TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
㉯ 평균재현주기 100년 지진지반운동 (10년내 초과발생확률 10%)
㉰ 평균재현주기 200년 지진지반운동 (20년내 초과발생확률 10%)
㉱ 평균재현주기 500년 지진지반운동 (50년내 초과발생확률 10%)
㉲ 평균재현주기 1000년 지진지반운동 (100년내 초과발생확률 10%)
㉳ 평균재현주기 2400년 지진지반운동 (250년내 초과발생확률 10%)
㉴ 평균재현주기 4800년 지진지반운동 (500년내 초과발생확률 10%)
④ 지역에 따른 설계지진의 세기
가. 지진구역 및 지진구역계수(Z, 재현주기 500년 기준)는 표 4.3-2와 같다.
표 4.3-2 지진구역구분

지진구역

행정구역

구역계수, Z

I

시

서울, 인천, 대전, 부산, 대구, 울산, 광주, 세종

0.11g

도

경기, 충북, 충남, 경북, 경남, 전북, 전남, 강원 남부*

Ⅱ

도

강원 북부**, 제주

0.07g

* 강원 남부 : 영월, 정선, 삼척, 강릉, 동해, 원주, 태백

** 강원 북부 : 홍천, 철원, 화천, 횡성, 평창, 양구, 인제, 고성, 양양, 춘천, 속초
나. 위험도계수(I)는 각 내진등급에 따른 평균재현주기별로, 500년 평균재현주기에 대한 최대지진지반가속도의 비를 나타내며 표 4.3-3과 같다.
표 4.3-3 위험도계수,

평균재현주기(년)

50

100

200

500

1,000

2,400

4,800

위험도계수,

0.4

0.57

0.73

1.0

1.4

2.0

2.6
다. 유효수평지반가속도(S)는 다음과 같이 결정한다.
(가) ‘유효수평지반가속도(S)’란 지진하중을 산정하기 위하여 국가지진위험지도나 행정구역을 기준으로 제시된 암반지반의 수평지반운동수준을 말한다.
(나) 행정구역에 의한 방법으로 재현주기에 따른 유효수평지반가속도(S)는 지진구역계수(Z)에 각 재현주기의 위험도계수(I)를 곱하여 결정한다.
S = Z × I (4.3-1)
(다) 국가지진위험지도를 이용하여 결정한 유효수평지반가속도(S)는 행정구역에 의한 방법으로 결정된 유효수평지반가속도(S) 값의 80% 보다 작지 않아야 한다.
⑤ 지반분류
가. ‘지반분류’란 국지적인 토질조건과 지표 및 지하 지형이 지반운동에 미치는 정도를 공학적인 특성에 근거하여 지반을 분류하는 등급을 말한다.
나. 국지적인 토질조건, 지표 및 지하 지형이 지반운동에 미치는 영향을 고려하기 위하여 다음 각 (가) ~ (다) 까지를 따른다.
(가) 내진설계를 위한 지반분류는 기반암의 깊이(H)와 기반암 상부 토층의 평균전단파속도(VS,Soil)에 근거한다.
(나) 지반은 표 4.3-4와 같이 S1, S2, S3, S4, S5, S6 등 6종류로 분류한다.
(다) 토층의 평균전단파속도(VS,Soil)는 탄성파시험 결과가 있을 경우 이를 우선적으로 적용한다.
다. 지반의 자세한 분류 절차는 [별표1]과 같다.
표 4.3-4 지반분류체계

지반종류

지반종류의 호칭

분류기준

기반암 *깊이, H (m)

토층 평균전단파속도, (m/s)

암반 지반

1 미만

-

얕고 단단한 지반

1∼20 이하

260 이상

얕고 연약한 지반

260 미만

깊고 단단한 지반

20 초과

180 이상

깊고 연약한 지반

180 미만

부지 고유의 특성평가 및 지반응답해석이 요구되는 지반
*기반암(bed rock) : 전단파속도가 760m/s 이상을 나타내는 지층
*기반암 깊이와 무관하게 토층 평균 전단파속도가 120m/s 이하인 지반은 지반으로 분류
라. 지반종류 S6 는 별도로 부지에 대한 고유의 특성 평가 및 지반응답해석이 요구되는 지반으로서 다음의 경우에는 전문가가 작성한 부지종속 설계응답스펙트럼을 사용해야 한다.
(가) 액상화가 일어날 수 있는 지반, 매우 민감한 점토지반, 붕괴될 정 도로 결합력이 약한 지반과 같이 지진하중 작용 시 잠재적인 파괴나 붕괴에 취약한 지반, 이탄이나 유기성이 매우 높은 점토지반.
(나) 매우 높은 소성을 가진 점토지반
(다) 층이 매우 두꺼우며 연약하거나 중간정도로 단단한 점토
(라) 기반암이 깊이 50 m 를 초과하여 존재하는 지반
⑥ 설계지반운동의 특성표현
가. 암반지반 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼
(가) 암반지반인 S1 의 5 % 감쇠비에 대한 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 그림 4.3-1과 같다.
그림 4.3-1 암반지반 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼
㉮ 전이주기(절점주기)는 표 4.3-5와 같다.
표 4.3-5 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼 전이주기

