의 외장재가 설치되는 경우, 앵커 및 브라켓은 중력방향 및 면외방향의 지진하중에 저항할 수 있는 충분한 강도를 보유하여야 하며, 면내방향과 면외방향의 변형을 흡수할 수 있는 시공 상세가 제공되어야 한다.

17.3.1.2 칸막이벽

상하부가 모두 구조재에 고정된 칸막이벽의 경우, 지진 발생 시 면내방향 하중에 대해전단균열, 뒤틀림 및 칸막이벽 마감재의 탈락 등이 발생할 수 있으며, 면외방향 하중에 대해서는 휨에 의한 균열, 구조재와의 연결 분리, 붕괴 등이 발생할 수 있다. 이러한 칸막이벽은 면내방향으로는 벽체와 구조재 사이에 상대변위를 흡수할 수 있는 충분한틈을 형성하며, 면외방향으로는 전도를 방지할 수 있는 접합부재를 제공하는 방식으로 보강을 실시한다. 상부가 구조재에 고정되지 않은 낮은 칸막이벽의 경우, 면외방향으로 전도되지 않도록 보강을 실시한다.

17.3.1.3 커튼월, 칸막이벽에 끼워진 유리

커튼월, 칸막이벽에 끼워진 유리는 변형에 매우 민감하다. 지진 발생 시 커튼월, 칸막이벽에 끼워진 유리는 면외방향 하중에 의해 탈락하거나 파괴될 수 있고, 면내방향의 하중에 의해 균열이 생성되거나 파괴될 수 있다. 이 매뉴얼 9.5.1.2절에서 요구하는 성능수준별 상대변위를 흡수할 수 없는 경우, 상대변위를 흡수할 수 있도록 유리와 구조재와의 간격을 제공하되, 유리가 면외방향으로 탈락되지 않도록 한다.

17.3.1.4 매달린 천장

매달린 천장이 9.6.1.4절에서 요구하는 성능수준별 허용기준을 만족하지 못하는 경우 적절한 내진보강이 필요하다. 다만, 약 95 N/m²이하의 매우 가벼운 패널의 경우 탈락시에도 인명안전 수준을 위협하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 매달린 천장의 내진보강은 브레이스의 추가, 천장프레임과 상부 구조물과의 접합부 보강, 천장프레임과 벽체와의 연결부 보강, 천장 패널과 천장 프레임 사이의 접합부 보강 등의 방법을 이용할 수 있으며, 이 외에도 공인기관을 통해 실험적, 해석적 방법으로 인증을 받은 천장을 사용할 수 있다. 천장의 손상에 의해 매달린 천장 내부를 관통하는 소방 배관 등에 손상이 예상되는 경우, 소방배관에 피해가 발생하지 않도록 추가적인 내진보강을 실시하여야 한다.

[해설]

체육관 등 피난시설로 사용될 수 있는 대공간의 천장 패널을 지지하는 프레임은 수평지진력에 의해 벽체 등과 충돌하여 좌굴이 발생할 수 있고 이로 인한 패널의 탈락이 발생할 수 있다. 따라서 세장한 천장 프레임의 좌굴 및 패널의 탈락이 발생하지 않도록 보강하거나 검증된 자재를 사용하여야 한다. [해그림 17-3]은 2017 포항지진에서 발생한 천장피해 사례로 그림에서 보는 바와 같이 천장 내부로 설비배관이나 스프링클러 등이 설치되므로, 지진에 의해 천장에 변형이 발생하여 천장내부를 관통하는 중요 배관에 손상을 일으키지 않도록 보강하도록 한다. 천장이 탈락하면 복도 및 피난계단 등의 피난경로 확보에 문제가 발생할 수 있다. 2017 포항지진에서는 [해그림 17-4]와 같이 복도 및 피난계단 등에 설치된 천장이 탈락하여 피난 경로 및 복구 통로 확보에 어려움을 겪는 사례가 발생하였다. 따라서 중요한 피난 통로의 천장은 천장판의 탈락이 발생하지 않도록 보강을 실시하여야 하며, 천장판이나 천장프레임을 구성하는 철물이 노후화된 경우에는 적절한 성능을 확보한 제품으로 교체하여야 한다. 천장이 비보강 조적벽체 등에 수평 지지된 경우, 조적벽체의 붕괴에 의해 천장이 탈락될 수 있으므로 이러한 경우에는 조적벽체와 천장의 지진 거동을 동시에 고려하여야 한다.

천장재는 [해그림 17-5]와 같이 천장 형상이 평탄할 경우에는 진동방지브레이스를 설치하고, 외벽과 스페이스를 두며, 천장 형상에 높이 차이가 있는 경우에는 높이 차이가 있는 부분에 스페이스를 설치함으로써 내진보강효과를 높일 수 있다.

(a) 평탄한 천장 (b) 평탄하지 않은 천장

17.3.1.5 이중바닥

이중바닥은 지진발생 시 수직, 수평으로 변위가 발생한다. 이중바닥의 내진보강은 이중바닥 프레임의 수직부재와 슬래브 사이의 앵커링 등 접합부 보강, 이중바닥 프레임부재간 접합부 보강, 이중바닥 패널과 프레임 사이의 접합부 보강 등의 방법을 이용할 수 있다. 전파연구소의 전기통신설비의 내진시험방법 등의 공인 인증을 받은 이중바닥 시스템을 사용할 경우 성능을 만족하는 것으로 간주한다. 이중바닥은 상부에 설치된 구조물이 중량물인 경우, 상부구조는 이중바닥 상부에 설치하지 않고 구조재와 직접 연결하여야 하며, 이와 같은 구조가 불가능한 경우에는 구조물을 지지하는 패널의 프레임을 브레이스 등으로 보강하여야 한다.

17.3.1.6 중량 파라펫

중량 파라펫의 거동은 면외방향의 가속도에 민감하며 특히 옥상 등에 설치되는 조적 파라펫은 면외방향의 전도에 의한 붕괴 위험이 높다. 중량 파라펫이 면외방향 지진하중에 충분히 저항하지 못할 경우 적절한 구조보강을 실시하여야 한다. 전도위험이 있는 파라펫과 옥상면에 브레이스를 설치하거나 면외방향 휨강도를 보강하여야 한다.

[해설]

옥상 등에 설치되는 파라펫은 조적조 등으로 설치되는 경우가 대부분이며, 면외방향 가속도에 의해 전도되어 인명손상을 일으키거나 건물 인근에 주차된 자동차 등에 피해를 일으킬 수 있다. 2016년 경주지진과 2017년 포항지진에서도 이와 같은 피해사례가 다수 발생하였다. 파라펫이 전도되지 않도록 충분한 강도를 보유하도록 구조보강을 실시하거나 면외방향으로 브레이스를 설치하여야 하며, 이와 같은 보강이 쉽지 않을 경우 해체하거나 경량의 파라펫 등으로 교체하도록한다.

17.3.2 기계/전기 설비 비구조요소

17.3.2.1 기계장비

기계장비는 지진 발생 시 장착된 곳에서 미끄러지거나 전도, 탈락할 수 있으며 이때, 인명안전이 위협되므로 위치유지 성능수준과 인명안전 수준을 동일하게 둔다. 지진 이후 기계설비의 기능수행이 요구될 경우 설계자가 지진 발생 이후 필수적으로 기능수행이 되어야 하는 기계, 전기 및 배관요소 등을 중요도에 맞게 식별하여야 한다. 이때, 기계장비는 9장에 따라 하중을 산정하여 지진에 대한 접합부 등이 적절한 강도 발휘하도록 보강하여야 한다. 구조재에 부착되거나 이동하지 않는 기계장비는 구조재와 강한 앵커링을 통하여 위치유지 수준을 만족시킬 수 있다. 기능수행 수준이 요구되는 기계장비는 위치유지 수준에서 사용된 설계 하중을 증가시켜 간접적으로 설계 수준을 높이는 방법을 사용한다. 복잡한 기계장비의 경우 실험을 통하여 기능수행 수준을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다.

[해설]

물탱크 및 냉각탑은 [해그림 17-7]과 같이 비교적 중심이 낮은 기기는 횡변위를 구속할 수 있는 스톱퍼(stopper)를 설치하고, 중심이 높은 기구는 횡면위 및 로킹을 구속할 수 있는 스톱퍼를 설치한다.

(a) 중심이 낮은 기구 (b) 중심이 높은 기구

해그림 17-7 물탱크 및 냉각탑의 지진 대책 사례

17.3.2.2 전기 및 통신설비

전기 및 통신설비는 설치된 바닥에서 미끄러지거나 기울어짐, 또는 전도로 탈락 및 파괴가 발생할 수 있다. 규모가 큰 전기 및 통신시설의 경우 지진하중에 대한 평가와 시각적인 평가가 이루어져야 한다. 전기 및 통신설비의 기본적인 내진보강 방법은 전도, 미끄러짐 등이 발생하지 않도록 구조체에 적절히 앵커링하는 방법이다. 전기 및 통신설비의 기능수행 수준에 대한 성능을 확보하는 데에는 전파연구소의 전기통신설비의 내진시험방법 등을 적용할 수 있다.

17.3.3 배관

17.3.3.1 압력 배관

압력배관에서 최소한으로 지켜져야 할 성능은 위치유지와 누수방지 및 작동성이다. 특히 압력배관의 관련 설계 표준에 맞게 시공·설치되어야 한다. 압력배관은 지진 발생 시 구조체와 충돌하지 않도록 적절한 이격거리가 필요하다. 또한 중요한 압력배관의 경우 변위흡수장치의 사용을 고려하여야한다. 압력배관은 배관 사이의 접합부를 변위 흡수가 가능한 디테일을 사용할 수 있다. 인명안전 수준이 요구되는 압력배관은 시스템의 붕괴 및 낙하가 없는 상태여야 하는 위치유지에 중점을 두고, 위치유지 수준이 요구되는 압력배관은 누수 및 누출방지를 위한 시스템 보강이 필요하다. 기능수행 수준이 요구되는 경우 지진 발생 시 위치 유지가 되어야 하며, 압력 배관이 정상 작동하여야 하고 누수 및 누출이 없어야 한다.

17.3.3.2 소화 배관

소화배관은 일반적으로 압력배관과 유사한 손상이 예상된다. 지진 발생 시 소화배관의 일반적인 파괴형상은 부적절한 지지부로 인한 손상이나 브레이스의 손상, 스프링클러헤드로 인한 인접한 천장재 등과의 공동 손상 등이다. 소화배관에 대한 내진보강은 압력배관과 마찬가지로 지진 발생 시 구조재와 충돌하지 않도록 적절한 이격거리를 확보하며, 지지부가 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 한다.

[해설]

지진 직후에도 계속 사용이 요구되는 주요 배관은 [해그림 17-8]과 같이 변위흡수가능 이음부(flexible connection)를 설치하여, 지진시 배관의 파손 혹은 탈락을 방지한다.

18 특수공법

18.1 일반사항

(1) 이 장은 특수공법을 사용하여 학교시설의 내진보강을 수행하기 위한 설계·해석 및 제반 평가와 관련한 요구사항을 제시하는 것을 목적으로 한다.

(2) 특수공법의 구성요소 및 부재들은 이 장에서 특별하게 규정하지 않는 항목에 대하여 「건축구조기준」의 요구사항을 따른다.

18.2 특수공법의 범위

(1) 특수공법의 정의는 기준을 따른다.

(2) 다음과 같은 공법들이 특수공법에 해당된다.

① 감쇠장치, 면진장치 : 특수한 기계적 장치를 사용하여, 일반적인 강구조 또는 콘크리트 구조에서 발휘할 수 있는 능력이상의 변형 능력의 향상이나 에너지 소산을 목적으로 하는 장치

② 끼움벽(채움벽)과 끼움골조, 끼움가새공법의 경우 특수공법의 정의는 11장에 따른다.

③ 기둥 또는 벽체가 상하층간에 연속 보강되지 않음에도 불구하고 구조해석에서 상하층 기둥 또는 벽체의 보강요소가 연속된 것으로 구조해석하고 설계하는 공법

④ 기존 부재와 신설 부재 간에 부분접합을 사용하면서 이를 구조해석에 반영하지않거나, 부분접합에 대한 명확한 설계방법을 제시하지 않는 공법

⑤ 기존 부재와 신설 부재가 밀착되어 시공됨에도 불구하고 서로 이격되어 독립적인 거동을 보이는 것처럼 구조해석과 설계하는 공법

⑥ 구조해석에서 무한강성을 갖는 가상적인 링크를 사용하여 신설 부재의 길이를 줄이거나 신설 부재에 전달되는 하중을 인위적으로 줄여서 해석과 설계를 수행하는 공법

(3) 특허를 받은 공법 중 위에 해당되는 경우에는 특수공법으로 취급되며, 일반적인 재료와 구법을 사용하여 「건축구조기준」에 따라서 설계할 수 있는 공법은 일반공법으로 취급한다.

[해설]

(1) 기준에 따르면 특수공법에 대한 정의는 다음과 같다.

「건축구조기준」에서 규정하는 일반적인 재료와 설계방법을 사용하여 설계하기 어렵거나 동기준에 근거가 제시되어 있지 않은 공법을 가리킨다. 신재료를 사용하는 공법, 감쇠장치와 면진장치, 신구재료 및 구조 사이에 특수한 접합방법이나 부분접합을 사용하는 공법을 포함한다.

(2) ① 감쇠장치의 자체의 성능검증 뿐만 아니라 직접 기존 구조체에 연결될 때, 연결부위의 안전성과 변형능력, 인근 기존 부재의 안전성과 변형능력이 검증되어야 한다.

② 끼움벽(채움벽)과 끼움골조, 끼움가새공법의 경우 일반공법으로 허용되는 범위는 11장에 따른다.

