내진설계 재현주기의 의미

안녕하세요 오늘은 내진설계 재현주기의 의미에 대해서 글을 작성해보려고 합니다.

 

국내(KDS)와 미국(ASCE) 모두 설계지진력을 정의할 때, 핵심 기준 중하나가 2475년 재현주기(2400년 혹은 2500년이라고도 함) 지진력을 기준으로 한다. 이 재현주기는 50년간 2%의 초과하는 확률을 의미합니다.

먼저 구조물의 기대사용수명을 50년으로 본다. 이것은 단순 연식이 아니라 기준설계기간을 의미합니다.

그래서 내진설계에서 중요한 철학인 희귀하지만 극도록 큰 지진에 대해서 파괴확률을 낮게 유지하는 것입니다. 그래서 코드에서 정한 목표가 50년동안 2%만 초과될 정도로 희귀한 지진을 기준으로 정했습니다.

 

이 값은 수학적으로 나타낼 수 있습니다.

P=1-e^(-50/Tr)

P=0.02 (50년동안 2%초과)

Tr=return period

 

그러므로 Tr에 대해서 다시 정리하면 

Tr=-50/ln(1-0.02)

이 값은 대략적으로 2475년이 됩니다.

 

이 값은 여러 국가가 50년동안의 파괴확률을 특정 값 이하로 유지한다는 개념에 합의하면서 2475년에 해당하는 Hazard Level이 국제적으로 표준화되었습니다.

 

하지만 실제 설계에서는 2400년 재현주기인 MCE(Maximum Considered Earthquake)을 사용하지 않고 2/3을 곱하여 적용합니다. 관련된 내용은 FEMA303에서 설명하고 있는데 실제 설계에서 보수성인 지진여유도(Seismic Margin)은 통계적인 연구를 통해서 설계지반운동의 1.5배의 여유가 제공되어야 한다고 말하고 있습니다. 실제로 MCE를 그대로 적용한다면 설계가 지나치게 과대해져 비용이 지나치게 증가 할 수 있습니다. 이때 성능목표는 인명안전(Life safety, LS)으로 합니다. 참고로 MCE의 경우 성능설게에서 붕괴방지( CP)를 만족하도록 합니다. 이 목표성능도 구조물의 용도나 크기에 따라 달라지니 확인이 필요합니다.

 

오늘은 내진설계 재현주기에 대한 글을 작성해보았습니다.

글을 읽어주셔서 감사합니다.