구 분

(단주기스펙트럼

증폭계수)

전이주기(sec)

수 평

2.8

0.06

0.3

3
㉯ 감쇠비(, %단위)에 따른 스펙트럼 형상은 다음에 제시한 감쇠보정계수 를 표준설계응답스펙트럼에 곱해서 구할 수 있다. 단, 감쇠비가 0.5 %보다 작은 경우에는 적용하지 않으며 해당 구조물의 경우 시간이력해석을 권장한다.
· 초 , 모든 감쇠비에 대해서
· , 초에서 , 에서 이며 그 사이는 직선보간
· ,
㉰ 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼이 필요한 경우 [별표2]의 기준을 적용할 수 있다.
(나) 수직설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 다음과 같다.
㉮ 5% 감쇠비에 대한 수직설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 (가)에 있는 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼과 같은 전이주기와 감쇠보정계수를 갖는다.
㉯ 최대 유효 수평지반가속도에 대한 최대 유효 수직지반가속도의 비는 0.77이다.
(다) 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 가속도시간이력 생성 기준은 [별표3]의 기준을 적용할 수 있다.
나. 토사지반 설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼
(가) 토사지반인 S2, S3, S4, S5 지반의 5% 감쇠비에 대한 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 기반암의 스펙트럼 가속도와 지표면의 스펙트럼 가속도의 증폭비율을 의미하는 ‘지반증폭계수(Fa, Fv)’로부터 그림 4.3-2와 같이 구할 수 있다.
그림 4.3-2 토사지반 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼
㉮ 토사지반에서 감쇠비에 따른 스펙트럼 형상은 해당 토사지반에 적합한 가속도시간이력을 이용하여 공학적으로 적절한 분석과정을 통해 결정 할 수 있다
(나) 유효수평지반가속도(S)에 따라 단주기 지반증폭계수(Fa)와 장주기 지반증폭계수(Fv)는 표 4.3-6을 이용하여 결정한다. 유효수평지반가속도(S)의 값이 중간 값에 해당할 경우 직선보간하여 결정한다.
(다) 수직설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 다음과 같다.
㉮ 5 % 감쇠비에 대한 S2 ~ S5 지반의 수직설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼은 (가)에 있는 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼과 같은 전이주기를 갖는다.
표 4.3-6 지반증폭계수

지반분류

단주기 증폭계수, Fa

장주기 증폭계수, Fv

S≤0.1

S=0.2

S=0.3

S≤0.1

S=0.2

S=0.3

S2

1.4

1.4

1.3

1.5

1.4

1.3

S3

1.7

1.5

1.3

1.7

1.6

1.5

S4

1.6

1.4

1.2

2.2

2.0

1.8

S5

1.8

1.3

1.3

3.0

2.7

2.4
㉯ 최대 유효 수평지반가속도에 대한 최대 유효 수직지반가속도의 비는 공학적 판단에 의해 값을 결정할 수 있다.
(라) S2 ~ S5 지반의 경우 그림 4.3-2의 표준설계응답스펙트럼 대신 부지고유의 지반응답해석을 이용하여 결정한 스펙트럼을 사용할 수 있다.
(마) S6 지반의 경우 부지고유의 지반응답해석을 이용하여 결정한 스펙트럼을 사용한다.
(바) 가속도시간이력은 암반지반에 대해 작성된 가속도시간이력을 사용하여 지반응답해석을 통해 결정한다.
(3) 품질보증 요구사항
① 내진시설물의 적절한 품질보증요건을 만족시키기 위하여 설계, 시공, 완공 후 공용기간의 단계별로 이루어져야 한다.
② 설계는 시설물 부재 재료의 특성과 세부사항 및 치수를 제시해야 하며, 특별한 장치가 도입될 경우에는 이에 대한 특성도 포함해야 한다.
③ 시공중에 특별한 검토를 요구하는 중요한 시설물의 부재는 설계도면에서 확인이 되어야 하고, 이에 대한 검토방법이 제시되어야 한다.
부 록. 내진설계기준 별표
[별표1] 지반분류(S1, S2, S3, S4, S5, S6)
□ 지반분류 절차

1. 범위

여기서는 표 4.3-4에 따라서 지반을 S1부터 S6 까지 6종으로 분류하는 절차를 기술한다.

2. 정의

(1) 지반의 종류는 다음과 같이 정의된다.

