지진하중과 내진 구조시스템(밑면전단력·반응수정계수)
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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다
14문항
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출제된 회차
하중의 분류
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2 쉬운 설명
지진하중 = 땅이 흔들릴 때 건물의 무게(질량)에 걸리는 옆 힘을 설계용 하중으로 나타낸 것
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무거운 건물일수록 지진 때 더 큰 힘을 받습니다. 그 힘의 크기는 「건물이 얼마나 중요한가(중요도계수)」와 「얼마나 휘면서 버틸 수 있나(반응수정계수)」로 정하고, 그 결과가 바닥에 걸리는 총 옆힘인 밑면전단력입니다.
지진하중이 나오는 순서
중요도계수 · 반응수정계수 등으로 지진응답계수 Cs를 구한다→Cs × 유효 건물중량 W = 밑면전단력 V→V를 각 층에 나눠 준다
반응수정계수가 크다는 것은 구조가 휘면서 지진 에너지를 잘 흡수한다는 뜻이라, 지진응답계수 식의 분모에 들어가 설계용 지진하중을 줄여 줍니다.
지진 계수와 바람 계수 가르기
| 지진하중 산정 | 풍하중 산정 |
|---|---|
| 반응수정계수 · 중요도계수 · 밑면전단력 | 고도분포계수(높이에 따라 세지는 풍속) · 가스트영향계수(돌풍의 출렁임) |
지진력을 어떻게 나눠 버티나
| 방식 | 어떻게 버티나 |
|---|---|
| 이중골조 | 연성모멘트골조가 지진력의 25% 이상을 맡고, 전단벽이나 가새골조가 함께 버틴다. 벽이 먼저 망가져도 뼈대가 받쳐 주는 두 겹 방어 |
| 전단벽-골조상호작용 | 전단벽과 골조가 각자의 강성에 비례해 힘을 나눠 받는다. 골조가 일정 비율 이상을 맡아야 한다는 조건이 없다 |
| 중간모멘트골조 | 연성 수준이 보통과 특수의 중간인 모멘트골조 |
| 특수모멘트골조 | 큰 연성을 내도록 엄격한 상세를 갖춘 모멘트골조 |
| 중심가새골조 | 가새의 중심선이 기둥·보 접합부 중심에서 만나게 배치한 가새골조 |
하중을 나누는 잣대
바람과 지진은 건물을 옆에서 미는 수평하중(횡하중)이고 짧게 작용하는 단기하중입니다. 건물 자체 무게와 사람·가구 무게는 오래 작용하는 장기하중입니다. 옮겨 달 수 있는 가동성 경량 칸막이벽의 하중은 활하중에 더해 계산합니다.
이것만은 헷갈리지 말자
- 이중골조는 「연성모멘트골조가 25% 이상 + 전단벽·가새골조」입니다. 골조 부담 비율 조건이 없으면 이중골조가 아닙니다(전단벽-골조상호작용, 중심가새골조).
- 반응수정계수가 크면 지진하중은 작아집니다. 반대로 지진응답계수가 크면 밑면전단력은 커집니다.
- 고도분포계수·가스트영향계수는 풍하중 계수입니다. 지진하중 산정에는 넣지 않습니다.
- 고정하중·활하중은 장기, 풍·지진은 단기입니다. 가동성 칸막이벽 하중은 고정하중이 아니라 활하중입니다.
3 이 개념이 나온 기출문제
- 제29회 41번
- 제29회 42번
- 제28회 42번
- 제26회 41번
- 제25회 41번
- 제24회 47번
- 제24회 48번
- 제23회 41번
- 제22회 42번
- 제21회 82번
- 제20회 81번
- 제18회 86번
- 제17회 82번
- 제16회 81번
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4 체크리스트 + 암기팁
암기팁 「이중 = 골조 25 % 이상 + 벽·가새」. 두 체계가 함께 버티면 이중골조다.
암기팁 「고도·가스트」는 바람, 「반응수정·중요도·밑면전단력」은 지진이다.
암기팁 V = Cs × W — 계수가 크면 힘도 크다.
- 이중골조는 지진력의 25% 「이상」을 부담하는 연성모멘트골조가 전단벽·가새골조와 조합된 구조다. 「일부를 맡는 골조 + 나머지를 맡는 벽·가새」로 두 체계를 조합한 것이다. 이중골조와 골조-전단벽 구조는 다르다 — 후자는 두 요소가 강성에 비례해 함께 저항한다.
- 다른 방식 — 중간모멘트골조는 연성 상세 수준이 보통과 특수의 중간, 특수모멘트골조는 큰 연성을 내도록 엄격한 상세를 갖춘 모멘트골조, 중심가새골조는 가새 중심선이 접합부 중심에서 만나는 가새골조다. 모두 전단벽·가새골조와의 조합을 뜻하지 않고, 모멘트골조 부담 비율을 조건으로 두지 않는다.