③ 간략해석을 사용하거나 부정확한 해석모델을 사용하는 경우 하중의 층간 흐름을 왜곡할 수 있다. 보강재들이 수직적으로 직접 연결되지 않는 경우에는 반드시 기존골조 기둥의 안전성을 검토해야 한다.

④ 기존 부재와 신설 부재간의 합성작용에 충분한 강도를 갖는 연결재를 사용해야 한다.

⑤ 해석모델에서 실제와 다르게 보강골조의 강성을 약화시키는 경우, 전체골조의 지진하중을 저평가하고 보강골조의 기여도를 저평가할 수 있다. 또한 연결재의 요구강도를 저평가하여 연결재의 조기파괴를 초래할 수 있다.

18.3 성능입증 및 검증

18.3.1 절차 및 기본 요구사항

(1) 특수공법의 성능입증과 검증의 절차 및 요구사항은 기준 8.9를 따른다.

[해설]

(1) 기준 8.9의 주요 요구사항은 다음과 같다.

① 관련재료와 공법의 공급자는 해당방법이 학교시설에 적용되었을 때 내진성능확보를 증명할 수 있는 성능입증보고서, 설계매뉴얼, 시공매뉴얼을 작성하여야 한다.

② 성능입증보고서, 설계매뉴얼, 시공매뉴얼의 내용은 내진설계기준 및 내진공학 관련 공인기관에 제출되어 검증되어야 하며, 그 결과는 성능검증보고서로 작성된다.

③ 책임구조기술자와 제3자 검토자는 설계시와 검토시에 성능검증보고서의 검증내용을 확인하여야 한다.

④ 책임구조기술자는 현장 확인을 통하여 관련제품과 시공의 품질을 확인하여야 한다.

⑤ 시공자는 관련 서류를 보관하며, 자료를 숙지하고, 설계와 시공의 요구사항을 만족하도록시공하여야 한다.

18.3.2 성능입증방법

(1) 특수공법의 성능은 구조실험과 정밀구조해석을 통하여 그 성능을 입증하여야 한다.

(2) 구조실험은 공인된 실험기관과 관련전문가에 의하여 수행되어야 한다.

(3) 실험체는 2층 이상의 골조로 제작되어야 하며, 사용하고자 하는 기존구조 및 보강공법과 동일하게 설계 시공되어야 한다.

(4) 감쇠장치의 경우, 장치의 성능검증을 위한 독립적인 시험뿐만 아니라 장치가 설치되는 골조를 모사하는 실험체에 설치하여 시험하여야 한다. 감쇠장치가 직접 기존골조부재에 연결되는 경우 골조모사 실험체는 (3)에 따른다. 다만, 감쇠장치가 11.2.4 또는 11.2.6의 신설골조에 연결되는 경우에는 신설골조를 모사하는 1층 실험으로 대신할 수 있다.

(5) 성능입증에 충분한 수의 실험체를 제작 실험하여야 한다.

(6) 정적 주기 횡하중에 대한 실험이 실시되어야 한다. 필요시에는 진동대실험이 실시되어야 한다. 하중계획 및 실험계획은 관련 전문가와 참고문헌에 따른다.

[해설]

(3) 끼움가새를 사용하는 공법의 실험체의 구성 예로 [해그림 18-1]과 같은 구조를 사용할 수 있다. 끼움가새골조의 성능을 확인하기 위하여 끼움가새는 기초와 이격되어 골조내에 설치되어야 하고, 상하층 구조체의 연결성과 기둥의 연결 필요성을 확인 검증하기 위하여 다층 골조로 제작되어야 한다.

(4) 3개 이상의 실험체를 실험하여야 한다. 공법의 적용범위 내에서 실험변수는 다르게 설정할 수 있다.

18.3.3 실험입증 절차

(1) 프로토타입 골조에 대하여 설계 횡하중의 크기, 변형능력 등의 구조성능 요구사항을 정의한다.

(2) 구조성능 요구사항을 만족하도록 해당공법의 구조설계 매뉴얼에 규정된 바와 동일한 방법 또는 사업자가 제시하는 설계방법으로 실험체에 대하여 구조해석 및 기존부재와의 접합부를 포함하는 설계를 실시한다.

(3) 구조설계결과와 구조상세에 따라서 실험체를 제작하고 실험을 실시한다.

(4) 실험결과로부터 구한 실험체의 강도, 변형능력이 (1)의 구조성능 요구사항을 만족하는지 평가한다.

(5) 실험결과 성능이 부족한 것으로 평가되는 경우에는 재실험을 실시할 수 있으며, 그 결과는 설계매뉴얼과 성능입증보고서에 반영되어야 한다.

18.3.4 정밀구조해석에 의한 검증

(1) 구조실험의 보완적인 방법으로서 실험결과의 분석과 변수연구를 위하여 재료비선형 유한요소해석을 사용할 수 있다.

(2) 유한요소해석 모델과 방법은 실험결과와 비교를 통하여 그 신뢰성이 입증되어야 한다.

(3) 실험연구에서 충분히 검토하지 못한 범위의 변수 연구를 위하여 (2)에서 검증된 유한요소해석 모델과 방법을 사용할 수 있다.

(4) 비선형유한요소해석은 관련 전문가에 의하여 수행되어야 하며, 구조의 비선형거동을 모사할 수 있도록 개발되고 검증된 전문 소프트웨어를 사용하여야 한다.

18.4 감쇠장치

18.4.1 감쇠장치 성능 요구사항

(1) 장치 설계

감쇠장치는 최대고려지진에 대한 응답과 다음의 조건들을 고려하여 설계, 시공, 설치하여야 한다.

① 지진하중에 의한 저진동⋅대변위 거동 시의 성능 저하

② 풍하중⋅온도하중에 의한 고진동⋅소변위 거동 시의 성능 저하

③ 중력하중에 의한 하중 또는 변위

④ 부식, 마모, 생물분해, 화학물 등에 의한 장치 일부분의 고착

⑤ 온⋅습도, 수분, 자외선 등과 그 밖의 환경조건에의 노출

(2) 다축 이동

감쇠장치의 접합부는 감쇠시스템에 동시에 발생하는 종방향, 횡방향, 수직방향 변위를 흡수할 수 있는 충분한 마디구조를 갖추어야 한다.

(3) 검사와 주기적 시험

모든 감쇠장치는 검사와 교체를 위한 접근방법을 확보해야 한다. 설계수명 동안 감쇠장치의 신뢰성을 보증하기 위하여 책임구조기술자는 모든 유형의 감쇠장치에 대한 적절한 검사와 시험계획을 수립하여야 한다. 검사와 시험방법의 수준은 감쇠장치의 사용기간과 설계수명 동안의 특성변화 가능성을 반영하여야 한다.

(4) 구조물의 특정 층에 구조물의 주축방향 중 한축에 4개 이상의 감쇠장치가 배치되고, 고려방향으로 그 층의 강성중심을 기준으로 각 양방향에 최소한 2개의 장치가 배치되는 경우, 모든 감쇠장치는 평가기준지진 작용 시 최대변위 응답의 130 퍼센트에 해당하는 변위에 저항할 수 있어야 한다. 속도의존형 장치의 경우에는 평가기준지진 작용 시 최대속도 응답의 130 퍼센트에 해당하는 하중과 속도에 저항할 수 있어야 한다.

(5) 구조물의 특정 층에 구조물의 주축방향 중 한 축에 4개 미만의 감쇠장치가 배치되거나, 고려방향으로 그 층의 강성중심을 기준으로 각 양방향에 2개 미만의 장치가 배치되는 경우, 모든 감쇠장치는 평가기준지진 작용 시 최대변위 응답의 200 퍼센트에 해당하는 변위에 저항할 수 있어야 한다. 속도의존형 장치의 경우에는 평가기준지진 작용 시 최대속도 응답의 200 퍼센트에 해당하는 하중과 변위에 저항할 수 있어야 한다.

(6) 감쇠장치에 하중을 전달하는 접합부 및 구성요소는 위의 (4)와 (5)에 기술한 하중에 대하여 선형탄성을 유지하도록 설계되어야 한다. 따라서 감쇠장치와 기존 구조물의 접합부는 구조해석 또는 실험에 의해 입증하지 않는 한 모멘트골조의 부재의 소성힌지가 형성되는 구간에 설치하지 않거나 소성힌지가 형성되지 않도록 충분히 보강 후 설치하여야 한다.

(7) 감쇠장치의 특성은 시제품 실험으로부터 결정되어야 한다. 시제품실험에서는 장치의 변위, 속도, 힘에 대하여 평균특성과 상한치, 하한치가 제시되어야 하며, 수치해석모델은 이를 고려하여야 한다. 감쇠장치의 모델링은 상한치와 하한치를 모두 사용하여 해석되어야 하며, 감쇠장치의 힘을 전달하는 부재는 최대하중에 대하여 탄성거동을 하도록 설계되어야 하고, 구조물의 목표성능수준은 두 가지 경우 모두에 대하여 만족해야 한다.

(8) 내진보강시 모든 감쇠장치가 수평방향으로 전달할 수 있는 유효수평힘의 합과 함께, 이 값의 보강 전 구조물의 밑면전단력에 대한 비가 제시되어야 한다. 여기서 유효수평힘은 가새 등의 경사각도 등을 고려해서 수평방향으로 전달될 수 있는 힘의 최댓값이다.

(9) 감쇠장치를 힌지요소가 포함된 부재를 사용하여 연결하는 경우 힌지의 유격 허용치 등이 제시되어야 하며, 수치모델링에는 최대 유격이 고려되어야 한다. 장치의 연결부도 실제 시공상태를 고려하여 모델링되어야 한다.

18.4.2 수치모델링

(1) 감쇠장치는 장치의 이력특성에 따라 수치모델링되어야 하며, 이 매뉴얼의 4.5에서 규정하는 비선형동적절차에 의해서만 설계가 가능하다. 단, 비선형동적해석에서 구조물이 탄성거동을 하는 경우 구조물은 선형모델을 사용할 수 있으며, 감쇠장치의 이력거동은 실제 실험결과에 근거하여 모델링 되어야 한다. 축력과 전단력의 경우공칭강도의 1.0배, 인장지배 부재의 경우 공칭강도의 1.25배를 초과하지 않는 부재는 탄성으로 모델링 될 수 있다.

(2) 변위의존형 장치는 강소성(마찰형 장치), 이선형(금속항복형댐퍼), 삼선형 이력거동을 보이는 장치를 포함한다. 변위의존형 장치의 응답은 속도와 진동수에 의존하지 않는다. 속도의존형 장치는 고체 및 유체점탄성 장치, 유체점성 장치를 포함한다. 변위의존형과 속도의존형으로 분류되지 않는 장치는 기타 장치로 분류한다.

(3) 감쇠시스템의 모델은 감쇠장치와 지반 또는 장치와 구조물 사이의 하중경로에 있는 구조물의 구성요소의 유연도 또는 강성도가 포함되어야 한다. 이 구성요소들의 유연도는 감쇠시스템의 성능에 영향을 미친다. 감쇠장치가 포함된 감쇠시스템에 대한 반복하중 실험이 수행되어야 하며, 수치모델은 실험으로부터 구한 힘-변위 혹은 힘-속도 특성을 정확히 모사할 수 있음을 입증하여야 한다. 특히, 시스템 실험에서 접합부 유격에 따른 핀칭(pinching) 및 경화(hardening) 현상이 발생하는 경우 수치모델은 이를 반드시 포함하여야 한다.

(4) 감쇠장치의 모델링의 타당성은 18.4절에서 규정한 실제 지진하중에 대한 해석결과와 함께 지진하중 해석을 통해 얻은 최대 변위를 발생시키도록 크기가 조정된 구조물의 주기와 같은 공진하중을 사용하여 얻은 이력거동에 대한 분석을 통해 평가되어야 한다.

(5) 18.4.1.1 및 18.4.1.2에서 대표적인 감쇠장치의 수치모델을 제시하였다. 그러나 개별 감쇠장치는 다양한 재료와 형태 및 작동원리를 가지기 때문에 여기에서 제시한 모델의 적용 타당성은 반드시 실험적으로 검증되어야 하며, 필요 시 실제거동을 모사하기 위해 보다 상세한 수치해석 모델을 적용하여야 한다.

18.4.2.1 변위의존형 장치

변위의존형 장치는 장치의 양 단부 사이의 상대변위의 함수로 표현되는 하중-변위 관계로 표현되어야 한다. 변위의존형 장치의 응답은 장치의 양 단부 사이의 상대속도와 진동수에 의존하지 않는다. 변위의존형 장치는 장치의 하중-변위 응답을 자세히 표현할 수 있는 수치모델을 이용하여 모델링되어야 한다. 또한 필요시 축-전단-휨 상호작용 또는 2축 수평방향 변형 응답에 의존성을 표현할 수 있는 수치모델을 이용하여 모델링되어야 한다. 실험데이터로부터 변위의존형 장치의 응답을 평가하기 위하여 변위의존형 장치의 하중 $F$는 식 (18-1)과 식 (18-2)에 따라 결정되어야 한다.

$F = k_{eff} D$ (18-1)

$k_{eff} = \frac{|F^{+}| + |F^{-}|}{|D^{+}| + |D^{-}|}$ (18-2)

여기서 $k_{eff}$는 변위의존형 장치의 유효강성을 의미한다. 장치의 하중 $F^{+}$와 $F^{-}$는 상대변위 $D^{+}$와 $D^{-}$에서 각각 평가되어야 한다.