S1 : 전단파속도가 760 m/s 이상인 기반암의 깊이(H)가 1m 미만인 지반

S2 : H ≤ 20 m이고, VS,Soil ≥ 260 m/s인, 기반암 깊이가 얕고 단단한 지반

S3 : H ≤ 20 m이고, VS,Soil < 260 m/s인, 기반암 깊이가 얕고 연약한 지반

S4 : H > 20 m이고, VS,Soil ≥ 180 m/s인, 기반암 깊이가 깊고 단단한 지반

S5 : H > 20 m이고, VS,Soil < 180 m/s인, 기반암 깊이가 깊고 연약한 지반

S6 : 부지 고유의 특성 평가 및 지반응답해석이 요구되는 다음 경우에 속하는 지반

① 액상화가 일어날 수 있는 흙, 예민비가 8이상인 점토, 붕괴될 정도로 결합력이 약한 붕괴성 흙과 같이 지진하중 작용 시 잠재적인 파괴나 붕괴에 취약한 지반

② 이탄 또는 유기성이 매우 높은 점토지반(지층의 두께 > 3 m)

③ 매우 높은 소성을 띤 점토지반(지층의 두께 > 7 m 이고, 소성지수(PI: Plasticity Index) > 75)

④ 층이 매우 두껍고 연약하거나 중간 정도로 단단한 점토(지층의 두께 > 36 m)

⑤ 기반암이 깊이 50 m 를 초과하여 존재하는 지반

※ 예외: VS,Soil이 120m/s 이하인 지반은 기반암 깊이에 관계없이 S5 지반으로 분류한다.

부지 고유의 특성 평가 및 지반응답해석이 요구되는 지반, 즉 S6로 분류할 때는 상기 S6에 대한 정의에서 제시한 기준이 고려되어야 한다. 만약 해당 부지가 이 기준과 일치하면 그 부지는 지반 종류 S6으로 분류되어야 하며, 부지 고유의 특성 평가 및 지반응답해석이 이루어져야 한다.

2.1 기반암에 대한 정의

기반암은 전단파속도 760 m/s 이상을 나타내는 지층이다.

2.2 토층 평균 전단파속도(VS,Soil)

VS,Soil은 다음 공식에 따라 결정된다.



여기서, di= 기반암 깊이까지의 i번째 토층의 두께, m

VSi = 기반암 깊이까지의 i번째 토층의 전단파속도, m/s

2.3 표준관입시험 관입저항치의 전단파속도로의 변환

표준관입시험 관입저항치(SPT-N치)를 전단파속도로 변환할 수 있다. 변환에는 국내 지반에 대해 제안된 상관관계식(Sun et al. 2013*, 등)을 활용할 수 있다. 표준관입시험 시 단단한 암질에 도달하여 항타수가 50에 이르러도 30cm 깊이를 관입하지 못할 경우 50타수 이상의 N값은 선형적인 비례관계를 토대로 30cm 두께 관입 시 N값으로 환산한다. 이때 환산 N치의 최대값은 300이다.

* Sun, C. G., Cho, C. S., Son, M., & Shin, J. S. (2013). Correlations between shear wave velocity and in-situ penetration test results for Korean soil deposits. Pure and Applied Geophysics, 170(3), 271-281.
[별표2] 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼
1. 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 수평지반운동에 대한 비탄성응답스펙트럼은 변위연성도()와 감쇠비()의 함수로 정의된다.

2. 감쇠비 에 대한 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼의 형상은 그림1의 수평설계응답스펙트럼과 같은 형상을 갖는다.

그림 1. 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 비탄성응답스펙트럼 기준(T=0.01초에서 Sa=1g로 정규화)

3. 비탄성응답스펙트럼의 유사가속도 스펙트럼에 대한 단주기스펙트럼증폭계수()와 전이주기는 표 1를 따른다.

표 1. 비탄성응답스펙트럼의 유사가속도 스펙트럼과 전이주기

구 분

전이주기(sec)

=1.0(표준설계응답스펙트럼)

2.8

0.06

0.30

3

=1.5

2.0

0.05

0.27

3

=2

1.65

0.044

0.24

3

=3

1.33

0.036

0.21

3

=4

1.17

0.03

0.20

3

=5

1.07

0.02

0.18

3

=8

0.74

0.2

0.2

3

=10

0.64

0.2

0.2

3

※ 표 1에 열거된 변위연성도()는 대표적인 값들이며 예시된 변위연성도 이외의 사이값에 대해서는 보간한 값을 적용할 수 있다. 단, 변위연성도에 대하여 증폭비와 전이주기를 로그단위로 보간하도록 한다.

