비구조내진설계

KDS 41에 따른 비구조 요소의 내진 구속

dohwa 2025. 4. 16. 15:48

서론

최근 국내외 지진 사례에서 다층 건물의 비구조 요소가 지진 발생 시 저조한 성능을 보이며, 떨어지는 비구조 요소로 인해 거주자의 안전이 위협받는 경우가 관찰되었습니다. 또한, 비구조 요소의 내진 성능 부족은 운영 중단과 경제적 손실을 초래합니다.

비구조 요소는 건물의 주요 및 보조 구조 시스템(기둥, 보, 벽 등)을 제외한 구성 요소로, 천장, 배관, 덕트, 케이블 트레이, 칸막이, 설비 등을 포함합니다. 이들은 건물 전체 비용에서 상당한 비중을 차지합니다. 주요 구조 요소는 구조 엔지니어에 의해 철저히 설계되지만, 비구조 요소는 설계 및 시공 과정에서 간과될 수 있습니다. 따라서 비구조 요소의 내진 설계는 생명 안전과 비용 절감을 위해 필수적입니다.

KDS 41 비구조 내진설계 기준

비구조 요소의 내진 설계는 대한민국 건축구조기준(KDS 41 17 00:2021, 비구조 요소의 내진설계)에 의해 규제됩니다. KDS 41은 비구조 요소가 지진 하중을 견디고, 생명 안전을 보장하며, 재산 손실과 기능 상실을 최소화하도록 요구합니다. 이는 건축법 및 건축구조기준(KDS 41)의 내진 성능 목표와 연계됩니다.

KDS 41은 비구조 요소를 다음과 같이 분류합니다:

  • 구성 요소 중요도: 생명 안전, 기능 유지, 재산 보호 등의 관점에서 중요도 계수(Ip)를 설정 (Ip=1.0 또는 1.5).
  • 구성 요소 유형: 건축적 요소(칸막이, 천장 등), 기계/전기 설비(배관, 덕트, 설비 등), 기타(가구, 선반 등).
  • 건물 사용 용도: 건축물의 중요도에 따라 설계 지진 가속도를 결정.

KDS 41은 비구조 요소가 지진 하중을 견디도록 특정 및 비특정 설계를 허용하며, 제외되는 요소(예: 경량 천장, 소규모 배관 등)에 대한 예외 규정을 포함합니다. 천장 및 칸막이와 같은 요소는 KDS 41 17 00의 별도 조항 또는 관련 기준(KDS 41 31 00: 천장 시스템)을 참조하여 설계됩니다.

설계 절차

KDS 41에 따르면, 비구조 요소는 지진 하중에 대해 안전하고 기능 유지 및 손상 최소화를 보장하도록 설계, 시공, 설치되어야 합니다. 설계 절차는 다음과 같습니다:

  1. 구성 요소 분류 및 중요도 결정:
    • 구성 요소의 중요도 계수(Ip)를 설정 (예: 생명 안전 관련 요소는 Ip=1.5, 일반 요소는 Ip=1.0).
    • 건물의 사용 용도 및 중요도에 따라 설계 지진 가속도(Ss, S1)를 결정.
  2. 지진 하중 계산:
    • 비구조 요소에 작용하는 수평 지진 하중(Fp)은 다음 식으로 계산됩니다:
      • Fp: 비구조 요소에 작용하는 지진 하중
      • ap: 구성 요소 가속도 계수 (KDS 41 표 참조)
      • SDS: 설계 스펙트럼 가속도
      • Wp: 구성 요소의 작동 중량
      • z: 구성 요소의 설치 높이
      • h: 건물 전체 높이
      • Rp: 구성 요소 응답 수정 계수 (KDS 41 표 참조)
      • Ip: 중요도 계수
    • Fp = 0.4 * ap * SDS * Wp * (1 + 2z/h) / Rp * Ip
    • 수직 지진 하중은 필요 시 별도로 고려됩니다.
  3. 구속 설계:
    • 계산된 지진 하중(Fp)을 기반으로 브레이스 및 고정 장치를 설계.
    • 브레이스 유형: 강철 앵글, 사각 중공 단면, 나사봉 등.
    • 고정 장치: 볼트, 앵커, 나사 등.
    • 독점 시스템(제조업체 제공) 사용 시, KDS 41에 따른 시험 데이터로 신뢰성을 입증.
  4. 층간 변위 고려:
    • 다층 연결 구성 요소는 층간 상대 변위를 수용하도록 설계.
    • 변위는 주요 구조 설계 엔지니어로부터 제공받거나 KDS 41의 기준에 따라 계산.
    • 유연한 조인트 또는 슬라이딩 연결을 활용.