18.4.2.2 속도의존형 장치

(1) 고체 점탄성 장치 고체 점탄성 장치는 스프링과 데쉬팟(dashpot) 요소를 병렬로 연결한 캘빈 모델(Kelvin model)을 사용하여 모델링할 수 있다. 스프링 상수와 데쉬팟 상수는 구조물의 기본진동수 $f_1$와 작동온도의 범위에 일치하는 장치의 진동수와 온도 의존성을 고려할 수 있도록 결정하여야 한다. 고체 점탄성 장치의 반복하중응답이 하나의 스프링 상수 추정치와 데쉬팟 상수 추정치로 표현될 수 없는 경우에는 스프링 상수와 데쉬팟 상수의 상한과 하한치를 사용하여 수회의 해석을 수행하여 구조물의 응답을 평가하여야 한다. 고체 점탄성 장치의 캘빈 모델에서 하중은 식 (18-3)에서 식 (18-5)에 따라 결정되어야 한다.

$F = k_{eff} D + C\dot{D}$ (18-3)

$k_{eff} = \frac{|F^{+}| + |F^{-}|}{|D^{+}| + |D^{-}|} = K'$ (18-4)

$C = \frac{W_D}{\pi\omega_1 D_{ave}^{2}} = \frac{K''}{\omega_1}$ (18-5)

여기서 $C$는 장치의 감쇠계수, $D$는 장치의 양단 간 상대변위, $\dot{D}$는 장치의 양단 간 상대속도, $k_{eff}$는 유효강성으로 저장강성(storage stiffness) $K'$와 동일하다. $K''$는 손실강성(loss stiffness), 각진동수 $\omega_1$는 $2\pi f_1$, $D_{ave}$는 $D^{+}$와 $D^{-}$의 절대값의 평균, $W_D$는 한 사이클 동안 장치의 하중-변위 곡선 내부의 면적이다.

(2) 유체 점탄성 장치 유체 점탄성 장치는 장치의 구성요소의 관계를 나타낼 수 있도록 스프링과 데쉬팟 요소를 직렬과 병렬의 조합으로 모델링한다. 스프링상수와 데쉬팟상수는 구조물의 기본진동수 $f_1$와 작동온도의 범위에 일치하는 장치의 진동수와 온도 의존성을 고려할 수 있도록 결정하여야 한다. 유체 점탄성 장치의 반복하중응답이 하나의 스프링상수 추정치와 데쉬팟상수 추정치로 표현될 수 없는 경우에는 스프링상수와 데쉬팟상수의 상한과 하한치를 사용하여 수회의 해석을 수행하여 구조물의 응답을 평가하여야 한다.

(3) 유체점성 장치 $0.5f_1$에서 $2.0f_1$의 고유진동수 범위에서 강성이 존재할 때, 유체점성 장치의 힘은 식 (18-6)에 따라 결정되어야 한다.

$F = C_0 |\dot{D}|^{\alpha}\,\mathrm{sgn}(\dot{D})$ (18-6)

여기서 $C_0$는 장치의 감쇠계수, $\alpha$는 장치의 속도지수, sgn은 signum 함수로서 상대속도항의 부호로 정의된다.

18.4.2.3 기타 장치

변위의존형 또는 속도의존형 장치로 분류되지 않는 감쇠장치는 별도의 실험이나 해석을 통해 검증된 방법을 사용하여 모델링하여야 한다. 이러한 해석모델은 연직하중, 지진하중, 환경 및 온도에 의한 기타의 하중을 포함한 모든 하중에 대하여 장치의 하중-속도-변위 응답을 정확하게 표현할 수 있어야 한다.

18.4.3 비선형동적해석절차

(1) 감쇠시스템이 설치된 구조물은 비선형동적해석절차만을 사용하여 설계 및 내진보강해석을 수행할 수 있다.

(2) 구조물의 모델에는 구조부재 뿐 아니라 주기에 영향을 줄 수 있는 콘크리트벽체, 조적채움벽, 조적허리벽, 조적날개벽 등 기타 요소들이 모두 포함되어야 한다.

(3) 진동수 및 온도에 의존적인 감쇠특성과 강성특성을 가지는 감쇠장치는 목표변위에서 예상되는 변형과, 유효주기의 역수에 해당하는 진동수에 일치하는 특성을 가지도록 모델링한다. 감쇠장치가 진동수, 가진에 따른 온도 상승을 포함한 작동온도, 변형 또는 변형률, 속도, 지속하중, 이방향 하중에 의존적인 경우, 의존성을 갖는 속성은 상한치 및 하한치를 해석에서 고려하여야 한다. 감쇠장치의 점성효과를 비선형 시간이력해석에 대하여 전체 구조물의 감쇠로 치환하는 것은 허용되지 않는다.

(4) 우발적으로 발생 가능한 편심에 대한 효과는 각 주축을 따라 각 방향에서의 질량의 위치를 조절함에 따른 수회의 해석에 의하여 고려될 수 있다.

18.4.4 상세 요구사항

18.4.4.1 일반사항

감쇠시스템 및 지진력 저항시스템의 골조는 이 절에 규정된 상세 요구사항을 따른다. 또한 장치의 특성 변동을 고려하기 위하여 상하계해석이 수행되어야 한다.

18.4.4.2 풍하중

유체 점성장치 내의 밀폐부 등과 같은 감쇠장치 또는 구성요소에서의 피로수명을 조사하여 장치의 설계수명에 적합한지 검토되어야 한다. 반복횟수가 작은 사이클의 피로에 의하여 파단될 가능성이 있는 장치는 풍하중에 대하여 선형적으로 탄성범위 내에서 저항할 수 있어야 한다.

18.4.4.3 검사 및 교체

감쇠장치의 검사와 교체에 대한 계획이 수립되어야 한다.

18.4.4.4 품질관리

감쇠장치의 생산을 위한 제조·품질관리 계획이 책임구조기술자에 의하여 수립되어야 한다. 이 계획은 제조과정, 검사절차 및 방법, 제품의 품질관리를 보증하기 위하여 필요한 실험에 대한 기술을 포함하여야 한다. 품질관리 실험 프로그램(QC testing program)은 최소한, 장치의 샘플로부터 얻은 결과와 일치하는지의 여부를 평가하여야 한다. 각 실험의 결과는 프로젝트에서 필요한 장치 사항의 범위 내에 포함되는지 검증되어야 한다.

[해설]

책임구조기술자는 반드시 감쇠장치의 특성치에 대한 허용 변동치와 제조·품질관리 실험 프로그램의 범위를 구체적으로 설정해야 한다. 일반적으로 고려하는 크기에 대하여 장치의 실험을 모두 수행하고, 평균값에 대한 허용변동은 ±15 퍼센트에 존재하여야 한다. 고려하는 크기에 대하여 모든 장치의 실험이 수행되는 경우에는 개별 장치의 공칭설계 특성치에 대하여 일반적으로 ±15 퍼센트보다 더 큰 변동이 허용될 수 있다. 책임구조기술자는 해당 프로젝트에 대하여 감쇠장치의 변동의 적정 수용범위를 결정하여야 한다.

18.4.4.5 유지관리

책임구조기술자는 감쇠장치에 대하여 구조물의 설계수명 동안 장치의 신뢰할 수 있는 성능을 보증하기 위하여 유지관리 및 실험일정을 수립하여야 한다. 유지관리 및 실험의 수준은 장치의 예상되는 사용 이력을 반영하여 수립되어야 한다.

18.4.4.6 감쇠장치 효과의 검증

감쇠장치를 사용하는 경우, 아래 (1)～(3)의 3가지 모델에 대한 비선형동적해석을 사용하여 감쇠장치의 효과를 검증한다. (2)의 결과가 (1) 또는 (3)에 비하여 성능이 크게나아지지 않는 경우, 감쇠장치의 사용은 제한되어야 한다.

(1) 보강하지 않은 기존 구조

(2) 감쇠장치를 사용한 보강 구조

(3) 감쇠장치를 에너지소산작용을 제거하고 식(18-2)에 따른 탄성의 유효강성으로 치환한 보강 구조

18.4.5 설계검토

감쇠장치를 가지는 구조물의 설계 및 관련된 실험 계획에 대한 검토는 감쇠장치를 가지는 구조물의 설계 및 해석에 경험이 있는 자에 의하여 수행되어야 한다. 설계검토는 최소한 아래의 사항을 포함하도록 한다.

(1) 프로젝트 설계 기준

(2) 장치 선택

(3) 구조물의 수평변위 및 장치의 변위, 속도, 하중요구의 결정을 포함하는 예비설계

(4) 시제품 실험 프로그램의 검토 또는 유사장치의 데이터 사용에 대한 검토

(5) 감쇠장치를 가지는 구조물의 최종설계와 제반 해석

(6) 제조·품질관리 실험 프로그램의 검토

(7) 18.4.4.6에 따른 감쇠장치 효과의 검증

18.4.6 시험

18.4.6.1 일반사항

감쇠장치 및 감쇠시스템의 하중-속도-변위 관계 및 감쇠특성은 시공을 위한 장치의 제작 이전에 이 절에 규정된 실험에 따라야 한다. 또는 유사 크기 장치의 기존 실험을 근거로 하여야 한다. 이 절에 규정된 실험은 (1) 설계에서 고려하는 감쇠장치의 하중-속도-변위 특성을 확실하게 결정 및 확인하기 위하여, (2) 큰 지진력에 대하여 개별 장치의 안전성을 증명 하기 위하여 수행되어야 한다. 책임구조기술자는 시제품 실험에 의하여 수립되는 관련 장치의 특성치에 대하여 명확한 수용 기준들을 제시하여야 한다. 이러한 기준들은 공칭설계치를 반영하여야 하며 재료특성에 근거한 예상되는 변동을 고려하여야 한다. 이에 따라 최종적으로 한계응답치를 제시하여야 하며 한계응답의 범위에 벗어나는 응답을 나타내는 장치는 사용할 수 없다. 모든 시제품과 장치의 제품에 사용되는 제조 및 품질관리 절차는 동일하여야 한다. 이러한 절차는 시제품 장치를 제작하기 이전에 책임구조기술자에 의하여 승인되어야 한다. 감쇠장치의 시험 방법, 절차 및 요구조건은 「건축구조기준」의 관련 규정에 따른다.

18.4.6.2 장치원형 시험

아래의 장치원형 시험은 설계에 사용되는 각 종류와 각 크기별로 각각 두 개의 실대형 장치에 대하여 수행되어야 한다. 구조물에 사용되는 장치의 각 타입 및 각 크기에 대하여 제조 및 품질관리절차가 동일한 경우, 책임구조기술자에 의하여 승인을 받은 경우 장치원형 시험에 대하여 각 타입과 각 크기에 대한 실험 대신 장치의 각 타입의 대표 크기를 선택하여 실험할 수 있다. 책임구조기술자에 의하여 서면으로 승인을 받지 못한 경우에는 실험체를 구조물의 시공에 사용할 수 없다.

(1) 데이터 기록

각 실험체의 각 사이클 별 하중-속도-변위 관계가 기록되어야 한다.

(2) 시험절차

다음의 최소한의 실험 절차에 대하여 각 감쇠장치는 구조물 설치 후 중력하중 효과와 예상되는 주변 온도환경을 반영하여 재하되어야 한다. 내진보강 후 구조물의 기본주기의 역수에 해당하는 진동수에 대하여 각 장치는 다음의 실험 절차를 따라야 한다.

① 평가기준지진 작용 시 장치 변위의 0.25배에 대응하는 감쇠장치의 변위에서 10회의 반복사이클

② 평가기준지진 작용 시 장치 변위의 0.5배에 대응하는 감쇠장치의 변위에서 5 회의 반복사이클

③ 평가기준지진 작용 시 장치 변위의 1.0배에 대응하는 감쇠장치의 변위에서 3 회의 반복사이클

[해설]

감쇠장치는 일부의 연직력을 지지할 수는 있으나 중력하중 저항 시스템의 일부로 고려되어서는 안 된다.

(3) 속도의존형 가진주파수 감쇠장치의 하중-변위 특성이 설계변위 이하의 임의의 변위에서 $0.5f_1$부터 $2.0f_1$까지의 실험 진동수 변화에 대하여 15 퍼센트 이상 변하는 경우, 앞에 기술한 실험절차들은 $0.5f_1$, $1.0f_1$, $2.0f_1$에 해당하는 진동수에서도 수행되어야 한다. 예외사항 : 실대형 실험이 아닌 축소비율의 시제품으로 감쇠장치의 비율의존성을 평가하는 경우에는, 축소비율 시험체는 실대형 시제품과 동일한 종류와 재료를 사용하여 동일한 순서와 품질관리 절차에 따라 제작되어야 하며, 실대형 하중속도를 잘 반영할 수 있는 상사 진동수를 적용하여 실험이 수행되어야 한다.

(4) 면외변형의존성

감쇠장치가 면외변형의 영향을 받는 경우, 앞에 기술한 실험절차들은 평가기준지진작용시 최대 면외변위와 면외변위가 영인 상태에서 모두 수행되어야 한다. 예외사항 : 실대형 실험이 아닌 축소비율의 시제품으로 감쇠장치의 이방향 변위 특성을 평가하는 경우에는, 축소비율 시험체는 실대형 시제품과 동일한 종류와 재료를 사용하여 동일한 순서와 품질관리 절차에 따라 제작되어야 하며, 실대형 변위를 잘 반영할 수 있는 상사 변위를 적용하여 실험이 수행되어야 한다.

(5) 온도의존형 장치

감쇠장치의 특성이 온도에 의존하는 경우, 적어도 하나의 시제품 장치는 설계에서 예상가능한 최저 및 최고온도에 대하여 각각 18.4.6.2(2)의 (a)부터 (c)까지를 적용하여 실험을 수행한다.