4. 감쇠비에 대한 스펙트럼 형상은 다음에 제시한 감쇠보정계수 를 비탄성응답스펙트럼에 곱해서 구할 수 있다. 각 변위연성도에 대한 감쇠보정계수는 표 2의 값을 따른다. 변위연성도가 8이상의 경우 감쇠보정계수는 1을 사용한다. 단, 감쇠비가 0.5%보다 작은 경우에는 적용하지 않으며 해당 구조물의 경우 시간이력해석을 권장한다.

표 2. 비탄성스펙트럼의 감쇠보정계수

변위연성도 1.5

변위연성도 2

변위연성도 3

변위연성도 4

변위연성도 5

변위연성도 8 이상

※ 표 2에 열거된 변위연성도()는 대표적인 값들이며 예시된 변위연성도 이외의 사이값에 대해서는 가까운 변위연성도의 감쇠보정계수 중 큰 값을 사용한다.

① 초 , 모든 감쇠비에 대해서

② , 초에서 , 에서 이며 그 사이는 직선보간

③ ,
[별표3] 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 가속도시간이력 작성 기준
□ 인공합성 가속도시간이력 작성

인공합성가속도시간이력의 포락함수에 대한 최소 요구조건은 다음과 같다.

1. 시간이력의 절단(cut off) 진동수는 최소 50Hz 이상이어야 한다.

2. 규모에 따른 구간선형 포락함수의 형상과 지속시간은 그림 2 및 표 3과 같다.

그림 2. 가속도시간이력의 구간선형 포락함수

표 3. 가속도시간이력 구간선형 포락함수에 대한 지진규모별 지속시간

지진규모

상승시간 ( )

강진동지속시간 ( )

하강시간 ( )

7.0이상-7.5미만

2

12.5

13.5

6.5이상-7.0미만

1.5

9

10.5

6.0이상-6.5미만

1

7

9

5.5이상-6.0미만

1

5.5

8.0

5.0이상-5.5미만

1

5

7.5

강진동지속시간()의 한쪽 파워스펙트럼밀도(PSD; Power Spectral Density)는 다음과 같이 구할 수 있다.

여기서, 는 강진동지속시간의 푸리에 변환이다.

3. 그림 2의 포락함수가 적용되지 않은 경우 강진동지속시간 은 가속도시간이력의 누적에너지가 5%에서 75%에 도달하는 구간으로 정의된다. 누적 에너지는 다음과 같이 정의된다.

여기서, 는 지반가속도시간이력이다.

4. 다수의 인공합성 가속도시간이력으로부터 계산된 5% 감쇠비 응답스펙트럼의 평균은 전체 주기 영역에서 표준설계응답스펙트럼의 10%보다 작아서는 안 된다.

5. 다수의 인공합성 가속도시간이력으로부터 계산된 5% 감쇠비 응답스펙트럼의 평균은 0.04초와 10초 주기 영역에서 표준설계응답스펙트럼의 30%를 초과해서는 안 된다.

6. 어떤 두 개의 가속도시간이력 간의 상관계수는 0.16을 초과할 수 없다.

7. 시간이력 생성을 위해 표준설계응답스펙트럼에 대응하는 파워스펙트럼이 필요한 경우 수정 Kanai-Tajimi 모델로 정해지는 파워스펙트럼 형상을 사용할 수 있다.

그림 3. 수정 Kanai-Tajimi 모델의 형상

표 4. 수정 Kanai-Tajimi 모델 파라미터 (제곱평균제곱근 가속도 0.5g)

수정 Kanai-Tajimi 파라미터

값

0.35 m2/s3

25.02 rad/s

1.00

5.63 rad/s

0.64

8. 제곱평균제곱근(RMS; Root Mean Square) 지반가속도가 0.5g가 아닌 경우에는 목표 파워스펙트럼밀도를 제곱평균제곱근 지반가속도의 제곱으로 눈금을 바꾸어야 한다.

□ 실지진기록을 활용한 가속도시간이력 작성

1. 실지진 기록은 국내여건과 유사한 판 내부(intra-plate) 지역에서 계측된 기록을 선정한다. 이때, 관측소 하부지반이 S1 지반 혹은 이에 준하는 보통암 지반에서 계측된, 고려하는 설계지진과 유사규모의 기록을 선정하여야 한다.

2. 선정된 지진기록은 S1 지반의 수평설계지반운동의 가속도 표준설계응답스펙트럼(그림 4.4-1)에 맞추어 수정 적용한다. 수정 시, 원본파형의 왜곡을 최소화하기 위해 기존파형의 응답스펙트럼을 설계응답스펙트럼에 맞추어 보정(Spectral Matching)하는 것을 추천한다. 이때, 설계 대상구조물의 탁월주기(dominant period)를 주 대상으로 보정하는 것이 바람직하다.

3. 입력 지진기록 최대지반가속도(PGA; Peak Ground Acceleration)의 절대크기가 중요한 경우, 상기 절차로 보정된 지진기록에 대하여 최대지반가속도를 보정할 수 있다.