배관 내진 구속 사례

  • 빌딩의 배관 내진 구속: KDS 41에 따라 설계된 횡방향 및 종방향 브레이스 설치.

중량 설비 내진 구속 사례

  • 공장의 중량 설비 내진 구속: 고정 앵커와 강성 브레이스를 활용한 설계.

배관 시스템

  • 구속 요구사항:
    • 횡방향 구속: 각 직선 구간에 최소 2개.
    • 종방향 구속: 각 직선 구간에 최소 1개.
    • 분기 연결, 설비 연결, 유연한 조인트 근처에서 구속 설치.
  • 설치 기준:
    • 구속은 배관 축에 수직으로 설치.
    • 배관 직경의 2배 이내에서 구속 배치.

덕트 시스템

  • 모든 덕트는 내진 구속되어야 하며, 예외는 다음과 같습니다:
    • 행거 길이가 200mm 미만인 강성 덕트.
    • 길이가 1.5m 미만인 유연한 덕트.
  • 중량 설비(팬, 열교환기 등)는 덕트와 독립적으로 구속.

천장

천장은 KDS 41 31 00(천장 시스템)에 따라 설계됩니다. 주요 요구사항은 다음과 같습니다:

  • 지진 하중: KDS 41 17 00에 따라 계산된 Fp를 적용.
  • 구속 유형:
    • 주변 고정 천장: 두 개의 직교 방향에서 벽 또는 프레임에 고정, 나머지 가장자리는 슬라이딩 연결.
    • 플로팅 천장: 상부 구조물에 강성 또는 와이어 브레이스로 고정, 벽과 간격 유지.
  • 비특정 설계: 제조업체 지침에 따른 규범적 설계.
  • 특정 설계: 복잡한 천장 또는 고층 건물에 적용.

천장 구속 사례

  • 주변 고정 천장: 빌딩의 경량 천장 설계.

  • 헤드 구속: 강성 브레이스로 상부 구조물에 고정.

내부 칸막이

비하중 지지 벽(칸막이)은 KDS 41 17 00에 따라 내진 구속되어야 합니다. 칸막이는 일반적으로 냉간 성형 강철 또는 목재 프레임에 석고보드로 마감됩니다. 주요 설계 고려사항:

  • 자체 중량으로 인한 지진 하중 계산.
  • 상단을 상부 바닥 구조물에 강성 브레이스로 고정.
  • 냉간 성형 강철 프레임은 경량화로 지진 하중 감소.

칸막이 구속 사례

  • 건물의 냉간 성형 칸막이: 상단 브레이싱으로 내진 성능 확보.

 

어떻게 도와드릴까요?

내진 엔지니어링 전문가로서, 우리는 다음과 같은 서비스를 제공합니다:

  • 비구조 요소(배관, 덕트, 천장, 칸막이 등)의 내진 구속 설계.
  • 내진 구속 레이아웃 도면 및 상세 설계.
  • KDS 41 준수 여부를 확인하는 구조 계산 및 기술 사양.
  • 설계 인증서및 검토 인증서
  • 시공 완료 검토 인증서.

건물 서비스 엔지니어, 건축가, 계약자, 제조업체, 건물 소유주와 협력하여 안전하고 효율적인 비구조 내진 솔루션을 제공합니다.

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