(6) 유사장치의 시험

감쇠장치가 유사한 크기, 동일한 재료 및 내부구성 및 정적 동적 내부 압력을 가지고, 동일한 순서 및 제조·품질관리 절차로 제작되고 앞에 기술한 실험방법에 따라연구소 등에서 실험이 기 수행된 경우 다음의 조건을 만족하면 별도의 장치 실험을 수행하지 않아도 된다.

① 책임구조기술자가 모든 관련 실험데이터를 열람할 수 있고 이에 대한 허가를 얻은 경우

② 제조업자가 사전에 실험이 수행된 장치의 유사성에 대하여 책임구조기술자의 승인을 입증할 수 있는 경우

③ 책임구조기술자에 의하여 사전 수행된 실험 프로그램으로부터의 데이터의 제출이 서면으로 승인된 경우

18.4.6.3 성능평가

감쇠장치의 하중-속도-변위 특성은 18.4.6.2에서 규정된 시제품 장치의 반복하중 및 변위 실험에 근거하여야 한다. 강성을 가지는 감쇠장치의 유효강성 $k_{eff}$은 식 (18-7)에 따라 변형의 각 사이클에 대하여 계산되어야 한다.

$k_{eff} = \frac{|F^{+}| + |F^{-}|}{|\Delta^{+}| + |\Delta^{-}|}$ (18-7)

여기서 $F^{+}$와 $F^{-}$는 각각 $\Delta^{+}$와 $\Delta^{-}$의 변위에서 계산되어야 한다. 강성을 가지는 감쇠장치의 등가점성감쇠비 $\beta_{eff}$는 식 (18-8)에 따라 변형의 각 사이클에 대하여 계산되어야 한다.

$\beta_{eff} = \frac{1}{2\pi}\,\frac{W_D}{k_{eff}\,\Delta_{ave}^{2}}$ (18-8)

여기서 $k_{eff}$는 식 (18-7)의 결과를 이용한다. $W_D$는 한 사이클 동안 장치의 하중-변위곡선 내부의 면적으로, $\Delta^{+}$와 $\Delta^{-}$의 절대값의 평균치에 해당하는 변위 $\Delta_{ave}$에서 수행한 실험 결과를 이용하여야 한다.

18.4.6.4 적정성

아래에 열거된 모든 조건을 만족하는 경우, 시제품 장치의 성능은 적정하다고 간주되어야 한다.

(1) 18.4.6.2의 실험에 의한 하중-변위 곡선에서 하중전달능력의 증분이 음의 값을 가지지 않아야 한다. 예외사항 : 속도의존형 거동을 보이는 감쇠장치는 이 요구조건을 만족하지 않아도 된다.

(2) 18.4.6.2의 각 실험에 대하여, 임의의 한 사이클에 대한 시제품 장치의 유효강성 $k_{eff}$이 실험의 모든 사이클로부터 계산되는 평균유효강성과 ±15 퍼센트 이상 차이가 나지 않아야 한다. 예외사항 :

① 위의 15 퍼센트 제한치는, 증가된 제한치가 구조물의 응답에 유해한 영향을 주지 않음이 해석에 의하여 증명되는 경우에는 구조물의 설계에 책임이 있는 공인된 책임구조기술자에 의해 증가시킬 수 있다.

② 유효강성을 가지지 않은 유체점성 장치 및 기타 장치는 이 요구조건을 만족하지 않아도 된다.

(3) 18.4.6.2의 각 실험에 대하여, 임의의 한 사이클 내 영 변위 시 시제품 장치의 최대 하중과 최소하중이 실험의 모든 사이클로부터 계산되는 평균최대 및 최소하중과 ±15 퍼센트 이상 차이가 나지 않아야 한다. 예외사항 : 위의 15 퍼센트 제한치는 증가된 제한치가 구조물의 응답에 유해한 영향을 주지 않음이 해석에 의하여 증명되는 경우에는 구조물의 설계에 책임이 있는 공인된 책임구조기술자에 의해 증가시킬 수 있다.

(4) 18.4.6.2의 각 실험에 대하여, 임의의 한 사이클 내 시제품 장치의 이력곡선의 면적 $W_D$가 실험의 모든 사이클로부터 계산되는 이력곡선의 평균면적과 ±15 퍼센트 이상 차이가 나지 않아야 한다. 예외사항 : 위의 15 퍼센트 제한치는 증가된 제한치가 구조물의 응답에 유해한 영향을 주지 않음이 해석에 의하여 증명되는 경우에는 구조물의 설계에 책임이 있는 공인된 책임구조기술자에 의해 증가시킬 수 있다.

(5) 변위의존형 장치에 대하여, 18.4.6.2의 각 실험에 대하여 계산된 영 변위에서 평균유효강성, 평균최대 및 최소하중, 이력곡선의 평균면적 $W_D$이 책임구조기술자에 의해 제시된 한계값을 초과하지 않아야 한다.

(6) 속도의존형 장치에 대하여, 18.4.6.2의 각 실험에 대하여 계산된 영 변위에서 평균최대 및 최소하중, 유효강성(점탄성 장치의 경우에만 적용), 이력곡선의 평균면적 $W_D$이 책임구조기술자에 의해 제시된 한계값을 초과하지 않아야 한다.

18.4.6.5 품질관리시험

건축구조물 설치에 앞서 설치될 모든 감쇠장치의 하중－속도－변위특성이 책임구조기술자가 정한 한계 내에 있는지를 보장하기 위한 시험을 수행한다. 제품시험의 범위와 빈도는 책임구조기술자에 따라 결정한다.

부록1 학교시설 내진성능평가 용역 과업지시서(예시)

부록1-1 일반사항

부록1-1.1 용역명

00학교 00동 내진성능평가 용역

부록1-1.2 용역목적

이 과업은「학교시설 내진설계기준」(이하 “기준”이라 한다.) 및 「학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼」(이하 “매뉴얼”이라 한다.)에 따라 현장조사(성능평가를 위한 조사) 및 선형구조해석평가를 실시하여 목표 설계 지진에 대한 보유 성능지수를 확인하고 필요 시 개략공사비 산정을 위하여 일반공법을 적용하여 보강안을 제시하는 데 그목적이 있다.

부록1-1.3 용역 내용

부록1-1.3.1 대상 시설

학교명 건물명 건축년도 구조 층수 연면적(㎡) 비고

부록1-1.3.2 과업 내용

(1) 자료조사

① 대상학교의 일반사항 및 구조와 관련된 정보에 대한 조사 및 분석

② 관련 법령, 기준 및 매뉴얼의 조사·분석

(2) 현장조사

① 예비 및 사전현장 조사를 바탕으로 현장조사 계획 수립

② 관련 기준 및 매뉴얼에 부합하는 내진성능평가를 위한 현장조사

(3) 선형구조해석법 내진성능평가

① 관련 기준 및 매뉴얼에 충실하게 선형구조해석법을 적용하여 내진성능평가 수행

② 내진성능목표 만족 여부의 정확한 판단(내진성능목표 만족 시 사업종료)

(4) 일반보강공법 제시(필요시)

① 내진성능 향상을 위한 일반공법을 적용한 보강설계

② 개략의 공사기간 및 공사비 산출(사업추진 방향 결정을 위한 자료)

부록1-1.4 용역기간

이 용역의 기간은 착수일로부터 00일간으로 한다.

부록1-1.5 용어

(1) 발주자 : 본 00학교 00동 내진성능평가를 위탁하는 000교육지원청

(2) 계약상대자 : 본 00학교 00동 내진성능평가 용역의 수행자

부록1-2 적용기준 및 수행지침

부록1-2.1 적용기준

본 내진성능평가 용역은 기본적으로 동 과업지시서와 기준 및 매뉴얼을 따르며 그 밖의 사항은 아래 관련기준 등을 참고한다. 모든 관련 기준 등은 최신의 기준을 적용한다.

(1) 지진재해대책법, 지진재해대책법시행령

(2) 학교시설 내진설계 기준

(3) 학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼

(4) 건축법(시행령), 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙

(5) 건축구조기준(KDS 41)

(6) 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법

(7) 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 실시 등에 관한 지침

(8) 콘크리트구조 설계(KDS 14 20)

(9) 콘크리트 표준시방서(KSC 14)

(10) 건설기술진흥법 품질시험 규정

부록1-2.2 일반사항

부록1-2.2.1 착수신고서 및 기타 제출서류

(1) 계약 상대자는 착수신고서 제출 시 다음 제반 서류를 계약일로부터 7일 이내에 제출하여야 한다.

① 착수신고서

- 사업 책임기술자 선임계 (이력서, 기술자 면허수첩 사본 첨부)

- 각 분야별 용역비 산출내역서

- 과업수행계획서

․ 관련분야별 업무범위와 책임한계․ 분야별 책임기술자 및 참여기술자 조직표․ 각 분야별 인력투입계획․ 예정 공정표․ 기타 본 과업에 필요하다고 판단되는 사항

② 보안각서

(2) 계약 상대자는 필요시 다음 제반 서류를 제출하여 승인을 득하여야 한다.

① 용역 기성부분 검사원

② 납품 기한 연기원

③ 납품 검사원

④ 하도급 통지 등 기타 용역 수행에 필요한 사항

부록1-2.2.2 업무협의 및 공정보고

(1) 계약 상대자는 착수신고서 제출 후 발주자와 협의하여 정기 또는 수시 업무협의회(완료일 기준 전주 1회 이상)를 실시하고, 업무협의 실시 내용은 보고서에 기록한다.

(2) 계약 상대자는 주 1회 과업수행계획서의 예정 공정표를 기준으로 공정보고서를 작성하여 발주자에 보고한다.

부록1-2.2.3 과업의 변경 등

본 과업수행 중 발주자의 사업계획 변경 등에 따라 변경사항이 발생될 경우에는 본과업의 일부 또는 전부를 중지하고, 발주자의 요구에 의하여 정산처리하거나 과업의 범위를 조정․변경할 수 있다.

부록1-2.2.4 기타사항

과업수행은 아래 사항을 숙지하고 예정공정표에 따라 성실히 수행하되, 발주자에 제출한 과업수행계획서에 따른다.

(1) 본 과업수행 세부계획 수립을 위해 사전 답사를 실시한다.

(2) 현장조사 부위별 일정은 필요시 사전에 발주자와 협의하여야 한다.

(3) 용역수행을 위한 마감재 해체･복구 시 발주자와 사전 협의하여 시행하며, 검사 수행 후 훼손된 부분은 계약자 부담으로 원상 복구한다.

(4) 계약 상대자는 본 과업지시 내용을 숙지하여 전반적인 과업 업무를 성실히 수행하여야 한다.

(5) 계약 상대자는 본 과업지시서 및 관계법령, 규칙 및 지침에 따라 제반사항을 성실하게 이행하고 수행한 본 과업의 성과에 대한 모든 책임을 진다.

(6) 계약 상대자는 과업수행시 안전사고 예방에 철저를 기하여야 하며, 안전사고 발생시 응급조치 및 사후처리에 최선을 다하고 이에 따른 발생비용은 계약 상대자 부담으로 한다.

(7) 본 과업의 부분성과 및 최종성과가 그 내용상 미비, 기술상 과오, 부실진단 등 결격사유가 발견된 경우에는 용역완료 전･후를 막론하고 발주자 지시에 따라 지체없이 계약 상대자의 비용부담으로 보완조치 하여야 한다.

(8) 발주자가 인정하는 특별한 사유가 없는 한 공정 지연으로 인하여 발생되는 손해책임은 계약 상대자에게 있다.

(9) 계약 상대자는 작업사항에 대한 기록보존을 위하여 사진촬영을 실시한다.

(10) 기타 필요한 사항은 발주자와 협의하여 처리한다.

부록1-2.3 특기사항

(1) 단위학교별 현장조사 일정을 학교의 장과 협의하여 수업진행에 지장이 없도록 노력하여야 한다.

(2) 추후 내진보강설계 용역 및 실시설계 용역 추진 시 발주자의 자료 요구 및 협의에 협조를 하여야 하며 이에 필요한 비용을 정산한다.

(3) 발주자가 내진성능평가 결과를 토대로 내진보강사업을 추진함에 있어 사업자 검토에 필요한 자료를 추가적으로 요청하는 경우에 협조해야 한다.

부록1-2.4 일반 수행 지침

부록1-2.4.1 적용 요령

(1) 과업수행은 본 과업지시서에 의하되 세부적인 사항은 계약상대자가 보다 합리적인방안으로 연구 발전시킨다.

(2) 본 과업지시서에서 제시된 사항은 계약상대자가 임의로 해석할 수 없으며, 내용이 불분명하거나 명시되지 아니한 사항에 대하여는 발주자와 협의하여 정한다.

(3) 본 과업지시서에 대한 대안은 제시될 수 있으며 이에 따른 객관성 있는 자료를 제출, 발주자의 승인을 얻은 후 채택될 수 있다.

(4) 발주자 및 관계 부서와 긴밀한 협조 체제를 유지하고 분야별 전문가의 참여를 유도, 보다 광범위한 의견을 집약시킨다.

(5) 각종 계산 기준은 외국 기준을 적용할 수 있으나, 발주자와 협의하여야 한다.

부록1-2.4.2 발주자와 계약상대자의 책임 및 업무

(1) 용역 목표와 추진 절차

① 계약상대자는 전문적 기술 능력과 경험을 가지고 주어진 과업내용을 파악하여최상의 진단이 되도록 해야 하고, 단계별 성과품을 작성하여 그에 대해 총체적 책임을 진다.

② 계약상대자는 합리적으로 용역을 추진하기 위해 용역 착수 시 발주자가 요구하는 모든 조건과 기준을 충분히 검토하여야 한다.

③ 계약상대자는 발주자 승인 없이 과업의 범위에 어떤 변경도 행할 수 없다.

