내진설계기능이 포함된 토목구조의 암거(지하차도 등) 설계용 프로그램은 오래전에 상용화되어 토목구조설계자들이 많이 사용하고 있으나, 건축물의 지하구조 내진설계에는 적합하지 않다. 건축물의 지하구조 내진설계에 범용 프로그램을 사용할 경우에도 지진토압을 별도로 구하고 면내 및 면외 하중을 모두 만족하도록 지하외벽/내벽 부재들을 설계하는 것은 매우 번거롭고 시간도 많이 소요된다.
이에 대한 대책으로 건축물의 지하구조 내진설계를 일련의 연속된 과정으로 수행할 수 있는 간편한 컴퓨터프로그램 ConBasement를 개발하였다.
ConBasement(ver.20.1)는 현행 건축구조기준 KDS 41 17 00(2019.3)의 ‘14. 지하구조물의 내진설계’ 및 건축물의 지하구조 내진설계 지침(2020년2월3일 수정판 Rev.1, 대한건축학회)에 따라서 정적 횡토압 및 지진 횡토압을 산정하여 1방향 휨부재로서의 지하외벽(안전성, 사용성, 내구성)을 설계하고, 정적 횡토압, 지진 횡토압, 지하층의 지진 관성력 영향(사용자가 입력한 각 층 유효중량 및 중량중심 위치) 및 지상층의 지진 관성력(사용자가 입력한 1층 밑면 전단력, 전도모멘트) 영향을 고려하여 전단벽으로서의 지하 외벽/내벽(안전성)을 설계하며 지진횡토압에 의해 발생되는 각 층의 횡변위와 휨부재의 국부변위를 계산한다. 필요시 말뚝의 휨모멘트와 전단력도 산정한다.
지상구조물의 지진 관성력 영향에 의한 지하층의 층 전단력은 사용자가 입력한 1층 밑면 전단력과 전도모멘트를 이용하여 1층 바닥과 기초바닥이 전도모멘트에 대해 짝힘으로 저항한다고 가정한 단순해석법에 의해 산정한다. 각 지하 외벽 및 내벽에 작용하는 면내 전단력(직접 전단력 + 비틀림 전단력)은 벽의 면내 전단강성에 따른 하중분배와 벽그룹 강성중심과 횡하중 합력중심 간의 편심거리를 고려한다.
또한 지반종류가 S1, S2 혹은 S4에 속하면 기초하부 지반을 분석하여 기초저면에서의 전단파 속도가 260m/s 이상인 경우에는 지반-지하구조의 영향을 고려하여 지상구조물설계를 위한 유효지반증폭계수, 설계응답스펙트럼 및 내진설계범주를 결정한다.
이외 지하외벽에 연속벽(slurry wall)을 적용한 경우에는 면내 하중에 대한 패널 이음부 수직조인트의 소요전단강도를 산정하는 기능도 포함되어 있다.
ConBasement는 응답변위법기반(이중코사인)에 의한 지반변형과 수평지반반력계수에 의해 지진토압을 산정한다. 휨부재로서의 지하외벽 해석에는 유한요소해석법(수직으로 10mm 간격)을 적용하였고, 전단벽으로서의 지하 외벽과 내벽 해석에는 각층 높이와 분할요소 길이로 한 유한요소해석법을 적용하였다. 이 프로그램은 각 층의 다이아프램은 큰 개구부가 없는 강체로 간주하고 면내 강성과 강도가 모든 하중전달경로에 충분하다고 가정하고 해석한다.
이 프로그램의 주된 개발목적은 휨부재로서의 지하외벽과 전단벽으로서의 지하 외벽 및 내벽을 보수적으로 간편하게 설계하기 위한 것으로 벽체의 축력에 관련된 해석과 설계는 수행하지 않는다. 또한 터널과 같이 전단벽이 없는 관형 구조물은 적용할 수 없다.
설계 대상 구조물이 앞에 기술한 ConBasement 프로그램의 가정조건과 해석방법에 적합하지 않는 경우나 더 경제적인 설계가 요구되는 경우에는 상세해석이 가능한 범용프로그램 사용을 권장하며, 이때에도 ConBasement이나 ConWall을 보조적으로 사용하면 더 효율적으로 설계할 수 있다. ConWall은 Wall 이외에 Buttress 설계도 가능하다.
여기에 소개하는 ConBasement는 현행 건축구조기준에 적합하게 합리적으로 설계할 수 있도록 구조설계의 경험이 많은 여러 구조엔지니어와 협의하여 개발한 건축물 지하구조의 지진력저항시스템에 대한 내진설계 프로그램이다.
