유한 요소 해석 시 인접 건물 하중 계산

지반공학에서 굴착공사를 프로그램 해석할 때 초기 상태의 모델링이 중요한데 그중에서도 건물 하중, 즉 '인접 건물 하중에 대한 초기설정을 어떻게 할 것인가?'에 대한 부분이 모델링의 중요한 요소 중 하나다. 본 포스팅에서는 굴착공사의 관점에서 인접 건물 하중을 산정하는 방법과 지하 안전평가에서는 어떻게 계산하는지 알아보겠다.

 

흙막이 가시설 설계 시 인접 건물 하중

흙막이 가시설 설계 시 다양한 방법이 있지만 현재 국내에서는 탄·소성 보 해석법이 가장 많이 사용되고 있다. 대표적으로 많이 사용되는 프로그램으로는 SUNEX와 MIDAS GEOX가 있다. 프로그램 사용에서 인접 구조물의 하중을 넣어주는 항목이 있는데 「일본 건축 학회」의 '단위 면적당 건물 하중의 개략 값'을 참고해서 산정했었다.

 

「일본 건축 학회」의 '단위 면적당 건물 하중의 개략 값'

 

「지하안전법」의 시행 후 인접 건물 하중 적용

2018년 1월 1일 지하 안전 관리에 관한 특별법(약칭 : 지하 안전 법)이 시행되면서 대한민국의 모든 굴착공사에서 10m 이상 굴착하게 되면 반드시 지하 안전평가를 받아야 한다. 지하 안전평가는 설계 시 사용한 탄·소성 보 해석법으로 가시설 구조물의 안전성에 대한 평가와 함께 유한 요소 해석법을 사용하여 도로, 지하매설물, 지상 인접 구조물, 지하철 등에 대한 주변 영향 평가도 함께 해야 한다.

 

 

 

지하 안전평가에 대한 첫 시행 때 설계자의 관점과 자문기관과의 관점 차이로 인해 얼굴을 붉히며 다양한 의견들이 오갔었다. 이후 「지하 안전 평가서 표준매뉴얼」이 배포되고 평가 방법과 평가서 작성 방법이 많이 보편화됐다. 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」에 따라 가시설 설계에 대해 평가하게 되면서 탄·소성 보 해석법을 할 때도 이 매뉴얼에서 권장하는 인접 건물 하중 계산법을 사용하게 됐다. 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」에 있는 값들은 현업에 있는 일부 설계자들과 공무원 그리고 교수님들이 고심 끝에 정한 값들로 추정되므로 특별한 이유가 없는 한 이 값을 사용하는 게 좋다. (여담이지만 다른 방법으로 하면 평가 자문기관인 「LH 한국토지주택공사」나 「국토안전 관리원」, 「국토교통부」에 '왜 다른 방법을 써야만 했는지'에 대해 해명해야 하는 엄청난 불편함이 있다. 재수 없으면 보고서를 반려 맞아서 평가 기간이 늘어나게 된다...... P.F. 이자로 고통받는 사업주의 얼굴을 볼 수가 없다. 때문에 특별한 경우가 아니라면 그냥 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」에 있는 값을 쓰는 게 좋다.)

 

유한 요소 해석 시 인접 건물 하중 적용하기

유한요소 해석 시 인접 건물 하중의 계산은 앞서 우리나라의 사정상 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」에 있는 기준으로 작성할 수밖에 없기에 이 방법에 대해서 설명하겠다. 

• 인접 건물 하중은 주택과 사무실로 나눠서 층별로 하중을 계산을 한다. 단, 유한 요소 해석 시 해당 건축물의 단위 중량값을 0 kN/㎥을 적용하고 하중은 기초 바닥에 재하 하는 방식이다.(단위중량 적용 시 중복 적용이 되어서 과도한 침하가 발생할 수 있다.) 

「2022.4 지하안전평가서 표준 메뉴얼」

 

실무자를 위한 결론 및 연구원을 위한 제언

본 포스팅에서는 실무자, 특히 「지하 안전 평가서」 작성이 주 업무인 실무자가 유한 요소 해석을 수행할 때 인접 건물의 하중을 계산하는 방법에 대해 소개했다. 실무적인 입장에서 간략하게 작성된 포스팅이다. 따라서 학술적인 분석을 위한 해석에는 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」의 하중 계산을 따르기보다는 그 학술적 목적과 모델링 하려는 환경에 대한 충분한 이해를 바탕으로 보다 정확하게 현장을 모델링 해서 하중을 계산하기를 바란다. [본 포스팅은 최신 자료인 2022년 4월 업데이트된 「지하 안전 평가서 표준 매뉴얼」의 내용으로 수정함]