④ 용역의 시행 과정에서 변경 요인이 발생했을 경우 계약상대자는 발주자에 보고 할 책임이 있으며, 관계법규 및 계약서 검토, 발주자와 협의 등을 통하여 그에 대한 적절한 해결책을 모색하여야 한다.

⑤ 계약상대자는 동 용역과 관련하여 필요한 자료를 이용할 수 있으며, 계약 조건 또는 제공된 자료의 문제점이나 상이점에 대하여 즉시 발주자에 알려야 한다.

⑥ 계약상대자는 계약의 범위 내에서 용역을 수행하는 동안 건축물의 실제 상황을 반영하여야 하며, 보고서에 실제 조건을 정확하게 표시 반영하여야 한다.

⑦ 용역 수행 중 계약당사자간에 발생하는 분쟁은 협의에 의하여 해결한다. 만일 협의가 원만히 이행되지 아니할 때에는 관계법령이 정하는 바에 따라 조정위원회 등의 조정, 중재 또는 법원의 판결을 따르되 분쟁기간 중이라 할지라도 계약상대자는 본 용역의 수행을 중지하여서는 안 된다.

(2) 일정계획 및 보고

① 계약상대자는 착수신고서 제출 시 용역 수행에 관한 세부공정 계획서 및 진단참여자 조직표․비상연락망 등을 제출하여 감독관과 협의하여야 하며, 공정은 모든 일정이 서술되어야 한다.

② 계약상대자는 본 과업 착수 후 수행일정 및 계획에 따라 일정보고서를 작성 제출하여야 하며, 공정보고는 협의에 따라 정기적으로 발주자에 제출한다. 만약일정이 지연되면 그 사유를 명시하고 적절한 만회대책을 수립하여야 한다.

(3) 보안

① 업무 내용의 비공개 : 계약상대자는 발주자와 업무 수행 중 알게 된 내용과 각단계별 성과품, 기타 자료에 대하여 발주자의 승인 없이 공개해서는 안 된다.

② 검토 및 협의 창구 단일화 : 계약상대자와 발주자의 관계에서 성과품, 보고서 등에 대한 검토 및 협의 창구는 단일화하여 보안 유지가 용이하도록 하여야 한다.

(4) 과업변경(발주자 승인에 의한 업무내용 변경 시 계약변경)

① 발주자는 용역 계약의 관리에 책임이 있고, 계약상대자는 발주자의 승인이 없는 한 계약서를 위반할 수 없다.

② 업무 내용 변경은 발주자와 계약상대자가 문서화를 통하여 상호 승인을 하여야 하고, 이는 계약 변경의 근거 서류가 된다.

③ 계약서 및 본 과업지시서에 명기되지 아니한 사항은 발주자와 계약상대자가 상호 협의하여 결정하기로 한다.

④ 기타 계약내용의 변경으로 인한 계약금액의 조정은「지방자치단체 입찰 및 계약집행기준 제14장 용역계약일반조건」 규정에 따른다.

⑤ 천재지변 등 불가피한 사항이 발생하여 과업의 정상적인 수행이 불가능한 경우에는 도급금액의 범위 내에서 용역의 내용 또는 기간을 쌍방 합의하여 변경할 수 있다.

⑥ 과업물량의 증감이 필요한 경우에는 예산의 범위 내에서 설계변경 할 수 있다.

⑦ 본 과업 수행 중 정책의 변경이나 발주자의 기본 방침이 변경, 과업 내용 중 일부 또는 전부의 변경이 필요할 때에는 발주자의 방침과 결정에 따라야 한다.

⑧ 과업의 항목 및 주요내용이 누락, 변경 또는 불분명한 경우, 발주자와 계약상대자 상호 간의 협의를 원칙으로 하되, 상호 이견이 있을 때는 과업의 목적이 부합되는 범위 내에서 발주자의 요구 및 해석에 따라 수행한다.

⑨ 계약상대자는 본 과업지시서에 명시되지 않은 사항이라도 과업수행에 필요하다고 판단되어 발주자에 요청할 경우에는 이를 성실하게 이행하여야 한다.

⑩ 본 과업의 부분성과 및 최종성과가 그 내용상 미비, 과오 등의 결격사항이 발견된 경우에는 용역완료 전․후를 막론하고 발주자 지시에 따라 지체없이 수급인의 비용부담으로 보완조치 하여야 한다.

⑪ 본 과업의 발주자는 과업수행을 위하여 공공기관과 협의가 필요한 경우, 이를 적극 지원 조치한다.

부록1-3 과업세부내용

부록1-3.1 자료조사

계약상대자는 현장조사 및 내진성능평가에 앞서 대상 건물의 일반상황 및 구조 형식에 대한 자료 조사를 실시해야하며, 발주자는 이를 위하여 관련 자료를 제공한다.

부록1-3.1.1 자료조사 항목

(1) 일반사항

① 허가, 준공 및 시공년도와 내진설계 적용여부

② 용도와 기능, 행정구역, 지진구역, 지진구역계수, 유효지반가속도

③ 건축물 중요도와 내진등급, 내진설계 범주

④ 탄성파 시험에 근거한 지반종류

(2) 대상 건물의 구조에 대한 정보

① 층수, 평면치수, 건물높이 및 층고

② 건물총중량 및 단위면적당 중량, 각층 고정하중, 활하중 및 설하중

③ 지진력저항시스템과 중력하중저항시스템의 구조형식

④ 주요 부재의 단면크기, 배근 및 접합부 상세

⑤ 조적채움벽, 조적허리벽 등 주요 비구조요소의 위치 및 치수

⑥ 콘크리트, 철근, 조적벽체, 강재 등의 재료 강도

⑦ 기초의 형식, 치수, 재료 및 배근 정보, 말뚝과 말뚝머리의 연결방식

⑧ 극한 또는 허용지내력, 말뚝의 극한 또는 허용지지력

(3) 과거의 구조변경, 증축 또는 보강에 대한 정보(필요시)

① 변경 또는 신설된 부분의 구조형식 및 재료강도

② 기존 구조체와 신설 구조체의 접합부 상세

③ 적용된 특수공법의 주요 특징(필요시)

부록1-3.1.2 자료제공 및 분석

(1) 발주자의 자료 등의 준비 및 제공

① 준공도면, 구조계산서(기존)

② 준공도면, 구조계산서(증축)

③ 시공보수·보강 도면, 제작 및 작업도면

④ 전차용역보고서(정밀안전진단, 정밀점검, 정기점검)

⑤ 기타 유지관리 관련자료 등

(2) 계약 상대자의 분석 및 검토

계약 상대자는 전문적 지식을 이용하여 제공된 자료 및 서류에 대하여 성실하게 조사․연구를 하여야 하며, 업무의 수행에 따라 추가로 요구되는 자료는 발주자에 서면으로 제출하여 필요한 조치를 취해야 한다.

부록1-3.2 현장조사

계약 상대자는 내진성능평가를 위하여 현장조사를 실시해야한다.

부록1-3.2.1 예비조사

아래 조사항목에 대한 예비조사 후에 점검계획을 수립하여야 한다.

(1) 현장여건 및 문제점

(2) 시설관리자 의견 청취

(3) 설계도서

(4) 시설물관리대장

(5) 안전점검 및 정기점검 결과

(6) 유지관리지침서

(7) 기타 필요한 자료

부록1-3.2.2 현장조사 계획 수립

아래 사항을 종합적으로 고려한 현장조사 계획을 수립하여 제출하여야 한다.

(1) 현장조사를 효과적으로 수행하려면 자료조사 수집과 사전 현장조사를 하여 계획을 수립하여야 하며 사전현장조사 시에는 다음 사항이 고려되어야 한다.

① 현장조사 형식의 결정

② 현장조사를 수행하는 데 필요한 인원, 장비와 기기의 결정

③ 기 발생한 결함의 확인을 위한 기존점검자료 검토

④ 비파괴시험(배근탐사)을 포함한 기타 재료시험, 실내시험(코어테스트)실시에 대한 적정성 여부의 판단과 실시위치, 시험실시 계획

⑤ 구조물에 붕괴유발 부재, 피로 취약구조부위와 같이 특별한 주의를 요구하는 부재와 부위가 포함되었는지 판단

⑥ 조적조(채움벽과 허리벽)에 대한 조사 위치, 조사항목과 범위의 판단

⑦ 구조도면이 없을 경우 시설물의 기초와 주위지반에 대한 조사 여부, 조사항목과 범위의 판단

(2) 현장조사자는 조사를 수행하기 위하여 구조부재에 접근할 필요가 있을 때 가장 안전한 장비를 선정하여야 한다.

(3) 현장조사방법과 진단장비의 선정을 위한 사전현장조사 시 도면이 있는 경우는 도면을 가지고 수행하여 구조물의 형상이나 세부사항들에 대하여 가장 알맞은 장비가 선정되도록 하여야 한다.

(4) 부위별 조사 일정, 조사를 위한 석면텍스 철거 위치 및 면적, 공기질 측정 위치 등이 포함된 현장조사 계획서를 발주자와 사전 협의 후 제출하여야 한다.

(5) 기타 필요한 사항은 발주자와 협의하여 처리한다.

부록1-3.2.3 현장조사 세부사항

(1) 본 용역의 현장조사는 매뉴얼 제3장에 따라 충실하게 수행되어야 한다. 현장조사의 필수항목 및 세부기준은 <표 3-1>과 같다.

(2) 매뉴얼 3.2.2 또는 본 과업지시서의 <표 3-1>에 규정되지 않은 현장조사는 확보된 설계도서의 범위와 평가방법의 정밀도를 고려하여 책임구조기술자의 판단에 따라 실시한다. 또한, 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 규정된 정밀안전진단의 요구사항 등을 참고하여 실시할 수 있다.

(3) 건물의 한 층을 하나의 조사 단위로 하되 익스팬션조인트로 분리되어 있는 부분과 증축된 부분은 별개의 단위로 나누어서 조사한다. 다만, 건물 1개 동의 조사단위가 과다한 경우에는 매뉴얼 3.2.2에 따라 책임구조기술자의 판단 하에 준공연도 및 구조적 중요도를 고려하여 일부의 조사단위를 통합할 수 있으며 그 사유 및 통합 부위 등에 대한 자세한 내용을 보고서에 명시하여야 한다.

(4) 콘크리트 강도시험을 위해서는 파괴시험(코어시험)법을 적용하는 것을 원칙으로 하며 이를 위한 코어 채취는 다음을 유의한다. 코어시험의 세부사항은 매뉴얼 3장을 따른다.

① 코어는 구조 내력에 영향이 가장 작은 위치에서 채취한다.

② 필요 시 안전 조치를 취한 후 실시한다.

③ 코어 채취 후 바로 해당 위치의 바로 복구를 실시한다.

④ 코어 채취 시 철근을 절단하지 않도록 주의 한다.

(5) 기초의 도면이 미확보된 내진특등급 건물은 지진 시 침하가 발생하여 기능수행에 장애를 유발할 수 있다고 판단되는 경우에 시험굴조사를 통하여 기초의 형태와 크기를 확인하여야 한다.

조사항목 요구사항 비고 공통 부재 규격 도면이 있는 경우: 모든 조사단위에서1) 부재 종별로 각각 3개소 이상 조사 도면이 없는 경우: 모든 조사단위에서1) 부재 종별로 각각 9개소 이상 조사하여 구조도면 작성 구조성능 저하및 손상 모든 부재 종별로 육안조사 철근 노출, 콘크리트 및 조적조 균열, 침하 등 조사 및 내진성능평가 반영 방안 보고2) 중량물 지진하중에 영향을 줄 수 있는 비구조요소 또는 건물외 구조의 중량 마감재 조적채움벽 마감재의 종류, 평균두께, 상태 슬래브 마감재 종류 및 평균두께 치장벽돌의 재료 및 접합상태 슬래브 마감재: 지진하중 산정 시 건물중량에 반영 지반 시추조사 내진특등급 건물 : 2개소 (대피시설로 지정되지 않은 경우 1개소는 300 m 이내인근의 시험자료로 대체 가능) 기타 내진등급 건물 : 1개소 에너지 보정된 표준관입시험 기초 기초의 규격 도면이 없고, 특등급 건물에서 기초의 침하로 인해 기능수행에 지장을 초래할 것으로 예상되는 경우에 한하여 조사 철근콘크리트 콘크리트 압축강도 코어시험 필수 코어시험 최소수량 = max(조사단위1) 수, 6) 비파괴시험: 코어시험 수량이 6개소 초과 시 병용 가능. 코어시험에 의한 보정계수 적용 필수 비파괴시험 수량: 조사단위별로 2종 부재 × 각 부재별 2개소(단부, 중앙부) 이상 코어채취 위치: 보, 기둥, 벽체, 슬래브에서 내력에 영향을 최소화 할 수 있는 위치3) 시험 후 복구 실시 마감의 영향을 받는 비파괴시험은 마감을 제거하고 구조체에 대하여 실시 철근배근상태조사 도면이 있는 경우: 모든 조사단위에서1) 부재 종별로 각각 3개소 이상 조사 도면이 없는 경우: 모든 조사단위에서1) 구조도면 작성에 충분한 수량으로서 부재 종별로 각각 3개소 이상 부재 종별: 보, 기둥, 보-기둥 접합부, 벽체 피복두께를 포함 조적조 기본정보 모든 채움벽과 허리벽 위치, 높이, 두께 채움벽과 허리벽의 상태 조사단위별1) 2개소 이상 상단부 및 수직줄눈사춤 상태 강구조 부식 모든 조사단위에서1) 부재 종별로 각각 3개소 이상 조사 접합부 층별 3개소 이상 용접 및 볼트 베이스플레이트 포함

1) 조사단위 : 각 층을 하나의 조사단위로 하되, 익스팬션조인트로 분리되어 있는 부분과 증축된 부분은 별개의 조사단위로 본다. 3.2.2(3)에 따라 조정할 수 있다.