- 밑면전단력 V = 지진응답계수 Cs × 유효 건물중량 W. 유효 건물 중량은 고정하중에 영구설비의 총 하중 등을 포함한다. 건물이 무거울수록(비례) 지진 때 밑바닥에 걸리는 옆 힘도 커진다. 지진하중은 건축물의 질량과 강성, 지반 조건, 지역의 지진위험도로 정해지며 지붕 모양과는 직접 관계가 없다.
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- 지진하중 산정에 관련된 것은 반응수정계수·중요도계수·밑면전단력이다. 반응수정계수는 표에 정한 값을 쓰고 클수록 지진하중이 작아진다. 중요도계수는 건축물 중요도에 따라 지진응답계수를 증감한다. 고도분포계수(풍속고도분포계수)·가스트영향계수는 풍하중 계수다.
- 하중의 분류 — 풍하중·지진하중은 수평하중(횡하중)이며 단기하중이다. 고정하중·활하중은 장기하중이다. 사무실 등에 가동성 경량칸막이벽이 설치될 가능성이 있으면 칸막이벽하중 최소 1kN/㎡를 기본 등분포활하중에 추가한다(활하중으로 다룸).
- 풍하중은 주골조설계용이 속도압·가스트영향계수·풍압계수에 수압면적을 곱해 산정하고, 외장재설계용은 속도압과 피크풍압계수에 수압면적을 곱해 산정한다. 지붕 형상·경사에 크게 좌우되는 것은 적설하중이다.
5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다
제29회 공동주택시설개론 41번지진력의 25 % 이상을 부담하는 연성모멘트골조가 전단벽이나 가새골조와 조합되어 있는 구조방식은?해설 보기 →제25회 공동주택시설개론 41번지진하중 산정에 관련되는 사항으로 옳은 것을 모두 고른 것은?옳은 것 모두 고르기해설 보기 →제23회 공동주택시설개론 41번건축물에 작용하는 하중에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?옳은 것 모두 고르기해설 보기 →6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 3개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기
지진하중과 밑면전단력
지진하중은 지진으로 지반이 흔들릴 때 건축물의 질량에 작용하는 관성력을 하중으로 나타낸 것이다. 등가정적해석법의 밑면전단력은 지진응답계수와 유효 건물 중량(고정하중에 영구설비의 총 하중 등을 포함)을 곱해 구하고, 지진응답계수는 표에 정한 반응수정계수를 써서 구한다(KDS 41 17 00). 밑면전단력은 구조물 밑면에 작용하는 설계용 총 전단력이고, 중요도계수는 건축물 중요도에 따라 지진응답계수를 증감하는 계수다. 반응수정계수는 구조시스템의 연성·에너지소산 능력을 반영해 탄성 지진력을 줄이는 계수로, 값이 클수록 설계 지진하중이 작아진다. 밑면전단력은 설계스펙트럼가속도·중요도계수·반응수정계수 등으로 구하고 층별로 분배한다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 14문항 중 13문항의 근거내진 구조시스템
횡력저항 체계는 모멘트골조·가새골조·전단벽과 이들의 조합(이중골조, 전단벽-골조상호작용)으로 나뉜다. 이중골조방식은 지진력의 25% 이상을 부담하는 연성모멘트골조가 전단벽이나 가새골조와 조합되어 있는 구조방식이고, 전단벽은 벽면에 평행한 횡력을 지지하도록 설계된 벽이며, 전단벽-골조상호작용시스템은 전단벽과 골조의 상호작용을 고려하여 강성에 비례하여 지진력을 저항하도록 설계되는 조합구조시스템이다(KDS 41 17 00). 연성모멘트골조는 기둥·보를 강접합해 휨으로 횡력에 저항하며 큰 변형에도 갑자기 부서지지 않도록 상세를 갖춘 골조이고, 가새골조는 기둥·보 사이에 대각선 부재(가새)를 넣어 횡력에 저항하는 골조다.
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 14문항 중 13문항의 근거풍하중과의 구분
가스트영향계수와 풍속고도분포계수는 풍하중 산정에 쓰는 용어다(KDS 41 12 00). 주골조설계용 풍하중은 속도압·가스트영향계수·풍압계수에 수압면적을 곱하여 산정한다. 횡하중은 풍하중, 지진하중, 횡방향 토압 또는 유체압과 같이 구조물에 수평으로 작용하는 하중이다(KDS 14 20 01).
출처: 기출 해설의 이론·기준 근거 종합 · 이 개념 기출 14문항 중 13문항의 근거