2) 구조성능 저하 및 손상 : 현장시험에 의하지 않고 통계적 기본값 또는 설계도서의 기준강도 적용 시 5, 6, 7장의 규정에 따라 노후도를 반영하기 위한 것으로서 필요한 항목에 한하여 실시 가능

3) 슬래브에서 채취할 수 있으나 전체에서 차지하는 비중을 최소화한다. 지반에 인접한 부재를 피한다.

부록1-3.3 내진성능평가

부록1-3.3.2 주요 입력정보의 결정

(1) 본 과업지시서의 3.1 또는 3.2에 따라 조사한 결과에 따라 내진성능평가를 위한 주요 입력정보를 결정한다. 입력정보는 현장조사 결과를 충분히 반영하는 값이어야하며 각 값의 근거는 명확해야 하며 관련 기준 및 매뉴얼 등에 부합하여야 한다.

(2) 재료강도의 결정 등에 대한 세부사항은 매뉴얼 3.3을 따른다.

부록1-3.3.2 선형구조해석평가

「건축구조기준」 등의 선형해석기반의 설계방법과 해석소프트웨어를 바탕으로 대상 건물의 내진성능을 평가한다. 선형구조해석평가의 세부 사항은 매뉴얼 4.2의 내용을 충실히 따라야 한다. 모든 평가결과 대상 건물의 내진성능이 목표 대비 충분하다고 판단되는 경우, 이를 발주자에게 보고하고 용역을 종료한다.

부록1-3.4 비구조요소의 내진성능평가

비구조요소의 내진성능평가 대상은 내진등급별로 기준 다음과 같다. 세부 내용은 기준 7.8 및 매뉴얼 9장을 따른다.

(1) 내진1등급 : 조적벽체 면외전도방지 및 긴급대피통로와 관련된 비구조요소

(2) 내진특등급 : 인명안전 성능수준에서 고려된 비구조요소 및 필요시 긴급대피수용시설 기능을 유지하기 위하여 요구되는 비구조요소

부록1-3.5 일반공법 보강안 제시(필요시)

선형구조해석평가 결과 내진성능을 만족하지 못하는 경우, 사업추진 절차 및 방향 결정을 위한 자료로서 내진성능 향상을 위한 일반공법 보강안을 제시한다.

(1) 일반공법이란 「건축구조기준」에서 규정하는 일반적인 재료의 설계방법을 사용하여 설계가 가능하면서 보편적으로 사용되어 내진성능과 설계절차가 검증된 공법을 의미한다.

(2) 계약 상대자는 일반공법 중에서 경제적이고 내진성능 향상 효율이 좋은 적합한 보강방안을 제시한다. 일반공법의 선정은 매뉴얼 제3편을 따른다.

(3) 제시한 일반공법을 적용한 경우의 내진보강공사의 기간 및 공사비를 개략 계산하여 제시한다. 이때, 그 정밀도는 발주자가 일반공법 적용여부를 결정할 수 있는 수준의 것으로 계약상대자는 유사 업무의 경험과 관련 사업분야의 일반에서 통용될 수 있는 자료에 근거하여 기간 및 공사비를 예측하고 제시하여야 한다.

부록1-4 성과품 제출

부록1-4.1 성과품의 작성

부록1-4.1.1 일반

(1) 모든 성과품은 인쇄 전 미리 제출하여 발주자 또는 발주자가 지정한 감독원의 지시에 따라 초안검사가 완료된 후 인쇄를 하도록 한다.

(2) 모든 성과품은 일반적인 운영프로그램과 완벽한 호환이 가능하도록 작성하여야 하며, 용역준공 후 전산자료를 함께 납품하여야 한다.

(3) 공종별 단가를 제시하는 경우에는 정부 및 공인된 관련기관에서 제정한 표준품셈에 의하여 산출하거나 견적서를 근거로 하고 노임은 설계일 기준으로 최근 적용 정부 노임단가를 적용한다.

(4) 모든 성과품은 책임구조기술자의 날인이 있는 것을 제출해야 한다.

부록1-4.1.2 보고서 작성기준

(1) 보고서에 포함된 모든 자료의 근거를 명확히 하여야 하고 현장점검 일시와 기타 자료의 근거도 기록하여야 한다.

(2) 보고서 내용은 용역 수행에 따른 모든 자료가 포함된 종합보고서여야 하고, 기준에 의거하여 작성되어야 한다. 완성된 보고서는 시간이 경과한 후에도 설명과 결함에 대한 해석이 가능하도록 하며, 여러 가지 결함이 언급된 경우에는 보고서와 양식에서 상호 참조할 수 있도록 한다.

(3) 과업 수행에 사용한 공식 자료와 통계는 그 근거와 발행 연도를 제시하여야 한다.

(4) 성과품 작성은 한글 사용을 원칙으로 하되 필요한 경우 영어를 사용할 수 있으며, 이 경우 한글을 병용하여야 한다(업무상 사용하는 통역 및 번역에 소요되는 비용은 계약 상대자가 부담).

(5) 본 과업의 성과는 과업시행부분에서 제시한 기준 및 절차에 따라 작성되어야 한다.

(6) 보고서는 최소한 기준 7.1.3의 내용을 포함하고 있어야 한다.

(7) 기준의 별표3 ‘기존 학교시설 내진성능평가 체크리스트’를 작성하여 보고서에 첨부해야 하며, 체크리스트에 제시된 값들은 보고서 상에서 명확히 확인할 수 있어야 한다.

부록1-4.2 제출목록

도 서 명 부 수 규 격 제출기일 (1) 착수신고서 - 사업 책임기술자 선임계 - 각 분야별 용역비 산출내역서 - 과업수행계획서 1부 A4 계약 후 7일 이내 (2) 보안각서 1부 A4 계약 후 7일 이내 (3) 종합보고서 - 현장조사 보고서 - 내진성능평가 보고서 - 일반보강공법 제안(필요시) · 보강위치도, 개략도면(평명, 입면, 단면) · 예정공사비(개략 내역서 포함) - 체크리스트(학교시설 내진설계 기준 별표3) 3부 A4 납품 시 (4) 요약보고서 3부 A4 납품 시 (5) 현황사진첩, 주요과업수행 사진첩 1부 A4 납품 시 (6) 성과품 CD-ROM - (1) ~ (5)번의 성과품의 전자파일 - 내진성능평가 해석 파일 2장 전자파일 납품 시 (7) 기타 발주자가 요구하는 사항 - - 납품 시

부록2 학교시설 내진보강설계 용역 과업지시서(예시)

학교시설 내진보강설계 용역은 매뉴얼 2.5.4와 같이 발주 형식에 따라 아래와 같이 구분된다.

(1) 건축설계로 통합발주

(2) 구조설계 및 건축설계 분담이행방식 발주

(3) 구조설계와 건축설계의 분리발주

본 과업지시서 구조설계(보강설계)와 건축설계의 분담이행방식 발주에 따른 과업지시서로, 발주자는 발주 형식 및 사업 특성에 따라 과업지시서를 수정·보완해야 한다.

부록2-1 일반사항

부록2-1.1 용역명

00학교 00동 내진보강설계 용역

부록2-1.2 용역목적

본 과업은「학교시설 내진설계기준」(이하 “기준”이라 한다.) 및 「학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼」(이하 “매뉴얼”이라 한다.)에 따라 선형구조해석법에 의한 내진성능평가를 통해 내진보강이 필요하다고 판단된 학교에 대하여 성능기반평가법에 따라 내진보강 필요 여부를 확인하고, 필요한 경우 해당 학교시설에 적합한 내진보강공법으로 내진보강설계를 수행하는 데 그 목적이 있다.

부록2-1.3 용역내용

부록2-1.3.1 대상 시설

학교명 건물명 건축년도 구조 층수 연면적(㎡) 비고

부록2-1.3.2 과업내용

(1) 기초자료 수집 및 분석

① 내진성능평가 보고서 분석 및 관련 법규, 기준 및 매뉴얼 등의 분석

② 대상 시설의 현황조사를 위한 추가 현장조사(필요시)

(2) 성능기반평가법에 의한 내진성능평가

① 대상 시설의 동적 특성에 적절한 내진성능평가법 결정

② 기준 및 매뉴얼에 충실한 성능기반 내진성능평가 수행

③ 내진성능목표 만족 여부의 정확한 판단(내진성능목표 만족 시 사업종료)

(3) 내진보강설계

① 내진성능 향상을 위한 일반공법 또는 특수, 신기술·특허공법을 적용한 보강설계

② 개략의 공사기간 및 공사비 산출(사용자 협의를 위한 자료)

③ 공법선정을 위한 기초자료 작성, 공법선정위원회 참여 등 특수, 신기술·특허공법선정을 위한 지원(필요 시)

(4) 기본설계

① (3)에 따라 결정된 보강공법을 적용한 기본설계 실시

② 실시설계를 위한 기본설계도서(구조설계도서) 작성

(5) 실시설계

① 기본설계를 바탕으로 실시설계 실시

② 실시설계도면, 설계내역서, 시방서 등 보강공사 시 필요한 설계도서 작성

③ 보강공사 발주를 위한 발주서 작성

④ 인·허가 협의 및 협의서류 작성(필요시)

(6) 제3자 검토

① 책임구조기술자는 (1)∼(4)의 과업 전반에 걸친 제3자 검토를 받아야 함

(7) 기술감리

① 설계자의 의도에 따라 내진보강공사가 적절히 수행되었는지를 책임구조기술자의 감리를 통해 확인(현장기술자문)

② 책임감리자는 본 용역의 책임구조기술자이고, 특수공법을 적용한 경우에는 책임구조기술자가 직접 기술감리를 수행

부록2-1.4 용역기간

본 용역의 기간은 착수일로부터 00일간으로 한다.

부록2-1.5 용어

(1) 발주자 : 본 00학교 00동 내진보강설계를 위탁하는 000교육지원청

(2) 계약상대자 : 본 00학교 00동 내진보강설계 용역의 수행자

부록2-2 적용기준 및 수행지침

부록2-2.1 적용기준

본 내진보강설계 용역은 기본적으로 이 과업지시서와 기준 및 매뉴얼을 따르며 그 밖의 사항은 아래 관련기준 등을 참고한다. 모든 관련 기준 등은 최신의 기준을 적용한다.

(1) 지진재해대책법, 지진재해대책법시행령

(2) 학교시설 내진설계 기준

(3) 학교시설 내진성능평가 및 보강 매뉴얼

(4) 건축법(시행령), 건축물의 구조기준 등에 관한 규칙

(5) 건축구조기준(KDS 41)

(6) 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법

(7) 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 실시 등에 관한 지침

(8) 콘크리트구조 설계(KDS 14 20)

(9) 콘크리트 표준시방서(KSC 14)

(10) 건설기술진흥법 품질시험 규정

부록2-2.2 일반사항

부록2-2.2.1 착수신고서 및 기타 제출서류

(1) 계약 상대자는 착수신고서 제출 시 다음 제반 서류를 계약일로부터 7일 이내에 제출하여야 한다.

① 착수신고서

- 사업 책임기술자 선임계(이력서, 기술자 면허수첩 사본 첨부)

- 각 분야별 용역비 산출내역서

- 과업수행계획서

․ 관련분야별 업무범위와 책임한계․ 분야별 책임기술자 및 참여기술자 조직표․ 각 분야별 인력투입계획․ 예정 공정표․ 기타 본 과업에 필요하다고 판단되는 사항

② 보안각서

(2) 계약 상대자는 필요시 다음 제반 서류를 제출하여 승인을 득하여야 한다.

① 용역 기성부분 검사원

② 납품 기한 연기원

③ 납품 검사원

④ 하도급 통지 등 기타 용역 수행에 필요한 사항

부록2-2.2.2 업무협의 및 공정보고

(1) 계약상대자는 착수신고서 제출 후 발주자와 협의하여 정기 또는 수시 업무협의회(완료일 기준 전주 1회 이상)를 실시하고, 업무협의 실시내용은 보고서에 기록한다.

(2) 계약상대자는 주 1회 과업수행계획서의 예정 공정표를 기준으로 공정보고서를 작성하여 발주자에 보고한다.

부록2-2.2.3 과업의 변경 등

본 과업수행 중 발주자의 사업계획 변경 등에 따라 변경사항이 발생될 경우에는 본과업의 일부 또는 전부를 중지하고, 발주자의 요구에 의하여 정산처리하거나 과업의 범위를 조정․변경할 수 있다.

부록2-2.2.4 기타사항

과업수행은 아래사항을 숙지하고 예정공정표에 따라 성실히 수행하되, 발주자에 제출한 과업수행계획서에 따른다.

(1) 본 과업수행 세부계획수립을 위해 필요한 경우 사전 답사를 실시한다.

(2) 계약상대자는 본 과업지시내용을 숙지하여 전반적인 과업 업무를 성실히 수행한다.

(3) 계약상대자는 본 과업지시서 및 관계법령, 규칙 및 지침에 따라 제반사항을 성실하게 이행하고 수행한 본 과업의 성과에 대한 모든 책임을 진다.

(4) 본 과업의 부분성과 및 최종성과가 그 내용상 미비, 기술상 과오, 부실설계 등 결격사유가 발견된 경우에는 용역완료 전･후를 막론하고 발주자 지시에 따라 지체없이 계약 상대자의 비용부담으로 보완조치하여야 한다.

(5) 발주자가 인정하는 특별한 사유가 없는 한 공정 지연으로 인하여 발생되는 손해책임은 계약 상대자에게 있다.

(6) 기타 필요한 사항은 발주자와 협의하여 처리한다.

부록2-2.3 특기사항

(1) 현장조사가 필요한 경우 일정을 학교의 장과 협의하여 수업진행에 지장이 없도록노력하여야 한다.

(2) 추후 대상 시설의 내진보강공사 등을 위한 발주자의 자료 요구 및 협의에 협조하여야 한다.

부록2-2.4 일반 수행 지침

부록2-2.4.1 적용 요령

(1) 과업수행은 본 과업지시서에 의하되 세부적인 사항은 계약 상대자가 보다 합리적인 방안으로 연구 발전시킨다.

(2) 본 과업지시서에서 제시된 사항은 계약 상대자가 임의로 해석할 수 없으며, 내용이 불분명하거나 명시되지 아니한 사항에 대하여는 발주자와 협의하여 정한다.

(3) 본 과업지시서에 대한 대안은 제시될 수 있으며 이에 따른 객관성 있는 자료를 제출, 발주자의 승인을 얻은 후 채택될 수 있다.

(4) 발주자 및 관계 부서와 긴밀한 협조 체제를 유지하고 분야별 전문가의 참여를 유도, 보다 광범위한 의견을 집약시킨다.

(5) 각종 계산 기준은 외국 기준을 적용할 수 있으나, 발주자와 협의하여야 한다.

부록2-2.4.2 발주자와 계약 상대자의 책임 및 업무

(1) 용역 목표와 추진 절차

① 계약 상대자는 전문적 기술 능력과 경험을 가지고 주어진 과업내용을 파악하여최상의 진단이 되도록 해야 하고, 단계별 성과품을 작성하여 그에 대해 총체적 책임을 진다.

② 계약 상대자는 합리적으로 용역을 추진하기 위해 용역 착수 시 발주자가 요구하는 모든 조건과 기준을 충분히 검토하여야 한다.

③ 계약 상대자는 발주자 승인 없이 과업의 범위에 어떤 변경도 행할 수 없다.

④ 용역의 시행 과정에서 변경 요인이 발생했을 경우 계약 상대자는 발주자에 보고 할 책임이 있으며, 관계법규 및 계약서 검토, 발주자와 협의 등을 통하여 그에 대한 적절한 해결책을 모색하여야 한다.

⑤ 계약 상대자는 동 용역과 관련하여 필요한 자료를 이용할 수 있으며, 계약 조건 또는 제공된 자료의 문제점이나 상이점에 대하여 즉시 발주자에 알려야 한다.

⑥ 계약 상대자는 계약의 범위 내에서 용역을 수행하는 동안 건축물의 실제 상황을 반영하여야 하며, 보고서에 실제 조건을 정확하게 표시 반영하여야 한다.

⑦ 용역 수행 중 계약 당사자간에 발생하는 분쟁은 협의에 의하여 해결한다. 만일 협의가 원만히 이행되지 아니할 때에는 관계법령이 정하는 바에 따라 조정위원회 등의 조정, 중재 또는 법원의 판결을 따르되 분쟁기간 중이라 할지라도 계약상대자는 본 용역의 수행을 중지하여서는 안 된다.

(2) 일정계획 및 보고

① 계약 상대자는 착수신고서 제출 시 용역 수행에 관한 세부공정 계획서 및 진단참여자 조직표․비상연락망 등을 제출하여 감독관과 협의하여야 하며, 공정은 모든 일정이 서술되어야 한다.

② 계약 상대자는 본 과업 착수 후 수행일정 및 계획에 따라 일정보고서를 작성 제출하여야 하며, 공정보고는 협의에 따라 정기적으로 발주자에 제출한다. 만약일정이 지연되면 그 사유를 명시하고 적절한 만회대책을 수립하여야 한다.

(3) 보안

① 업무 내용의 비공개 : 계약 상대자는 발주자와 업무 수행 중 알게 된 내용과 각단계별 성과품, 기타 자료에 대하여 발주자의 승인 없이 공개해서는 안 된다.

② 검토 및 협의 창구 단일화 : 계약 상대자와 발주자의 관계에서 성과품, 보고서 등에 대한 검토 및 협의 창구는 단일화하여 보안 유지가 용이하도록 하여야 한다.

(4) 과업변경(발주자 승인에 의한 업무내용 변경 시 계약변경)

① 발주자는 용역 계약의 관리에 책임이 있고, 계약 상대자는 발주자의 승인이 없는 한 계약서를 위반할 수 없다.

② 업무 내용 변경은 발주자와 계약 상대자가 문서화를 통하여 상호 승인을 하여야 하고, 이는 계약 변경의 근거 서류가 된다.

③ 계약서 및 본 과업지시서에 명기되지 아니한 사항은 발주자와 계약 상대자가 상호 협의하여 결정하기로 한다.

④ 기타 계약내용의 변경으로 인한 계약금액의 조정은「지방자치단체 입찰 및 계약집행기준 제14장 용역계약일반조건」 규정에 따른다.

⑤ 천재지변 등 불가피한 사항이 발생하여 과업의 정상적인 수행이 불가능한 경우에는 도급금액의 범위 내에서 용역의 내용 또는 기간을 쌍방 합의하여 변경할 수 있다.

⑥ 과업물량의 증감이 필요한 경우에는 예산의 범위 내에서 설계변경 할 수 있다.

⑦ 본 과업 수행 중 정책의 변경이나 발주자의 기본 방침이 변경, 과업 내용 중 일부 또는 전부의 변경이 필요할 때에는 발주자의 방침과 결정에 따라야 한다.

⑧ 과업의 항목 및 주요내용이 누락, 변경 또는 불분명한 경우, 발주자와 계약상대자 상호 간의 협의를 원칙으로 하되, 상호 이견이 있을 때에는 과업의 목적이 부합되는 범위 내에서 발주자의 요구 및 해석에 따라 수행한다.

⑨ 계약 상대자는 본 과업지시서에 명시되지 않은 사항이라도 과업수행에 필요하다고 판단되어 발주자에 요청할 경우에는 이를 성실하게 이행하여야 한다.

⑩ 본 과업의 부분성과 및 최종성과가 그 내용상 미비, 과오 등의 결격사항이 발견된 경우에는 용역완료 전․후를 막론하고 발주자 지시에 따라 지체없이 수급인의 비용부담으로 보완조치 하여야 한다.

⑪ 본 과업의 발주자는 과업수행을 위하여 공공기관과 협의가 필요한 경우, 이를 적극 지원 조치한다.

부록2-2.5 설계 기술 지침

부록2-2.5.1 일반

(1) 본 과업지시서에 명시된 사항은 계약 상대자 임의로 해석할 수 없으며, 지침의 내용이 불분명하거나 누락 및 오기된 경우 발주자와 협의하여 처리하되, 의견이 불일치 될 경우 과업지시서와 관련규정상 그 규제내용이 강화된 것을 따른다.

(2) 본 설계 기술 지침은 최소한도의 기준을 명시한 것으로 설치 및 시공된 후에 동등 이상의 성능을 확보할 수 있는 것이어야 한다.

(3) 주요자재 및 품질관리 지침은 다음과 같다.

① 본 설계에 사용되는 모든 자재는 품질수준을 나타내는 규격 등을 설계도면에 명기해야 한다.

② 외국산을 사용하는 경우에는 사전에 발주자의 승인을 득하여야 하며, 자재 품질은 관련자재의 KS에서 정하는 품질 기준 이상의 것으로서 사후관리의 편리와 보수, 교체가 용이한 것으로 하여야 한다.

③ 인체에 석면 등 유해한 물질이 함유된 자재를 사용하여서는 안 된다.

(4) 본 내진보강설계는 다음의 성능 이상이 확보되어야 한다.

① 모든 시설은 법령 및 정부 등에서 정한 설계기준을 만족하여야 하며, 구조체 및 그에 부착되는 부착물은 필요한 방진, 내진, 내풍, 내설, 내충격 성능을 가져야 한다.

② 부식성 자재는 사용하지 않는 것을 원칙으로 하되 부득이 사용해야 할 경우 방청처리를 통해 최대한 부식되지 않도록 하여야 한다.

③ 자재 등은 부위별, 용도별로 일반적인 기준으로서 가장 내구성이 높은 등급의 것을 사용하여야 한다.

④ 향후 설비시설의 원활한 교체를 위한 설계가 되도록 한다.

부록2-2.5.2 건축설계 지침

부록2-2.5.2.1 재료 및 마감설계

(1) 재료는 시설물의 특성 및 기존 건물과의 조화를 고려하여 선택한다.

(2) 경제성 및 내구성이 좋은 자료를 선택해야 하며 유지, 보수가 용이하고 수급성 및 시공성 또한 재료선택 시 고려해야 한다.

부록2-2.5.2.2 마감설계

(1) 마감공법에 조적벽이 선정된 경우에는 구조체에 긴결되어야 한다.

(2) 마감공사에 외벽공사 및 창호공사가 포함될 경우에는 「녹색건축물 조성 지원법」 에 따른 ‘건축물의 에너지절약설계기준’을 적용하여야 한다.

(3) 공사범위에 석면공사가 포함될 경우에는 「석면안전관리법」에서 정하는 기준을 적용하여야 한다.

부록2-2.5.2.3 시방서 작성

(1) 건축설계의 시방서는 실제공사에 요구되는 시방을 구체적으로 작성하여야 한다.

(2) 철거공사, 폐기물처리공사, 조적공사, 미장 및 수장공사, 창호 및 유리공사 등은 도면, 공법에 적합하고 현장시공성을 고려하여 작성하여야 한다.

(3) 특히, 이질재 접합부, 재료나누기, 보양 및 현장정리 등은 도면과 시방서가 일치하도록 작성하여야 한다.

부록2-2.5.2.4 공사비 산정

(1) 수량산출서 작성은 설계도면에 의거 수량을 산출하고 할증요율을 적용한다.

(2) 건설 공사 표준 품셈과 일위대가표는 적용근거를 제시하여야 한다.

(3) 견적가격을 적용할 경우에는 단가적용의 타당성과 적정성을 검토한 후 단가대비표를 작성하여야 한다.

(4) 수량산출서, 일위대가표, 단가대비표 등을 토대로 내역서를 작성하고, 제잡비 요율, 안전관리비, 공사손해보험료 등 발주자가 제공하는 기준을 적용하여 원가계산서를 작성한다.

부록2-2.5.2.4 도면작성

(1) 기본설계도서 및 현장조사 결과를 반영하여 내진보강공사가 가능한 실시설계도면을 작성해야 한다.

(2) 설계도면은 초급기술자나 기능공이 쉽게 이해할 수 있도록 상세하게 작성해야 한다.

부록2-2.5.3 구조설계 지침

부록2-2.5.3.1 기본사항

(1) 구조설계는 합리적인 구조계획과 구조계산에 의하여 어떠한 경우에도 구조물이 안전하여야 하며, 사용상이나 미관상 지장을 초래하는 처짐, 진동 등이 발생하지 않도록 하여야 한다.

(2) 구조물의 균열발생을 최소화할 수 있도록 계획하여야 한다.

(3) 구조형식 및 단면의 크기 등은 시공성을 고려하여 정하여야 한다.

(4) 구조의 안전성능은 본 과업지시서 2.1절의 적용기준 및 기타 법령 및 정부 등에서 정한 설계기준을 만족하여야 한다.

(5) 설계자는 동 설계가 건축법상 대수선에 해당될 경우 대수선 승인 관련 서류를 제출하여야 한다.

(6) 구조계산서는 그 내용 구성과 선후 관계가 분명하게 작성하여 이해하기 쉽게 한다.

부록2-2.5.3.2 구조계획

(1) 모든 구조부재의 배치는 합리적이어야 한다.

(2) 구조부재 배치 및 구조형식은 어떠한 경우라도 일반적인 구조해석을 통하여 그 내력을 확인할 수 있는 것이어야 한다.

(3) 가급적 2차 응력이 발생하지 않는 구조로 한다.

(4) 처짐 등의 변형 및 진동을 최소화시킬 수 있는 구조로 한다.

(5) 비정형구조물의 경우 응력 집중현상 등을 피할 수 있는 구조방식을 채택 또는 이를 보완하는 방법을 제시해야 한다.

부록2-2.5.3.3 구조설계

(1) 모든 부재의 설계에 적용된 해당기준을 명시한다.

(2) 참고기준은 구조설계 시 특별히 참고하여 적용할 경우 기준 및 지침을 명시한다.

(3) 설계기준 적용에 있어서 같은 계열의 참고규준을 포함한 단일기준을 일관성 있게적용하도록 한다.

부록2-2.5.3.4 구조해석

(1) 구조해석용 프로그램은 보편적으로 공인된 것을 사용하고, 그렇지 않은 프로그램을 사용하는 경우에는 해석내용이 보편적인 프로그램과 비교하여 차이가 없음을 증명하는 자료를 첨부한다. 단, 그 자료는 공인된 기관에서 인증을 받은 것이어야 한다.

(2) 구조해석용 프로그램의 입력 자료는 구조해석 모델의 약도와 같이 제시하여야 하고, 출력 자료는 부재별, 층별로 선후 관계를 명확히 파악할 수 있도록 정리한다.

부록2-2.5.3.5 시방서 작성

(1) 구조설계의 시방서는 실제공사에 요구되는 시방을 구체적으로 작성하여야 한다.

(2) 특수공법을 적용한 경우에는 기준 8.9에 따라 시공매뉴얼을 제출하여야 한다.

부록2-2.5.4 철거공법 지침

이 절은 내진보강공사를 위하여 구조체 등의 철거 시에 적용한다. 다만, 이장에 표기되지 않은 사항은 「건설기술진흥법」의 ‘건축공사표준시방서’에 따른다.

부록2-2.5.4.1 철거공법의 선정

철거작업은 다음 조건을 고려하여 적절한 공법으로 선정한다.

(1) 대상 구조물의 구조규모, 주변 입지조건, 공법의 특성

(2) 철거작업 시 구조체의 안전도

(3) 소음, 진동, 분진 등 주변 환경보전과 건설공해 예방

부록2-2.5.4.2 철거작업계획 설계 반영사항

철거작업계획 설계는 다음 사항에 유의하여 안전하고 경제적인 공사시행이 되도록 설계도서에 표기한다.

(1) 철거 대상 부위와 주변 입지조건 등을 사전 조사하여 공법의 선정, 작업의 안전확보, 주변공해방지 등 공사계획 수립한다.

(2) 철거에 앞서 사전 조사하여 관련 제반법규에 따라 작업의 안전 확보, 주변공해 방지 등 건설재해를 예방한다.

(3) 사전조사 결과에 따라 각종 인허가 신청 및 승인절차를 확인

(4) 철거작업에 앞서 구체적인 시행방법을 명시한 공사계획서를 작성

(5) 구조체 철거 시에는 철거공사 중의 구조안전이 검토되어야 하며, 철거 시 구조안전을 위하여 임시 또는 영구보강이 필요한 경우에는 구조 설계도면 및 시방서를 작성하고 이에 따라 공사를 시행하여야 한다.

(6) 철거작업은 기존 건물의 손상을 최소화하고 안전시공이 되도록 관련 지침을 명기하여야 한다.

(7) 보수가 필요한 콘크리트 열화 부위는 건전 부위 직전까지 철거하는 것으로 한다. 단, 구조적 결함을 발생시키지 않도록 소형충격 및 진동공법으로 철거토록 하여야 하며, 필요시 가설 지지대를 설치하여 구조 안전성을 유지토록 설계한다.

부록2-3 과업세부내용

부록2-3.1 구조설계 과업세부내용

부록2-3.1.1 기초자료 수집 및 분석

경제적이고 효과적인 내진보강설계를 수행하기 위하여 기 실시된 내진성능평가 보고 서 등을 면밀히 검토하여야 하며, 관련 법규, 기준 및 지침서 등을 분석하여 설계에 반영하여야 한다. 책임기술자가 필요하다고 판단하는 경우 대상 시설의 제반 현황조사를 위하여 발주자와의 협의 하에 추가로 현장조사 등을 실시할 수 있다.

부록2-3.1.2 성능기반평가법에 의한 내진성능평가

내진보강설계를 위하여 성능기반평가법에 의한 보다 정밀한 내진성능평가를 실시한다. 성능기반평가법의 세부사항은 매뉴얼 제2편을 따른다.

(1) 매뉴얼에 제시된 성능기반평가법은 m계수법, 비선형정적절차법, 비선형동적절차법이 있으며 계약상대자는 대상 시설의 동적특성에 따라 적절한 방법을 선정해야 한다.

(2) 성능기반평가법을 위한 해석 모델은 선형구조해석에 의한 내진성능평가 보고서를 바탕으로 매뉴얼에서 제시하는 비선형 특성을 반영하여 구축한다.

(3) 해석 모델링 시 부재의 연성능력을 고려해야 하며 특히 구조물의 동적특성과 내진 성능에 영향을 주는 조적채움벽 및 허리벽은 모델링에 반영하는 것을 원칙으로 하나 자세한 사항은 매뉴얼에 따른다.

(4) 기초는 지중보를 고려하여 기초판에 과도한 휨모멘트가 전달되지 않도록 하는 것이 바람직하나, 책임구조기술자의 판단 하에 기존 구조물의 특성을 반영하여 적절히 모델링해야 한다.

(5) 건물 전체 시스템의 내진성능뿐만 아니라 각각의 부재에 대해서도 내진성능 만족여부를 검토해야 하며, 붕괴 수준의 부재에 대해서는 반드시 보강설계를 실시한다.

(6) 성능기반평가법에 의한 내진성능평가를 수행한 결과 내진성능이 확보된 경우에는 이를 발주자에게 보고하고 용역을 종료한다.

부록2-3.1.3 내진보강설계

성능기반평가법에 의한 내진성능평가 결과 내진성능을 만족하지 못하는 경우 일반공법 또는 특수, 신기술·특허공법을 적용한 보강설계를 실시한다.

(1) 일반공법과 특수공법의 정의는 매뉴얼 18장에 따르며, 신기술·특허공법은 관계법령*에 따라 지정된 것을 의미한다. * 「특허법」, 「자연재해대책법」, 「건설기술 진흥법」, 「환경기술 및 환경산업 지원법」, 「전력기술관리법」등

(2) 계약 상대자는 특수, 신기술·특허공법을 적용하여 설계하는 경우에는 아래의 사항을 준수하고 본 과업지시서에 명시되지 않은 사항은 매뉴얼을 따라야 한다.

① 특수, 신기술·특허공법의 적용여부는 발주자와 제3자 검토자와의 협의하여야 하고 발주자가 특수, 신기술·특허공법의 적용여부 결정을 위하여 외부전문가 또는 전문기관에 자문을 의뢰하는 경우에도 적극 협조하여야 한다.

② 공법선정의 기준을 마련할 수 있도록 매뉴얼 2.4.6.2 (3)의 각 항목에 대한 내용을 자세히 제시하여야 한다.

③ 발주자가 공법 제안서의 사전검토와 공법선정위원회로서의 참여를 요청하는 경우에는 협조하여야 한다.

④ 공법선정위원회에서 추가적인 검토나 자료를 요청하는 경우 계약상대자는 이에 성실히 응해야 한다.

⑤ 특수, 신기술·특허공법을 적용한 보강설계에 대한 최종책임은 책임구조기술자에 게 있다.

(3) 발주자가 내진보강설계의 적정성 검토를 외부 전문가 또는 전문기관에 의뢰한 경우 계약 상대자는 검토를 위한 자료를 제출하고 적극 협조하여야 한다.

부록2-3.1.4 기본설계도서 작성(구조설계)

(1) 본 지시서의 3.1.3에 따라 적용공법이 결정되면 계약 상대자는 이를 바탕으로 내진보강 기본설계도서를 작성한다.

(2) 기본설계도서는 적용공법에 대한 설명 및 보강 위치 및 개소, 보강부위 및 접합부에 대한 구조계산서·도면 등을 포함하는 것으로 실시설계(건축설계)를 위한 충분한 정보를 포함하고 있어야 한다.

(3) 확정된 내진보강설계를 반영하여 공사비를 산출한다. 공사비는 건축마감재를 포함한 복구비는 제외한다.

부록2-3.1.5 구조 실시설계

(1) 건축설계 용역수행자와 협의를 통하여 최종 보강위치를 결정하고, 이를 바탕으로 구조 실시설계를 실시한다.

(2) 구조설계 분야의 실시설계도면, 수량산출서, 시방서 등 보강공사 가능하도록 설계도서를 작성한다.

(3) 구조분야의 공사비 계산을 위하여 견적가격을 적용할 필요가 있는 경우에는 단가 적용의 타당성과 적절성을 검토하여 단가대비표를 작성하여 건축설계 용역수행자에게 제공하여야 한다.

(4) 실시설계도서 작성 시에는 건축설계 용역수행자와 긴밀히 협조하여 내진보강공사에 필요한 모든 도서가 제출되도록 하여야 한다.

부록2-3.2 건축설계 과업 세부내용

부록2-3.2.1 현장확인 및 구조 기본설계도서 검토

(1) 건축설계의 용역수행자는 구조설계 용역수행자로부터 본 과업지시서 3.1.5에 따라작성한 기본설계도서를 제출받아 건축설계에 반영될 사항 등을 검토해야 한다.

(2) 주요 검토사항은 구조부와 마감부의 재료, 공법, 시공성 등이며 검토결과 문제점이 발견될 경우에는 구조설계 용역수행자와 협의하여야 한다.

(3) 건축설계의 용역수행자는 현장을 방문하여 구조 기본설계도서상의 철거, 변경, 보강 부분에 대한 현장시공성 및 건축설계와의 관련성 등을 확인하고, 문제가 발견될 경우 구조설계 용역수행자와 협의하여야 한다.

부록2-3.2.2 건축 실시설계

(1) 건축 실시설계를 수행하고 실시설계도면(건축분야), 설계내역서, 시방서(건축분야) 등 보강공사가 가능하도록 설계도서를 작성한다.

(2) 설계내역서는 내진보강공사에 필요한 전체 과업에 대한 것으로 구조분야의 수량산출서 등은 구조설계 용역수행자의 제출도서를 반영하는 것을 원칙으로 하되, 중복되거나 누락되는 항목이 없도록 상호 검토해야 한다.

(3) 실시설계도서 작성 시에는 구조설계 용역수행자와 긴밀히 협조하여 내진보강공사에 필요한 모든 도서가 제출되도록 하여야 한다.

(4) 실시설계 내용을 바탕으로 사업비(공사비)를 산출한다.

(5) 사업시행을 위하여 지자체 및 관련기관 등의 인·허가 협의 및 협의서류를 작성해야 하며, 사업의 원활한 수행을 위하여 설계용역의 법적·기술적 지원업무를 수행한다.

부록2-3.3 제3자 검토

본 용역의 보강설계(구조설계)는 성능기반설계의 일종으로 「건축법」에 따라 제3자 검토를 득해야 한다.

(1) 제3자 검토자는 내진보강 및 비선형해석 등에 대한 전문적인 지식과 경험이 많은 구조전문가에게 받아야 하며 자세한 사항은 매뉴얼 1.7에 따른다.

(2) 제3자 검토자는 발주자가 제공한 인력풀(POOL) 중 2인 이상을 계약상대가자 선정하거나, 발주자가 인력풀을 제공할 수 없을 때에는 계약상대자가 제3자 검토자를 지정할 수 있다. 이 경우에는 계약상대자는 제3자 검토자의 이력을 발주자에게 제공하고 발주자의 승인을 득해야 한다.

부록2-3.4 기술감리

본 용역의 책임구조기술자는 구조설계 이후에 실시되는 보강공사에서 설계한 의도대로 정확히 시공되고 있는지를 확인하여야 한다.

(1) 기술감리의 책임감리는 내진보강설계의 책임구조기술자가 맡는다.

(2) 책임구조기술자는 보강공사가 설계 의도대로 시공되는지를 기술감리를 통해 확인해야 하며 이를 위하여 현장감리가 필요한 주요 공정, 감리 횟수 등이 포함된 기술감리 계획서를 작성하여 내진보강설계 용역 완료 전에 제출하여야 한다.

(3) 책임구조기술자는 내진보강 설계용역 완료에도 내진보강공사가 실시되면 시기를 막론하고 기술감리에 대한 책임을 다하여야 한다.

(4) 특수, 신기술·특허공법을 사용하는 경우 책임구조기술자가 그 공사의 전반에 대한기술감리를 직접 수행하는 것을 원칙으로 한다. 직접 수행이 어려울 경우 발주자와의 협의하에 대리인을 지정할 수 있고, 이때 대리인은 책임구조기술자와 동등한기술수준을 갖춘 자로 한다.

(5) 책임구조기술자는 설계 당시의 의도에 따라 적합하게 시공되고 있는지를 확인하여야 한다. 이를 위하여 시공자에게 제공받은 시공계획서를 검토하여 주요 공정에 대해서는 현장 확인을 실시하고, 설계 의도와 다르게 시공되거나 시공상에 문제가 있는 경우에는 반드시 감독관(발주자)에게 보고해야 한다.

부록2-4 성과품 제출

부록2-4.1 성과품의 작성

(1) 모든 성과품은 인쇄 전 미리 제출하여 발주자 또는 발주자가 지정한 감독원의 지시에 따라 초안검사가 완료된 후 인쇄를 하도록 한다.

(2) 설계도서는 일반적인 운영프로그램과 완벽한 호환이 가능하도록 작성하여야 하며, 용역준공 후 전산자료를 함께 납품하여야 한다.

(3) 공종별 단가는 정부 및 공인된 관련기관에서 제정한 표준품셈에 의하여 산출하거나견적서를 근거로 하고 노임은 설계일 기준으로 최근 적용 정부 노임단가를 적용한다.

(4) 도면 성과품에는 설계자 및 책임구조기술자의 날인이 있는 것을 제출해야 한다.

부록2-4.2 성과품의 내용(제출도서)

도 서 명 부 수 규 격 제출기일 (1) 착수신고서 ․ 사업 책임기술자 선임계 ․ 각 분야별 용역비 산출내역서 ․ 과업수행계획서 1부 A4 계약 후 7일 이내 (2) 보안각서 1부 A4 계약 후 7일 이내 (3) 내진보강설계(구조설계) 보고서 ․ 성능기반내진성능평가 보고서 ․ 설계 보고서 ․ 제3자 검토 보고서 ․ 체크리스트(기준 [별표 3]) 3부 A4 납품 시 (4) 기술감리 계획서 3부 A4 납품 시 (5) 설계설명서 3부 A4 납품 시 (6) 실시설계도서 ․ 시방서(공통, 특기) ․ 추정가격내역서(설계내역서) - 수량산출서 - 단가산출서, 단가비교검토서(필요시) - 일위대가표 ․ 설계도면(A3) 3부 A4 A3(도면) 납품 시 (7) 기타 필요한 자료 및 서류 ․ 인허가 도서(필요 시) ․ 구조안전확인서(건축법에 따른 대수선의 경우) ․ 내진능력산출 확인서 및 산출근거(「건축물 구조기준 등에 관한 규칙」에 따른 내진능력 공개의 경우) ․ 성과품CD(구조해석파일 포함한 전체 성과품) 1부 2장 A4 전자파일 납품 시